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チャネル棲み分けに基づく無線
LAN 動的チャネル配置に及ぼす
非同期送信タイミングの影響に関する一検討
松村 祐輝
1天間 克宏
1小原 辰徳
1山本 哲矢
1石原 浩一
2ヒランタ アベーセーカラ
2熊谷 智明
2安達 文幸
3 1, 3東北大学大学院工学研究科通信工学専攻 〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-05
2日本電信電話株式会社 NTT 未来ねっと研究所 〒239-0847 神奈川県横須賀市光の丘 1-1
E-mail:
1{matsumura, tenma, obara, yamamoto}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp,
3[email protected]
2
{ishihara.koichi, hirantha.abeysekera, kumagai.tomoaki}@lab.ntt.co.jp
あらまし チャネル数が限られる無線システムでは同一チャネルを離れた地点で繰り返して利用することが必要で
ある．筆者らは先に，チャネル棲み分けを用いる動的チャネル配置(CS-DCA)の無線 LAN への適用効果について検
討した．CS-DCA では，過去の干渉環境に基づいて与干渉を最小化するようチャネル棲み分けを行う．これまでの
検討では，全ての無線アクセスポイント（AP）が同期している同期無線 LAN を対象に，端末（STA）からの上り
リンク干渉だけを測定してチャネル棲み分けを行うものとした．しかしながら，上下リンク非同期無線
LAN では，
干渉測定時には
STA からの上りリンク干渉と無線 AP からの下りリンク干渉が混在している．本稿では，上下リン
ク非同期環境が
CS-DCA に与える影響について計算機シミュレーションにより明らかにしている．
キーワード チャネル棲み分け，動的チャネル配置，同一チャネル干渉，無線 LAN，非同期システム
A Study of Impact of Asynchronous Transmission Timing
on Channel Segregation Based Dynamic Channel Assignment in Wireless LAN
Yuki MATSUMURA
1Katsuhiro TEMMA
1Tatsunori OBARA
1Tetsuya YAMAMOTO
1Koichi ISHIHARA
2B. A. Hirantha Sithira Abeysekera
2Tomoaki KUMAGAI
2and Fumiyuki ADACHI
31, 3
Dept. of Communications Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University
6-6-05, Aza-Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, Miyagi, 980-8579, Japan
2
NTT Network Innovation Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Corporation
1-1, Hikarinooka, Yokosuka-shi, 239-0847, Japan
E-mail:
1{matsumura, tenma, obara, yamamoto}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp,
3[email protected]
2
{ishihara.koichi, hirantha.abeysekera, kumagai.tomoaki}@lab.ntt.co.jp
Abstract In frequency reusing wireless networks whose number of channels are limited, the same channel must be reused by
spatially separated points. Recently, we studied the introduction of channel segregation based dynamic channel assignment
(CS-DCA) into wireless LAN (WLAN). In CS-DCA, each access point (AP) chooses a channel having the lowest co-channel
interference (CCI) so as to minimize the CCI given to other stations (STAs). In our previous works, we assumed a synchronous
system in which all STAs transmit its packet at the same time and AP decided the channel to be used by measuring only uplink
CCIs from other STAs. However, in asynchronous systems, AP measures not only the uplink CCIs from other STAs but also
downlinks CCIs from other APs. In this paper, we evaluate the impact of asynchronous transmission timing on CS-DCA by
computer simulation.
