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JP6769977B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

無線通信システムおよび無線通信方法 Download PDF

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Description

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および無線通信方法に関する。
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。
ここで、ある場所で同時に使用可能なチャネル数よりもBSS(Basic Service Set )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。その場合、同一チャネルを使用するBSS間の干渉の影響により、当該BSSおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線LANでは、CSMA/CA制御を用いて、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。
ただし、CSMA/CA制御を行っても、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、送信機会(チャネルの利用権を得る機会)が低下し、スループットが低下することになる。
ここで、無線局がキャリアセンスを行うに当たり、受信信号の受信電力値(RSSI)を用いてチャネルがアイドルかビジーかを判断するCCA(Clear Channel Assessment)閾値が設定されている。非特許文献1,2,3では、このCCA閾値を動的に制御するDSC(Dynamic Sensitivity Control )により、必要以上に送信待機している状態を解消し、送信機会を増加させる手法が検討されている。以下、無線基地局をAP、無線端末をSTAとし、APからSTAへの下り回線通信を例に、CCA閾値の制御例について説明する。
図14は、従来のCCA閾値の制御例を示す。
図14において、AP1とSTA1、AP2とSTA2、AP3は、それぞれ異なるBSSを構成している。AP1はデフォルトのCCA閾値:−82dBmおよびNon WLANフレーム用のCCA閾値:−62dBmを選択可能である。AP1は、デフォルトのCCA閾値に応じたキャリアセンスにより検出される信号が、例えば無線LAN以外の信号であるときに、Non WLANフレーム用のCCA閾値に制御してキャリアセンス範囲を狭め、送信機会を増やす制御が行われる。ここでは、AP1の2つのCCA閾値に応じたキャリアセンス範囲の間にAP2が位置し、デフォルトのCCA閾値に応じたキャリアセンス範囲の外にAP3が位置する例を示す。
AP1は、デフォルトのCCA閾値:−82dBmでキャリアセンスを開始し(S100)、受信信号の受信電力値が受信感度:−82dBmまたはそれ以下の値以上であれば(S101:Yes)、受信信号のプリアンブルを検出する(S102 )。プリアンブルが正常に検出された場合には(S103:Yes)、プリアンブル検出成功時のデフォルトのCCA閾値に設定したままチャネル状態を判定する(S104 )。ここで、チャネルがビジーであれば(S105:Yes)、受信信号の復調を継続し(S106 )、チャネルがアイドルであれば(S105:No)、受信信号の復調を停止する(S107 )。一方、プリアンブルが正常に検出されない場合には(S103:No)、Non WLANフレーム用のCCA閾値:−62dBmに変更し、キャリアセンス範囲に狭めてチャネル状態を判定することにより送信機会を増加させる(S108 )。
以上のCCA閾値制御では、AP1において、AP3の信号が受信感度以上でプリアンブルを正常に検出できたとしても、デフォルトのCCA閾値に設定することによりチャネルがアイドルと判定され、復調を停止して送信機会を増加させることができる。すなわち、AP1とAP3は互いの干渉が小さいものとして同時送信が可能となる。一方、AP2の信号については、デフォルトのCCA閾値に設定することによりチャネルがビジーとなり、AP1はAP2の信号の復調を継続するとともに送信待機となる。このとき、AP1からSTA1へと、AP2からSTA2への同時送信が可能であっても、AP1はAP2の信号を検知したことによる送信待機となり、いわゆるさらし端末の状態になる。そのため、例えばAP1にとって他BSSの信号であることを検出でき、CCA閾値を高く制御して対応するキャリアセンス範囲を狭くすれば、AP2が送信中であってもAP1の同時送信が可能となり、システムスループットが改善する。
ただし、STA1がAP2に近い位置にあって、AP2からの干渉信号が大きい場合には、AP1でCCA閾値を制御することによりAP1の送信機会を増やしたとしても、STA1ではAP2からの干渉信号によって受信失敗となり、逆にスループットが低下するおそれがある。
また、AP1において、配下のSTA1が送信する信号を受信している場合、あるいはAP2が送信するビーコンフレームを受信している場合は、CCA閾値を制御して送信機会を増やすよりも、AP1が送信を控えて受信した方がよいと言える。すなわち、AP1は、自BSSのSTA1からの信号と他BSSのAP2からの信号を区別し、さらに他BSSのAP2からの信号でも復調が必要か否かに応じて、CCA閾値を制御して同時送信を可能とするか否かを選択できることが望ましい。
"Proposed Specification Framework for TGax," Robert Stacey et al., doc.:IEEE 802.11-14/1453r2, 5 November 2014 The LAN/MAN Standards Committee," IEEE Std 802.11TM 2012 IEEE standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks Specific requirements Part11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Graham Smith, "Dynamic Sensitivity Control Practical Usage," doc.: IEEE 802.11-14/0779r2
ところで、無線LANフレームのPHYプリアンブル内にBSS識別子のフィールドを含むHE(High Efficiency )フォーマットを用いて、自BSSの信号か他BBSの信号かを判定し、スループットを最大化できるように同時送信する技術が検討されている。
ここで、HEフォーマットのフレームを送受信可能な無線局AP,STAをHE端末と定義する。一方、BSS識別子のフィールドを含まず、L−SIG,L−STF,L−LTFなどのプリアンブルを含む従来のフォーマットをNon HEフォーマットとし、HEフォーマットのフレームの送受信機能は持たないが、Non HEフォーマットのフレームの送受信可能な無線局AP,STAをNon HE端末と定義する。
図15は、多種多様な端末が混在する無線通信システムの構成例を示す。
図15において、送信端末11はHE端末とし、送信端末11と同じBSSの宛先端末12,13はHE端末,Non HE端末とする。すなわち、送信端末11は、宛先端末の仕様に合わせて、HEフォーマットのフレームまたはNon HEフォーマットのフレームを送信する。送信端末11および宛先端末12にとって干渉源となる干渉端末14をHE端末とし、送信端末11および宛先端末13にとって干渉源となる干渉端末15をNon HE端末とする。
ここで、送信端末11は、干渉端末14から送信されたHEフォーマットのフレームと、干渉端末15から送信されたNon HEフォーマットのフレームを区別する。さらに、HEフォーマットのフレームの場合にBSS識別子を検出して自BSSのものと一致するか否かに応じて、同時送信が可能か否かを判断し、あるいは同時送信を控えて当該フレームを受信すべきか否かを判断する。
例えば、送信端末11は干渉端末14から送信されたHEフォーマットのフレームを認識し、他BSSの信号と判断した場合には復調を中止して宛先端末12,13に送信することは可能である。このとき、HEフォーマットのフレームを認識できる宛先端末12も同様に復調を中止すれば送信端末11からの受信が可能になるが、宛先端末13は、HEフォーマットのフレームを認識できないのでそのまま受信継続となる。この場合、送信端末11が干渉端末14からのHEフォーマットのフレームを認識して復調を中止し、宛先端末13に対してNon HEフォーマットのフレームを送信しても、干渉端末14からのフレームを受信継続中の宛先端末13では受信が失敗する可能性がある。すなわち、送信端末11は、干渉端末14からの信号と宛先端末12,13の規格に応じて同時送信の可否を判断し、HE端末である宛先端末12には同時送信を可とし、Non HE端末である宛先端末13には同時送信を不可とする制御が有効である。
本発明は、HE端末およびNon HE端末が混在する無線LANの稠密環境において、CCA閾値の制御により送信機会を効率よく獲得し、システムスループットを改善することができるとともに、ビーコンフレームなどの情報収集に必要な管理フレームも効率よく獲得できる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、所定のチャネルを使用してフレームを送受信する複数の無線局により構成されるBSSが隣接して複数存在し、各BSSの送信局が該所定のチャネルを使用する干渉局からの干渉電力値を考慮したCCA閾値を用い、CSMA/CAによるアクセス制御により無線通信を行う無線通信システムにおいて、フレームのプリアンブル内に送信元のBSS識別子を含むフォーマットをHEフォーマットとし、BSSの無線局は、所定の受信感度以上で受信する受信フレームのフォーマットを確認し、HEフォーマットでありかつ該受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致した場合に該受信フレームの復調を継続し、HEフォーマットでありかつ該受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に該受信フレームの復調を停止する処理を行う制御手段を備え、制御手段は、受信フレームがHEフォーマットでありかつ受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に、HEフォーマット用のCCA閾値を用いてキャリアセンスする構成であり、さらに、制御手段は、送信予定のフレームの宛先端末を確認し、自局および該宛先端末が受信フレームの復調を停止する処理が可能な場合に、CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行い、自局および該宛先端末が受信フレームの復調を停止する処理が不可能な場合に、CCA閾値を制御しないもしくは受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御する構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、制御手段は、送信予定のフレームのタイプを確認し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプである場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプでない場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行う構成である。
第2の発明は、所定のチャネルを使用してフレームを送受信する複数の無線局により構成されるBSSが隣接して複数存在し、各BSSの送信局が該所定のチャネルを使用する干渉局からの干渉電力値を考慮したCCA閾値を用い、CSMA/CAによるアクセス制御により無線通信を行う無線通信方法において、フレームのプリアンブル内に送信元のBSS識別子を含むフォーマットをHEフォーマットとし、BSSの無線局は、所定の受信感度以上で受信する受信フレームのフォーマットを確認するステップ1と、HEフォーマットでありかつ受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致した場合に受信フレームの復調を継続し、HEフォーマットでありかつ受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に受信フレームの復調を停止する処理を行うステップ2とを有し、ステップ2は、さらに、受信フレームがHEフォーマットでありかつ受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に、HEフォーマット用のCCA閾値を用いてキャリアセンスし、さらに、送信予定のフレームの宛先端末を確認し、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が可能な場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行い、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が不可能な場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御するステップ3を有する
第2の発明の無線通信方法において、さらに、送信予定のフレームのタイプを確認し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプである場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプでない場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行うステップ5を有する。