Keyword Channel segregation, Dynamic channel assignment,
Co-channel interference, Wireless LAN, Asynchronous
system
1. は じ め に
近 年 ， イ ン タ ー ネ ッ ト サ ー ビ ス の 高 度 化 や 端 末 の 普 及 に 伴 い ，無 線 LAN の 利 用 が 急 速 に 広 ま っ て い る ．無 線 LAN で は ，有 線 ネ ッ ト ワ ー ク と 接 続 さ れ た 複 数 の 無 線 ア ク セ ス ポ イ ン ト(AP)が そ れ ぞ れ 無 線 セ ル を 形 成 し て い る ．各 無 線 セ ル 内 に 存 在 す る 端 末(STA)は ，時 分 割 複 信(TDD)に よ り AP と 通 信 し て い る ．と こ ろ で ，無 線 LAN で 利 用 可 能 な チ ャ ネ ル 数 は 制 限 さ れ て お り ，地 理 的 に 離 れ た AP で 同 一 チ ャ ネ ル を 再 利 用 し な け れ ば な ら な い ． 限 ら れ た 数 の チ ャ ネ ル を 有 効 に 利 用 す る た め に は 同 一 チ ャ ネ ル を で き る だ け 近 く の AP で 再 利 用 する こ と が 望 ま れ る ． そ こ で ， 無 線 LAN で は ， AP の 起 動 時 に ， 周 辺 AP が 送 信 す る 下 り リ ン ク ビ ー コ ン の 受 信 信 号 強 度(RSSI) を 測 定 し ， 最 も RSSI の 小 さ い チ ャ ネ ル を 選 択 す る チ ャ ネ ル 選 択 法 が 一 般 的 に 知 ら れ て い る[1](本 稿 で は ， こ れ を 起 動 時 最 小 干 渉 チ ャ ネ ル 選 択 法 ，又 はmin-RSSI 法 と 呼 ぶ)．こ れ に よ り ，周 辺 AP へ の 与 干 渉 を 最 小 に す る チ ャ ネ ル の 選 択 が 行 な わ れ る （ 周 辺 AP か ら 対 象 AP が 受 け る 受 干 渉 と 対 象 AP が 周 辺 AP の STA へ 与 え る 下 り リ ン ク 与 干 渉 ， 対 象AP の STA が 周 辺 AP へ 与 え る 与 干 渉 に は 差 が あ る こ と に 注 意 ）．し か し ，起 動 時 最 小 干 渉 チ ャ ネ ル 選 択 法 で は ， 起 動 時 に 選 択 し た チ ャ ネ ル を 利 用 し 続 け る た め ， 起 動 後 に 起 こ る AP 周 辺 の 干 渉 環 境 の 変 化 に 追 従 で き な い ． そ こ で ， 筆 者 ら は チ ャ ネ ル 棲 み 分 け[2],[3]に 基 づ く 動 的 チ ャ ネ ル 配 置(CS-DCA)の 無 線 LAN へ の 適 用 に つ い て 検 討 し た[4]-[6]．CS-DCA は 各 AP が 独 立 に チ ャ ネ ル を 選 択 す る ア ル ゴ リ ズ ム で あ り ， 各 AP が 周 辺 STA に 与 え る 下 り リ ン ク 同 一 チ ャ ネ ル 干 渉(CCI)を 最 小 化 す る よ う に チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン を 形 成 で き る ． 図 1 に 示 す よ う に ，各 AP が 干 渉 レ ベ ル に 基 づ く チ ャ ネ ル 優 先 度 を 表 す 干 渉 テ ー ブ ル を 保 有 し ， 一 定 時 間 ご と に AP が 周 辺 STA か ら 受 け る CCI 電 力 を 観 測 し て ， 干 渉 テ ー ブ ル に 各 チ ャ ネ ル の 平 均 CCI 電 力 (過 去 の CCI 電 力 の 平 均)を 記 憶 す る ． チ ャ ネ ル 利 用 時 に は 平 均 CCI 電 力 最 小 の チ ャ ネ ル を 使 用 す る ．こ れ に よ り ，対 象AP は ，周 辺 電 波 環 境 の 変 化 に 適 応 し て ，周 辺 のSTA に 与 え る 下 り リ ン クCCI を 最 小 と す る よ う な チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン を 自 律 的 に 形 成 す る ．