本発明は、干渉電力値に応じてCCA閾値を動的に制御することにより送信機会を増やすとともに、干渉フレームの復調処理を中止して送信処理および受信処理を可能とすることにより、干渉フレームとの同時送信を積極的に実行しながらスループットの改善を図ることができる。
また、CCA閾値の制御や復調処理の継続/中止の制御により同時送信を積極的に活用しつつ、受信フレームのタイプを判断し、データフレームでない場合には復調処理を継続することにより、ビーコンフレームなどの管理フレームを確実に受信することができる。
また、CCA閾値の制御や復調処理の継続/中止の制御により同時送信を積極的に活用しつつ、送信フレームの宛先端末の規格・機能に応じて、干渉フレームに対して復調処理の中止の制御ができないNon HE端末の場合には、CCA閾値を制御しないもしくは干渉フレームを検知可能なCCA閾値に制御することにより、Non HE端末に対する同時送信を回避してスループットの低下を回避することができる。
また、CCA閾値の制御や復調処理の継続/中止の制御により同時送信を積極的に活用しつつ、送信フレームがHEフォーマットでない場合には、CCA閾値を制御しないもしくは干渉フレームを検知可能なCCA閾値に制御することにより、Non HE端末に対する同時送信を回避してスループットの低下を回避することができる。
また、CCA閾値の制御や復調処理の継続/中止の制御により同時送信を積極的に活用しつつ、送信フレームが管理フレームである場合には、CCA閾値を制御しないもしくは干渉フレームを検知可能なCCA閾値に制御することにより、同時送信を回避してスループットの低下を回避することができる。
本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明の実施例2におけるAP1の受信処理手順例1を示すフローチャートである。 ステップS8,S12の動作例を示すタイムチャートである。 ステップS14,S15の動作例1を示すタイムチャートである。 ステップS14,S15の動作例2を示すタイムチャートである。 本発明の実施例2におけるAP1の受信処理手順例2を示すフローチャートである。 ステップS21,S23,S24の動作例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例3におけるAP1の受信処理手順例を示すフローチャートである。 ステップS10〜S13,S31〜S32の動作例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例4におけるAP1の送信処理手順例を示すフローチャートである。 ステップS44,S45の動作例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例5におけるAP1の送信処理手順例1を示すフローチャートである。 本発明の実施例5におけるAP1の送信処理手順例2を示すフローチャートである。 従来のCCA閾値の制御例を示す図である。 多種多様な端末が混在する無線通信システムの構成例を示す図である。
図1は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図1において、AP1,AP2,AP3,AP4は、それぞれ異なるBSSを構成し、AP1とSTA1−1,STA1−2,STA1−3は同じBSSを構成する。AP1のCCA閾値は、デフォルトとして−82dBm、Non HEフォーマット用に−76dBm、HEフォーマット用に−66dBm、Non WLANフレーム用に−62dBmが選択可能である。AP1のキャリアセンス範囲はCCA閾値に応じたものとなり、ここでは簡単のために円で示し、受信感度は−82dBm以下の所定値とする。なお、CCA閾値および受信感度の数値はデフォルト値を含めて一例である。
AP1に対してSTA1−1,STA1−3は、Non WLANフレーム用のCCA閾値:−62dBmに応じたキャリアセンス範囲内に存在する。AP1に対してAP3は、Non WLANフレーム用のCCA閾値:−62dBmと、HEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmに応じたキャリアセンス範囲の間に存在する。AP1に対してAP2およびSTA1−2は、HEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmと、Non HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmのキャリアセンス範囲の間に存在する。AP1に対してAP4は、Non HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmと、デフォルトのCCA閾値:−82dBmのキャリアセンス範囲の間に存在する。AP1では、設定されるCCA閾値に応じてAP2〜AP4からの干渉が観測される。
ここで、AP1,STA1−1,STA1−2はHE端末とし、STA1−3はNon HE端末とする。したがって、AP1はSTA1−1,STA1−2宛にHEフォーマットのフレームを送信し、AP1はSTA1−3宛にNon HEフォーマットのフレームを送信する。AP1には、STA1−1,STA1−3宛のフレームが送信キューに存在しているものとする。
以下、AP1において送信機会を効率よく獲得し、システムスループットを改善する制御例、さらにビーコンフレームなどの情報収集に必要なフレームも効率よく獲得する制御例を示す。実施例1は受信感度の設定による通信エリアの制御例を示し、実施例2は受信フレームフォーマットごとの制御例を示し、実施例3は受信フレームタイプごとの制御例を示し、実施例4は宛先端末の規格・機能ごとの制御例を示し、実施例5は送信フレームフォーマットやタイプごとの制御例を示す。
(実施例1)
実施例1は、AP1に対して、テザリングなどを行う数mの範囲内に通信すべきすべての端末が配置されている場合を想定する。例えば図1において、AP1の近傍にSTA1−1,STA1−3のみが存在する場合には、AP1の受信感度を例えば−62dBm以上に設定する。これにより、AP1はCCA閾値を制御するよりも簡単に、STA1−1,STA1−3に対して同時送信が可能となる。
各APに共通に有線または無線で接続される制御サーバは、各APで制御する通信エリアに対応する受信感度を設定することができる。図1において、AP1はSTA1−1,STA1−3からの受信信号や、周辺のAP2〜AP4から送信された無線信号の受信電力値を計測し、制御サーバに通知する。制御サーバは、AP1が計測したSTA1−1,STA1−3からの受信電力値が十分に高い場合、当該端末はAP1の近くに存在するものと判断し、受信感度を制御する。この受信感度は、例えばSTA1−1,STA1−3からの受信電力値以下の値であり、AP1が計測した周辺のAP2〜AP4からの受信電力値よりも高く設定する。
また、各STAや各APの送信電力値やアンテナゲインがわかっている場合は、これらの値を用いて各STAや各APからの受信電力値を補正してもよい。ただし、AP2〜AP4で観測されたAP1からの受信電力値がAP2〜AP4のいずれかで干渉となり、スループットが低下すると判断される場合は、AP1の受信感度を制御しない。
(実施例2)
実施例2は、AP1における受信フレームフォーマットごとのCCA閾値を制御することを特徴とする。ここでは、HEフォーマットのフレームに対しては積極的に同時送信を行えるようにCCA閾値を高い値、例えば図1に示す−66dBmに制御する。Non HEフォーマットのフレームに対しては公平性の観点からCCA閾値はデフォルト、例えば図1に示す−82dBmまたはHEフォーマット用のCCA閾値よりも低い値、例えば図1に示す−76dBmに制御する。なお、HEフォーマット用のCCA閾値は、Non HEフォーマット用のCCA閾値に対して一定の関係、例えば10dB高く設定するなどとしてもよい。
図2は、本発明の実施例2におけるAP1の受信処理手順例1を示す。なお、他のAPおよびSTAにおいても同様である。
図2において、AP1は、デフォルトのCCA閾値:−82dBmでキャリアセンスを開始し(S0)、受信フレームの受信電力値が受信感度:−82dBmまたはそれ以下の値以上であれば(S1:Yes)、受信フレームのプリアンブルを検出する(S2)。プリアンブルが正常に検出された場合には(S3:Yes)、フレームフォーマットがHEフォーマットかNon HEフォーマットかを確認する(S4)。フレームフォーマットがHEフォーマットであれば(S5:Yes)、プリアンブルにあるBSS識別子を確認し(S6)、受信フレームのBSS識別子がAP1のBSS識別子であれば(S7:Yes)、受信フレームの復調を継続する(S8)。
また、ステップS3において、受信フレームのプリアンブルが正常に検出されない場合には(S3:No)、無線LANフレームではないと判断し、Non WLANフレーム用のCCA閾値:−62dBmに設定し、チャネル状態を判定する(S9)。この制御は、図14に示すステップS108 と同じであり、キャリアセンス範囲に狭めてチャネル状態を判定することにより送信機会を増加させることができる。
また、ステップS5において、受信フレームがHEフォーマットでない場合には(S5:No)、Non HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmに設定し、チャネル状態を判定する(S10)。ここで、チャネルがビジーであれば(S11:Yes)、受信フレームの復調を継続し(S12)、同時送信を待機する。一方、チャネルがアイドルであれば(S11:No)、受信フレームの復調を停止し(S13)、同時送信が可能な状態とする。
また、ステップS7において、受信フレームのBSS識別子がAP1のBSS識別子と一致しなければ(S7:No)、他BSSからのHEフォーマットのフレームを受信しているので、HEフレーム用のCCA閾値:−66dBmに設定し、チャネル状態を判定する(S14)。そして、チャネルがビジー/アイドルにかかわらず、受信フレームの復調を停止し(S15)、同時送信が可能な状態とする。
図3は、ステップS6〜S8,S10〜S12の動作例を示す。ここでは、AP1において、STA1−2が送信したHEフォーマットのフレームを受信し、AP2が送信したNon HEフォーマットのフレームを受信したときの動作例を示す。
図3において、AP1は、時刻t1で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t2で、受信フレームのプリアンブルを正常受信し、HEフォーマットであることを確認し、さらにBSS識別子が自BSSと同じであることを確認して復調を継続し、時刻t3でフレーム復調を完了する。この場合には、復調が必要な自BSSのSTA1−2のフレームと判明しているため、復調を継続して同時送信は実施しない。
なお、AP2〜AP4が送信するHEフォーマットのフレームを受信した場合には、ステップS15の処理でプリアンブル受信後に同時送信を行うために復調を停止するが、詳しくは図4および図5を参照して別途説明する。
AP1は、時刻t4で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t5で、受信フレームのプリアンブルを正常受信し、Non HEフォーマットであることを確認し、ステップS10の処理でNon HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmを設定する。本動作例では、AP2からの受信フレームであり、受信電力値が当該CCA閾値を上回るためチャネルはビジーと判定するとともに、復調を継続して時刻t6でフレーム復調を完了する。この場合には、他BSSのAP2が送信したNon HEフォーマットのフレームであるために、例えばビーコンフレームなどのように復調が必要となる可能性があると判断しており、復調を継続して同時送信は実施しない。このように、CCA閾値を高くしてもチャネルビジーとなる場合には同時送信を回避することにより、当該フレームを受信中の他BSSにおける干渉の影響を軽減することができる。
一方、AP4からNon HEフォーマットのフレームを受信したAP1は、ステップS10の処理でNon HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmを設定すると、AP4からの受信電力値が当該CCA閾値を下回るためチャネルはアイドルと判定し、ステップS13の処理で復調を停止して同時送信が可能となる。なお、AP4が送信するビーコンフレームなどのNon HEフォーマットのフレームの受信については、後述の実施例3に示す手順により対応可能である。
図4は、ステップS14,S15の動作例1を示す。ここでは、AP1において、AP2が送信したHEフォーマットのフレームを受信したときの動作例を示す。
図4において、STA1−1およびAP1は、時刻t7,t8で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t9,t10 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信してHEフォーマットであることを確認する。ここで、BSS識別子が他BSSのAP2であるため、ステップS14の処理でHEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmを設定するとともに、ステップS15の処理で復調を停止する。本動作例では、AP1はAP2からのフレームと認識してCCA閾値を上げると、受信電力値がそのCCA閾値を下回るためチャネルはアイドルと判定され、復調を停止して同時送信が可能となる。