CS-DCA を 用 い る こ と で ，AP が 周 辺 STA か ら 受 け る 上 り リ ン ク CCI と AP が 周 辺STA に 与 え る 下 り リ ン ク CCI を 同 時 に 最 小 化 す る チ ャ ネ ル を 選 択 で き る ． こ れ ま で の 検 討 で は ， 全 て の AP が 同 期 し て い る 同 期 無 線 LAN を 対 象 に ， 周 辺 AP と 通 信 を 行 っ て い る STA か ら の 上 り リ ン ク 干 渉 だ け を 測 定 す る チ ャ ネ ル 棲 み 分 け に つ い て 検 討 し た[4]-[6]． し か し な が ら ， 上 下 リ ン ク 非 同 期 無 線 LAN で は ， 干 渉 測 定 時 に は STA か ら の 上 り リ ン ク 干 渉 と 無 線 AP か ら の 下 り リ ン ク 干 渉 が 混 在 し て い る ． 本 稿 で は ， 上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 が CS-DCA に 与 え る 影 響 に つ い て 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 明 ら か に し て い る ． ま た ， 上 下 リ ン ク の 送 信 確 率 がCS-DCA に 与 え る 影 響 に つ い て も 議 論 す る ． 本 稿 の 構 成 は 以 下 の 通 り で あ る ． ま ず ， 第 2 章 で シ ス テ ム モ デ ル と CS-DCA の 動 作 原 理 に つ い て 述 べ る ． 第3 章 で は ，上 下 リ ン ク の 信 号 対 干 渉 電 力 比 (SIR)表 現 に つ い て 述 べ る ． 第4 章 で 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 を 示 し ， 上 下 リ ン ク 非 同 期 送 信 タ イ ミ ン グ が チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン に 与 え る 影 響 を 示 し た 後 ， 上 下 リ ン ク SIR の 累 積 分 布 関 数 (CDF)の 観 点 か ら ， 上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 がCS-DCA の 動 作 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る ． 第 5 章 で ま と め る ． 図1 CS-DCA を 用 い た 無 線 LAN
2. 上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 に お け る CS-DCA
2.1. システムモデル
本 稿 に お け る ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル を 図2 に 示 す ． 本 稿 で は 上 下 リ ン ク と も に 直 交 周 波 数 分 割 多 重 (OFDM)[7]伝 送 を 仮 定 す る ． シ ン グ ル ユ ー ザ 環 境 を 仮 定 し ， 図 2 に 示 す よ う に 正 方 セ ル 内 に 1 本 の ア ン テ ナ を 有 す る AP が 配 置 さ れ て い る も の と す る ． 隣 接 す る AP 間 の 距 離 を RAPと す る ．本 稿 で は 総 セ ル 数Aall100 と し ， 測 定 対 象 と な る Aint.36 セ ル と 周 辺 に 位 置 す る 64 局 の セ ル か ら の CCI も 考 慮 す る ．全 て の AP は 一 定 の 間 隔(タ イ ム ス ロ ッ ト )ご と に CCI 電 力 測 定 を 行 い ， CS-DCA に よ り 使 用 チ ャ ネ ル を 選 択 す る ． 遅 延 時 間 の 異 な るL 個 の 離 散 パ ス か ら な る フ ェ ー ジ ン グ チ ャ ネ ル を 仮 定 す る と き ， 第 m’STA(STA(m’))-第 mAP(AP(m)) 間 に お け る チ ャ ネ ル の イ ン パ ル ス 応 答 hS(m’),A(m)()は 次 式 の よ う に 表 す こ と が で き る ．
1 0 ) ( ) ( ), ' ( ) ( ) ( ), ' ( ) ( ), ' ( (τ) δ(τ τ ) L l l m A m S l m A m S m A m S h h (1) た だ し ， τ(l() '), ( ) m A m S は 第 l パ ス に お け る 遅 延 時 間 を 表 す ． ) ( ) ( ), ' ( l m A m S h は 伝 搬 損 失 ， シ ャ ド ウ イ ン グ 損 失 ， 及 び フ ェ ー ジ ン グ に よ り 特 徴 付 け ら れ る 複 素 パ ス 利 得 で あ る ． こ の と き ，STA(m’)か ら 距 離 RS(m’),A(m)の 位 置 に 存 在 す るAP(m)間 の チ ャ ネ ル は 次 式 の よ う に 表 せ る [8]． ) ( ) ( ), ' ( 10 η α ) ( ), ' ( ) ( ) ( ), ' ( ~ 10 ) ( ), ' ( l m A m S m A m S l m A m S R h h m A m S (2) こ こ で ，α は 伝 搬 損 失 指 数 ，ηS(m’),A(m)はSTA(m’)-AP(m) 間 に お け る シ ャ ド ウ イ ン グ 損 失(dB)を 表 し て お り ， 平 均 値 0 で 標 準 偏 差 σ の 正 規 分 布 に 従 う ラ ン ダ ム 変 数 で あ る ． ま た ， () ) ( ), ' ( ~l m A m S h は フ ェ ー ジ ン グ に よ り 変 動 す る 複 素 変 数 で あ り ，E[
01 (()'), ( )|2 ~ | L l l m A m S h ]1 で あ る ．こ こ で ， E[.]は ア ン サ ン ブ ル 平 均 を 示 す 演 算 子 で あ る ． 上 り リ ン ク の 場 合 ，AP(m) に お け る 瞬 時 受 信 電 力 Pr,A(m)は ，STA(m’)の 送 信 電 力Pt, mS( )'を 用 い て 次 式 で 与 え ら れ る ． 優先度テーブル CCI電力測定 優先度計算 AP テーブル 更新 CH0 CH1 CH2 CH3 CH0 CH1 CH2 CH3
1 0 2 ) ( ) ( ), ' ( 10 ) ( ), ' ( )' ( , 1 0 2 ) ( ) ( ), ' ( 10 ) ( ), ' ( )' ( , ) ( , | ~ | 10 | ~ | 10 ) ( ), ' ( ) ( ), ' ( L l l m A m S m A m S m S t L l l m A m S m A m S m S t m A r h r P h R P P m A m S m A m S (3) た だ し ，Pt,S(m)'Pt,S(m)'RAPαとrS(m'),A(m)RS(m'),A(m)/ RAPは ，そ れ ぞ れ AP 間 距 離 で 正 規 化 し た 正 規 化 送 信 電 力 と 正 規 化 距 離 を 表 す ． 一 方 ， 下 り リ ン ク の 場 合 ，STA(m’)に お け る 瞬 時 受 信 電 力Pr,S(m)は ，AP(m)の 送 信 電 力Pt, mA()を 用 い て 次 式 で 与 え ら れ る ．
1 0 2 ) ( ) ( ), ' ( 10 ) ( ), ' ( ) ( , 1 0 2 ) ( ) ( ), ' ( 10 ) ( ), ' ( ) ( , )' ( , | ~ | 10 | ~ | 10 ) ( ), ' ( ) ( ), ' ( L l l m A m S m A m S m A t L l l m A m S m A m S m A t m S r h r P h R P P m A m S m A m S (4) た だ し ，Pt,A(m)'Pt,A(m)'RAPαは ，正 規 化 送 信 電 力 を 表 す ． (a) セ ル 配 置 (b) セ ル 内 の AP 配 置 図2 ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル2.2. 上 下 リンク非 同 期 送 信 環 境
図3 上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 の 一 例 本 稿 で は ， す べ て の セ ル で ， タ イ ム ス ロ ッ ト ご と に 上 下 い ず れ か の 通 信 が 行 わ れ て い る 環 境 を 想 定 す る ． 上 り リ ン ク 通 信 で は ，STA(m)→ AP(m)の 通 信 が 行 わ れ ， 下 り リ ン ク 通 信 で はAP(m)→ STA(m)の 通 信 が 行 わ れ る ． 各 セ ル で は 確 率 pup で 上 り リ ン ク 通 信 が 行 わ れ ， 確 率 (1pup) で 下 り リ ン ク 通 信 が 行 わ れ て い る も の と す る （ つ ま り ， 各 無 線 セ ル で は 上 下 リ ン ク の い ず れ か で 必 ず 通 信 が 行 わ れ て い る ）．図3 に 上 下 リ ン ク が 混 在 す る 非 同 期 環 境 の 一 例 を 示 す ．2.3. CS-DCA