AP1は、一定時間+ランダム時間を経過した時刻t11 までチャネルがアイドルであれば、STA1−1宛のフレームを送信する。STA1−1は、時刻t9で復調を停止しており、時刻t12 で受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始する。
このように、AP1は、他BSSのAP2が送信したHEフォーマットのフレームのプリアンブルを検出した後に、HEフォーマット用の高いCCA閾値を設定するとともに復調を停止するので、送信権を獲得してAP2との同時送信がしやすくなる。一方、STA1−1も他BSSのプリアンブルを検出した後に復調を停止しており、AP2がフレームを送信中でも、AP1から送信されたフレームを正常に復調することができる。
図5は、ステップS14,S15の動作例2を示す。ここでは、AP1において、AP3が送信したHEフォーマットのフレームを受信した後に、STA1−2が送信したHEフォーマットのフレームを受信する動作例を示す。
図5において、AP1は、時刻t13 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t14 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信してHEフォーマットであることを確認する。ここで、BSS識別子が他BSSのAP3であるため、ステップS14の処理でHEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmを設定するとともに、ステップS15の処理で復調を停止する。本動作例では、AP1はAP3からのフレームと認識してCCA閾値を上げても、受信電力値がそのCCA閾値を上回るためチャネルはビジーと判定され、同時送信は待機となる。
一方、STA1−1およびSTA1−2もAP3からのHEフォーマットのフレームを受信して復調を停止しており、チャネルがアイドルであれば送信が可能になっている。ここで、STA1−2においてAP3からの受信電力値がHEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmを下回れば、チャネルがアイドルと判定してAP1宛のフレームを送信する。AP1は、時刻t14 でAP3からのフレームの復調を停止しており、時刻t15 で受信感度よりも高い受信電力値を検出し、STA1−2からのフレーム受信を開始する。
このように、AP1は、他BSSのAP3が送信したHEフォーマットのフレームのプリアンブルを検出した後に、HEフォーマット用の高いCCA閾値を設定するとともに復調を停止するが、AP3からのフレームの受信電力値がそのCCA閾値よりも高いため、チャネルビジーとなって同時送信は行わずに待機する。一方、STA1−2も他BSSのプリアンブルを検出した後にCCA閾値を上げるとともに復調を停止しており、チャネルがアイドルであればフレームの送信が可能になっている。したがって、AP3がフレームを送信中でも、STA1−2がフレームを送信できれば、AP1はそのフレームを正常に復調することができる。
図4および図5に示す例は、AP1において、図2のステップS6,S7の処理でHEフォーマットのフレームのプリアンブルを復調して検出されるBSS識別子により、他BSSのAP2またはAP3からのフレームであると判定した場合に、図2のステップS14の処理でデフォルトのCCA閾値:−82dBmからHEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmに上げる。ここで、AP2のフレームは検出されなくなってチャネルアイドルとなり、AP3のフレームは検出されたままでチャネルビジーとなる。ただし、いずれもAP1は復調を停止しており、図4の例ではAP1が送信可能となり、図5の例ではAP1が受信可能になっている。
ところで、AP1では、受信フレームがHEフォーマットであり、さらに図2のステップS6,S7の処理で他BSSのフレームと判定された場合に、受信フレームの形態によってはステップS14に示すCCA閾値を制御する処理を行うことなくチャネルビジーとすることが望ましい場合もある。
例えば、新しい無線LAN規格では、アップリンク(UL)のマルチユーザMIMO(MU−MIMO)により、APからのトリガフレームを受信した複数のSTAがAPに対して同時にUL MUフレームを送信する機能が想定されている。このトリガフレームに対して他のAPが送信を開始した場合、STAがUL MUフレームを送信することができない、または送信しても干渉のために著しく品質が低下するおそれがある。これに対応するため、トリガフレームのプリアンブル内の所定のフィールドにシグナリング情報を付加し、例えば図2のステップS6,S7の処理で他BSSのフレームであると判定し、さらにプリアンブルからそのシグナリング情報を検出した場合には、CCA閾値制御を行わずにチャネルビジーと判定する、またはCCA閾値制御によって送信機会を獲得してもトリガフレームの期間内の送信とする制御を行う。一方、そのシグナリング情報を検出しないフレームであれば、図2のステップS14の処理でHEフォーマット用のCCA閾値:−66dBmに設定してチャネル状態の判定処理に入るようにしてもよい。
図6は、本発明の実施例2におけるAP1の受信処理手順例2を示す。なお、他のAPおよびSTAにおいても同様である。
図6において、ステップS0〜S9,S14,S15の処理は、図2に示すAP1の受信処理手順例1と同じである。
ステップS5において、受信フレームがHEフォーマットでない場合に(S5:No)、AP1は、Non HEフォーマットのMACヘッダ内のBSSIDを確認し、自BSSと一致するか否かを判定し(S21)、自BSSと一致すれば復調を継続し(S22)、同時送信を待機する。一方、受信フレームのBSSIDが自BSSと一致しなければ、Non HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmに設定し、同時送信を行うためのチャネル状態を判定し(S23)、受信フレームの復調を停止する(S24)。
図7は、ステップS21,S23,S24の動作例を示す。ここでは、AP1において、AP3が送信したNon HEフォーマットのフレームを受信した後に、STA1−2が送信したHEフォーマットのフレームを受信する動作例を示す。
図7において、AP1は、時刻t16 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t17 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信してNon HEフォーマットであることを確認し、MACヘッダを確認する。そして時刻t18 で、MACヘッダ内のBSSIDが他BSSであることを確認したため、ステップS23の処理でNon HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmを設定し、ステップS24の処理で復調を停止する。本動作例では、AP1はAP3からのフレームを受信したときに復調を停止するが、受信電力値がNon HEフォーマット用のCCA閾値を上回るためチャネルはビジーと判定され、同時送信は待機となる。