CS-DCA の フ ロ ー チ ャ ー ト を 図 4 に 示 す ．各 AP は ， 他 セ ル AP ま た は STA か ら 受 け る 瞬 時 CCI 電 力 を タ イ ム ス ロ ッ ト ご と に 測 定 す る ． 過 去 に 観 測 さ れ た 瞬 時 CCI 電 力 を 用 い て 平 均 CCI 電 力 を 計 算 し ，干 渉 テ ー ブ ル に 格 納 す る ． チ ャ ネ ル 利 用 時 に は ， 干 渉 テ ー ブ ル を 参 照 し て 平 均 CCI 電 力 最 小 の チ ャ ネ ル を 選 択 す る ．AP は ビ ー コ ン 信 号 に よ り ，セ ル 内 の STA に チ ャ ネ ル が 変 更 さ れ た こ と を 通 知 す る ． 次 の タ イ ム ス ロ ッ ト で は 更 新 後 の チ ャ ネ ル を 用 い て ， 上 り リ ン ク ま た は 下 り リ ン ク の 通 信 が 行 わ れ る ． こ の 方 法 に よ り ， 与 干 渉 の 増 大 を 抑 え つ つ 動 的 に チ ャ ネ ル 配 置 を 更 新 で き る た め ， 通 信 品 質 の 向 上 が 期 待 で き る ． 以 下 で 干 渉 テ ー ブ ル の 作 成 法 と チ ャ ネ ル 選 択 に つ い て 述 べ る ． 図4 CS-DCA の フ ロ ー チ ャ ー ト2.4. 干 渉 テーブルの作 成 法 とチャネル選 択
AP は ， 干 渉 テ ー ブ ル に 保 存 さ れ た 平 均 CCI 電 力 に 基 づ き 使 用 チ ャ ネ ル を 選 択 す る ． 本 稿 で は ， 忘 却 係 数 を 用 い る 一 次 フ ィ ル タ[3]を 用 い て 平 均 CCI 電 力 を 計 算 す る ．AP(m)の ， 第 t タ イ ム ス ロ ッ ト に お け る 第 ch チ ャ ネ ル の 平 均CCI 電 力I
A(m),ch(
t
)
は 次 式 で 与 え ら れ る ． ) 1 ( β ) ( ) β 1 ( ) ( ( ), ( ), ), ( t I t I t IAmch Amch Amch (5) こ こ で ，IA(m),ch(t)は 第 t タ イ ム ス ロ ッ ト に お い て AP が 受 信 し た 瞬 時 CCI 電 力 で あ る ． β(0β1)は 一 次 フ ィ ル タ に お け る 忘 却 係 数 を 表 し て い る ． 一 次 フ ィ ル タ の 模 式 図 を 図 5 に 示 す ． こ の フ ィ ル タ に よ り ， 棲 み 分 け 開 始 以 降 のCCI 電 力 が フ ィ ル タ リ ン グ さ れ る ．た だ し ， x タ イ ム ス ロ ッ ト 前 の CCI 電 力 は βx1(1β)倍 さ れ る ．β が 0 に 近 い 場 合 ， CCI の 瞬 時 的 変 動 の 影 響 を 大 き く 反 映 す る た め ， フ ィ ル タ 出 力 は 不 安 定 と な り 適 切 に チ ャCell of interest
Cell
RS(m),A(m) AP(m) STA(m) RAP/2 t =0 t =1 t =2 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 pup=0.1 pup=0.5 pup=0.9 ・・・ ・・・ ・・・ : uplink : downlink 1 0 CCI measurementCCI table updating START
Channel assignment END
CCI table at the m-th AP #ch Ave. CCI power
#0 #1 0 , m I 1 , m I … …
ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン が 形 成 さ れ な い ． こ の た め ， 平 均 CCI 電 力 の 計 算 の 際 に は ， 1 に 近 い β を 用 い る 必 要 が あ る[4]． 各 チ ャ ネ ル に お け る 平 均 CCI 電 力
I
A(m),ch(
t
)
を 干 渉 テ ー ブ ル に 格 納 し ， 通 信 要 求 が 発 生 し た ら テ ー ブ ル を 参 照 し て 次 の 式 で 示 す よ う な チ ャ ネ ル 配 置 を 行 う ． 1 ~ 0 )}, ( { min arg ( ), Am ch ch ch use I t ch N ch (6) こ こ でNchは 全 チ ャ ネ ル 数 を 示 す ．AP が 式 (6)の チ ャ ネ ル 選 択 規 範 に 従 い ，平 均CCI 電 力 最 小 の チ ャ ネ ル を 選 択 す る こ と で ，CCI を 低 減 す る チ ャ ネ ル 配 置 が 自 律 的 に 形 成 さ れ る ． 図5 一 次 フ ィ ル タ の 模 式 図2.5. CCI 電 力 表 現