一方、STA1−1およびSTA1−2もAP3からのNon HEフォーマットのフレームを受信して復調を停止しており、チャネルがアイドルであれば送信が可能になっている。ここで、STA1−2においてAP3からの受信電力値がNon HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmを下回れば、チャネルがアイドルと判定してAP1宛のフレームを送信する。AP1は、時刻t18 でAP3からのフレームの復調を停止しており、時刻t19 で受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始する。
このように、AP1は、他BSSのAP3が送信したNon HEフォーマットのフレームのBSSIDを検出した後に復調を停止し、Non HEフォーマット用のCCA閾値を設定するが、AP3が送信したフレームの受信電力値が当該CCA閾値よりも高いため、同時送信は行わずに待機する。一方、STA1−2も他BSSのフレームを受信した後に復調を停止しており、フレームの送信が可能になっている。したがって、AP1は、AP3が送信中でも、STA1−2から送信されたフレームを正常に復調することができる。
なお、AP1は、自BSSのSTA1−3が送信したNon HEフォーマットのフレームを受信した場合には、そのBSSIDが自BSSと一致するので、ステップS21,S22の処理で復調を継続することができる。
(実施例3)
実施例3は、AP1における受信フレームのタイプごとに制御することを特徴とする。ここでは、フレームを受信したときにフレームタイプを読み取り、そのまま受信・復調するか、復調を停止して同時送信を可能とするかを選択する。例えば、データフレームを受信した場合には積極的に同時送信を行い、他BSSのフレームであってもAPのビーコンフレームやSTAのアソシエーション要求フレームなどの管理フレームの場合には同時送信を控えて、受信・復調を優先する制御を行う。なお、RTS,CTS,ACKなどの制御フレームは、フレーム時間長が短いため、同時送信に制御を切り替える利点が少なく、そのまま受信・復調して情報収集に活用してもよい。
図8は、本発明の実施例3におけるAP1の受信処理手順例を示す。なお、他のAPおよびSTAにおいても同様である。
図8において、ステップS0〜S15の処理は、図2に示す実施例2におけるAP1の受信処理手順例1と同じである。
ステップS5において、受信フレームがHEフォーマットでない場合に(S5:No)、AP1はフレームタイプを確認し、各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプ、例えば管理フレームか否かを判定し(S31)、管理フレームであれば復調を継続し(S32)、同時送信を待機する。一方、データフレームであれば、図2に示す実施例2と同様に、Non HEフォーマット用のCCA閾値(−76dBm)に設定し、チャネル状態を判定する(S10)。ここで、チャネルがビジーであれば(S11:Yes)、データフレームの復調を継続し(S12)、同時送信を待機する。一方、チャネルがアイドルであれば(S11:No)、データフレームの復調を停止し(S13)、同時送信が可能な状態とする。すなわち、実施例3は、実施例2に対してNon HEフォーマットのフレームで、かつビーコンフレームなどの管理フレームのときに、復調継続を優先する処理を加えたものとなる。
図9は、ステップS10〜S13,S31〜S32の動作例を示す。ここでは、AP1において、AP4が送信したNon HEフォーマットのデータフレームおよびビーコンフレームを受信したときの動作例を示す。
図9において、AP1は、時刻t20 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t21 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信してNon HEフォーマットであることを確認したため、時刻t22 で、MACヘッダ内のフレームタイプがデータであることを確認したため、ステップS10の処理でNon HEフォーマット用のCCA閾値:−76dBmを設定する。本動作例では、AP1はAP4からのデータフレームを受信したときに復調を停止するが、受信電力値がNon HEフォーマット用のCCA閾値を下回るためチャネルはアイドルと判定され、同時送信が可能となる。
AP1は、一定時間+ランダム時間を経過した時刻t23 までチャネルがアイドルであれば、STA1−1宛のフレームを送信する。STA1−1も復調を停止しており、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始する。
AP1は、時刻t24 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t25 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信してNon HEフォーマットであることを確認し、フレームタイプを確認する。時刻t26 で、MACヘッダ内のフレームタイプが管理フレームであることを確認したため、ステップS32の処理で復調を継続し、時刻t27 でフレーム復調を完了する。当該フレームが、ビーコンフレームの場合には、受信電力値を記録したりフレーム内の情報から送信元APのBSS情報などを取得して記録することができる。
このように、AP1では、ビーコンフレームやアソシエーションフレームに対して同時送信したことにより受信品質が低下すると、無線LANそのものの接続に影響を与えるため、当該管理フレームの受信を優先して同時送信を控える。また、ビーコンフレームなどは、MIMOを通常は使用しないことから、AP4から送信されるフレームの受信電力値の測定に適している。さらに、ビーコンフレーム内情報からAP4のBSS情報(ケイパビリティなど)を取得することができる。
(実施例4)
実施例4は、AP1における宛先端末の規格・機能ごとに送信制御することを特徴とする。ここでは、宛先端末の規格・機能によってフレーム受信が成功するか否かの条件が異なるので、上記の実施例のように受信フレームの状態のみならず、送信しようとする宛先端末の規格・機能の情報をもとに同時送信を行うか否かを選択する。例えば、宛先端末がHE端末であれば、他BSSから干渉となるフレームを受信しても、図4に示すSTA1−1のように、BSS識別子を認識して早期に復調を停止することができる。このため、宛先端末において、所望フレームに対して先行して非同期の干渉フレームを受信していても、干渉フレームの復調を停止して所望フレームを正常に受信可能となる。一方、このような機能を有さないNon HE端末が宛先端末であった場合に、CCA閾値を高く制御して積極的に同時送信すると、干渉フレームの復調中に所望フレームが到着することになり、結果的に受信が失敗することになる。
図10は、本発明の実施例4におけるAP1の送信処理手順例を示す。なお、APおよびSTAでは、図2,図6,図8に示す受信処理手順が実行されることを想定している。 図10において、AP1は送信準備を開始し(S40)、送信予定のフレームの宛先を確認する(S41)。ここで、宛先端末が対応可能なフレームの規格・機能を確認し(S42)、干渉フレームの復調停止が可能か否かを判定する(S43)。例えば、宛先端末がHE端末であれば、HEフォーマットのフレームを認識し、さらにプリアンブルでBSS識別子を認識して他BSSからのフレームであると認識すれば、干渉フレームのプリアンブル以降の復調停止が可能と判定できる。宛先端末で干渉フレームの復調停止が可能であれば、CCA閾値制御を実施し(S44)、チャネル状態を判定する(S46)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御のように、デフォルトのCCA閾値より高い値になるように制御し、チャネルがアイドルになる機会を増やして同時送信を実施する。
一方、宛先端末がNon HE端末であれば、干渉フレームの復調停止が不可であるので、AP1はCCA閾値制御を実施せず(S45)、チャネル状態を判定する(S46)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御を実施せず、デフォルトのCCA閾値のままとするか、もしくは干渉フレームが検知可能なCCA閾値に制御してもよい。
図11は、ステップS44、S45の動作例を示す。ここでは、AP1において、AP2からHEフォーマットのフレームを受信中に同時送信を行うか否かを判断する際に、HE端末であるSTA1−1を宛先とする場合と、Non HE端末であるSTA1−3を宛先とする場合の制御例を示す。
図11(1) において、HE端末であるAP1およびSTA1−1は、時刻t28 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t29 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信し、HEフォーマットであることを確認し、さらにBSS識別子が他BSSであることを確認し、HEフォーマット用のCCA閾値(−66dBm)を設定する。本動作例では、AP2からの受信フレームであり、受信電力値が当該CCA閾値を下回るためチャネルはアイドルと判定し、復調を停止して同時送信を可能とする。一方、Non HE端末であるSTA1−3は、時刻t28 で、受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始し、時刻t29 で、受信フレームのプリアンブルを正常受信するが、HEフォーマットであることを確認できない。したがって、デフォルトのCCA閾値(−82dBm)のままとすると、STA1−3は受信電力値が当該CCA閾値を上回るためチャネルはビジーと判定するとともに、復調を継続する。
AP1は、一定時間+ランダム時間を経過した時刻t30 までチャネルがアイドルであれば、STA1−1宛のフレームを送信する。STA1−1は、時刻t29 で復調を停止しており、時刻t30 で受信感度よりも高い受信電力値を検出してフレーム受信を開始できる。なお、Non HE端末のSTA1−3は、AP2からのフレームの復調を継続しているが、当該フレームはHEフォーマットであるので復調はできず、そこにSTA1−1宛のHEフォーマットのフレームの受信が重なっても影響はない。
図11(2) において、時刻t28 ,t29 の状況は図11(1) と同じであり、AP1およびSTA1−1はAP2からのフレームのプリアンブルを受信したのちに復調を停止するが、STA1−3はAP2からのフレームの復調を継続している。ここで、AP1がNon HE端末であるSTA1−3宛にNon HEフォーマットのフレームを送信する場合に、CCA閾値を制御してチャネルアイドルとし、図11(1) のように時刻t30 で送信しても、AP2のフレーム復調を継続しているSTA1−3で復調ができない。したがって、AP1はCCA閾値を制御せずデフォルトのままとする、もしくはAP2からのフレームが検知可能なCCA閾値に制御すると、AP1でチャネルビジーとなるので、AP2の送信が終了してチャネルがアイドルになる時刻t31 まで待って送信を行う。これにより、STA1−3で正常な受信が可能になる。
(実施例5)
実施例5は、AP1における送信フレームのフォーマットやタイプごとに送信制御することを特徴とする。
実施例4は、AP1が送信するフレームの宛先端末の規格・機能により、干渉フレームの復調停止が可能か否かに応じて、同時送信を可能とするか否かを選択したが、実施例5は、AP1が送信するフレームがHEフォーマットや、ビーコンフレームや管理フレームなどの場合に、実施例4と同様にCCA閾値を制御して同時送信を可能とするか否かを選択することを特徴とする。
図12は、本発明の実施例5におけるAP1の送信処理手順例1を示す。
図12において、AP1は送信準備を開始し(S50)、送信予定のフレームのフォーマットを確認し(S51)、HEフォーマットであるか否かを判定する(S52)。ここで、送信予定のフレームがHEフォーマットであれば、干渉フレームの復調停止が可能なHE端末宛のフレームであるので、CCA閾値制御を実施し(S53)、チャネル状態を判定する(S55)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御のように、デフォルトのCCA閾値より高い値になるように制御し、チャネルがアイドルになる機会を増やして同時送信を実施する。
一方、送信予定のフレームがNon HEフォーマットであれば、干渉フレームの復調停止ができないNon HE端末宛である可能性があるので、AP1はCCA閾値制御を実施せず(S54)、チャネル状態を判定する(S55)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御を実施せず、デフォルトのCCA閾値のままとするか、もしくは干渉フレームが検知可能なCCA閾値に制御してもよい。
すなわち、送信フレームがHEフォーマットであれば、図11(1) に示すHE端末のSTA1−1宛の送信フレームと同様に、CCA閾値制御を実施して同時送信を可能とする。一方、送信フレームがNon HEフォーマットであれば、図11(2) に示すNon HE端末のSTA1−3宛の送信フレームと同様に、AP2の送信が終了し、チャネルアイドルになってから送信する。
図13は、本発明の実施例5におけるAP1の送信処理手順例2を示す。