AP(m) に お け る 周 波 数 領 域 受 信 信 号 YA(m)(k), k=0~Nc1, は STA(m)の 送 信 信 号 dS(m)(k)を 用 い て 次 式 で 表 さ れ る ． ) ( ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( k N k I k d k H P k Y m A m A m S m A m S m S t m A (7) こ こ で ，HS(m),A(m)(k)お よ び NA(m)(k)は そ れ ぞ れ 第 k 周 波 数 に お け る STA(m)-AP(m) 間 の チ ャ ネ ル 利 得 及 び AP(m)に お け る 雑 音 成 分 で あ る ． 式 (7)に お け る IA(m)(k) は 次 式 で 与 え ら れ る ，AP(m)に お け る CCI 成 分 で あ る ．
} : { ) ( ), ( } : { ) ( ), ( ) ( ) ( , ) ( , ) ( ) ( ) ( m u U u m A u A m u U u m A u S m A m A A m A S k I k I k I (8)こ こ で ，IS(u),A(m)(k)お よ び IA(u),A(m)(k)は そ れ ぞ れ STA(u) お よ びAP(u)か ら の CCI で あ る ．{US,A(m)∈0,1,…,Aall1}
お よ び{UA,A(m)∈0,1,…,Aall1}は そ れ ぞ れ AP(m)と 同 じ
チ ャ ネ ル で 信 号 を 送 信 し て い るSTA お よ び AP 番 号 の 集 合 で あ る ．IS(u),A(m)(k)お よ び IA(u),A(m)(k)は そ れ ぞ れ 次 式 で 与 え ら れ る ． ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( ), ( ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( ), ( k d k H P k I k d k H P k I u A m A u A u A t m A u A u S m A u S u S t m A u S (9) こ こ で ，HA(u),A(m)(k)は 第 k 周 波 数 に お け る AP(u)-AP(m) 間 の チ ャ ネ ル 利 得 で あ る ．dA(u)はAP(u)に お け る 送 信 信 号 で あ る ． AP(m)は 次 式 に よ り 第 k 周 波 数 の CCI+雑 音IˆAP(m)(k) を 求 め る ． ) ( ˆ ) ( 2 ) ( ) ( ˆ ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( ) ( k Y k P H k d k IAm Am tSm Sm Am Sm (10) こ こ で ，dˆS(m)(k)は デ ー タ 判 定 に よ り 推 定 し た 第 k 周 波 数 の 送 信 信 号 で あ る ． 希 望 信 号 が 含 ま れ な い チ ャ ネ ル で はdS(m)(k)0と す る ． こ れ を 用 い て ， 第 t タ イ ム ス ロ ッ ト に お け る 瞬 時 CCI 電 力 IA(m),ch(t)は 次 式 で 与 え ら れ る ．
1 0 2 ) ( ), ( ˆ ( ) 1 ) ( Nc k m A c ch m A t N I k I (11) た だ し ，Nc は OFDM 伝 送 に お け る 離 散 フ ー リ エ 変 換 (DFT)ブ ロ ッ ク サ イ ズ を 表 す ．本 稿 で は ，AP は す べ て の タ イ ム ス ロ ッ ト に お い て ，自 身 の 受 け た CCI 電 力 を 理 想 的 に 求 め ら れ る と 仮 定 す る ．3. SIR 表 現
3.1. 上 りリンク SIR
式(7)よ り ， AP(m)に お け る ブ ロ ッ ク 平 均 瞬 時 SIRA( m) は ，次 式 で 与 え ら れ る ．た だ し ，E[|dS(m)(k)|2]=1 を 仮 定 し た ．
1 0 2 ) ( 1 0 2 ) ( ), ( ) ( , ) ( ) ( 2 1 ) ( 2 c c N k Am N k m A m S m S t m A k I k H P (12)3.2. 下 りリンク SIR
同 様 に ，STA(m)に お け る ブ ロ ッ ク 平 均 瞬 時 SIRA( m) は ，次 式 で 与 え ら れ る ．た だ し ，E[|dA(m)(k)|2]=1 を 仮 定 し た ．
1 0 2 ) ( 1 0 2 ) ( ), ( ) ( , ) ( ) ( 2 1 ) ( 2 c c N k Sm N k m A m S m A t m S k I k H P (13) た だ し ，IS(m)(k)は STA(m)の 第 k 周 波 数 CCI 成 分 を 表 し ， 次 式 で 与 え ら れ る ．