図13において、AP1は送信準備を開始し(S50)、送信予定のフレームのタイプを確認し(S56)、各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプ、例えば管理フレームであるか否かを判定する(S57)。ここで、管理フレームでなく、例えばデータフレームであれば、CCA閾値制御を実施し(S53)、チャネル状態を判定する(S55)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御のように、デフォルトのCCA閾値より高い値になるように制御し、チャネルがアイドルになる機会を増やして同時送信を実施する。
一方、管理フレームであれば、干渉フレームの復調停止ができないNon HE端末でも受信する必要があるので、AP1はCCA閾値制御を実施せず(S54)、チャネル状態を判定する(S55)。例えば、上記の各実施例の受信処理手順におけるステップS10,S14,S23のCCA閾値制御を実施せず、デフォルトのCCA閾値のままとするか、もしくは干渉フレームが検知可能なCCA閾値に制御してもよい。
すなわち、送信フレームがデータフレームであれば、図11(1) に示すHE端末のSTA1−1宛の送信フレームと同様に、CCA閾値制御を実施して同時送信を可能とする。一方、送信フレームが管理フレームであれば、図11(2) に示すNon HE端末のSTA1−3宛の送信フレームと同様に、AP2の送信が終了し、チャネルアイドルになってから送信する。
AP 無線基地局(アクセスポイント)
STA 無線端末
11 送信端末(HE端末)
12 宛先端末(HE端末)
13 宛先端末(Non HE端末)
14 干渉端末(HE端末)
15 干渉端末(Non HE端末)

Claims (4)

  1. 所定のチャネルを使用してフレームを送受信する複数の無線局により構成されるBSS(Basic Service Set) が隣接して複数存在し、各BSSの送信局が該所定のチャネルを使用する干渉局からの干渉電力値を考慮したCCA閾値を用い、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)によるアクセス制御により無線通信を行う無線通信システムにおいて、
    前記フレームのプリアンブル内に送信元のBSS識別子を含むフォーマットをHEフォーマットとし、
    前記BSSの無線局は、所定の受信感度以上で受信するフレーム(以下、受信フレームという)のフォーマットを確認し、前記HEフォーマットでありかつ該受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致した場合に該受信フレームの復調を継続し、前記HEフォーマットでありかつ該受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に該受信フレームの復調を停止する処理を行う制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記受信フレームが前記HEフォーマットでありかつ前記受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に、前記HEフォーマット用のCCA閾値を用いてキャリアセンスする構成であり、
    さらに、前記制御手段は、送信予定のフレームの宛先端末を確認し、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が可能な場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行い、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が不可能な場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御する構成である
    ことを特徴とする無線通信システム。
  2. 請求項に記載の無線通信システムにおいて、
    前記制御手段は、送信予定のフレームのタイプを確認し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプである場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプでない場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行う構成である
    ことを特徴とする無線通信システム。
  3. 所定のチャネルを使用してフレームを送受信する複数の無線局により構成されるBSS(Basic Service Set) が隣接して複数存在し、各BSSの送信局が該所定のチャネルを使用する干渉局からの干渉電力値を考慮したCCA閾値を用い、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)によるアクセス制御により無線通信を行う無線通信方法において、
    前記フレームのプリアンブル内に送信元のBSS識別子を含むフォーマットをHEフォーマットとし、
    前記BSSの無線局は、
    所定の受信感度以上で受信するフレーム(以下、受信フレームという)のフォーマットを確認するステップ1と、
    前記HEフォーマットでありかつ前記受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致した場合に前記受信フレームの復調を継続し、前記HEフォーマットでありかつ前記受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に前記受信フレームの復調を停止する処理を行うステップ2と
    を有し、
    前記ステップ2は、さらに、前記受信フレームが前記HEフォーマットでありかつ前記受信フレームのBSS識別子が自BSSと一致しない場合に、前記HEフォーマット用のCCA閾値を用いてキャリアセンスし、
    さらに、送信予定のフレームの宛先端末を確認し、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が可能な場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行い、自局および該宛先端末が前記受信フレームの復調を停止する処理が不可能な場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御するステップ3を有する
    ことを特徴とする無線通信方法。
  4. 請求項に記載の無線通信方法において、
    さらに、送信予定のフレームのタイプを確認し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプである場合に、前記CCA閾値を制御しないもしくは前記受信フレームを検知可能なCCA閾値に制御し、該タイプが各無線局の通信制御に必要なフレームタイプもしくはフレームサブタイプでない場合に、前記CCA閾値をデフォルト値より高い値に変更する制御を行うステップ5を有する
    ことを特徴とする無線通信方法。
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