} : { ) ( ), ( } : { ) ( ), ( ) ( ) ( , ) ( , ) ( ) ( ) ( m u U u m S u A m u U u m S u S m S m A A m A S k I k I k I (14)こ こ で ，IS(u),S(m)(k)お よ び IA(u),S(m)(k)は そ れ ぞ れ STA(u) お よ び AP(u)か ら の CCI で ， 次 式 で 与 え ら れ る ． ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( ), ( ) ( ) ( ), ( ) ( , ) ( ), ( k d k H P k I k d k H P k I u A m S u A u A t m S u A u S m S u S u S t m S u S (15)
4. 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果
4.1. 計 算 機 シミュレーション諸 元
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 諸 元 を 表 1 に 示 す ． 各 セ ル に は 1 台 の STA が 存 在 す る も の と す る ．本 稿 で は ，す べ て の セ ル で ，STA ま た は AP の ど ち ら か が 常 に 通 信 を 行 な っ て い る 環 境 を 想 定 す る ． 各 無 線 セ ル で は ス ロ ッ ト ご と に ， 確 率 pup で 上 り リ ン ク 通 信 が ， 確 率(1pup)で 下 り リ ン ク 通 信 が 行 わ れ る も の と し た （ つ ま り ， 各 無 線 セ ル で は 上 下 リ ン ク の い ず れ か で 必 ず 通 信 が 行 わ れ て い る ）． 各 AP は タ イ ム ス ロ ッ ト ご と に CCI 電 力 IA(m),ch(t)を 測 定 し ， 干 渉 テ ー ブ ル と 使 用 チ ャ ネ ル を 更 新 す る ． ) ( ), ( t IAmch t2 t1 ・・・ ・・・ t ) β 1 ( ) β 1 ( β2 timeslot 0 ) β 1 ( β 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は ，STA の 位 置 を 一 様 分 布 で 発 生 さ せ ，STA・ AP 間 距 離 の 3.5 乗 の 逆 数 に 比 例 す る パ ス ロ ス と 標 準 偏 差5dB の 対 数 正 規 分 布 を 有 す る シ ャ ド ウ イ ン グ を 生 成 し た ． こ の と き ， 対 象 AP-周 辺 AP 間 と 対 象 AP-周 辺 STA 間 の シ ャ ド ウ イ ン グ は 無 相 関 で あ る も の と し た ． ま た ， フ ェ ー ジ ン グ は L=16 パ ス 周 波 数 選 択 性 ブ ロ ッ ク レ イ リ ー フ ェ ー ジ ン グ を 生 成 し た ．1 回 あ た り の 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 試 行 の 時 間 長 は 2000 タ イ ム ス ロ ッ ト と し ， こ の 間 STA の 位 置 は 変 化 し な い も の と し た ．2000 タ イ ム ス ロ ッ ト 時 点 に お け る 上 下 リ ン ク のSIR ΓA(m)，ΓS(m)を 測 定 し た ． こ の 試 行 を500 回 繰 り 返 す こ と で SIR の CDF を 算 出 し て い る ． 表1 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 諸 元 System
No. of co-channel cells Na l l=100
No. of channels Nch=4
No. of STAs per cell U=1
Uplink transmission
probability pu p=0.1~1.0
Normalized transmit SNR ∞ (Interference limited)
Channel
Fading type Frequency-selective block Rayleigh
Power delay profile L=16-path uniform
Time delay l=l (l=0~L1)
Pass loss exponent α
Shadowing loss standard
deviation σ=5 (dB)
CS-DCA
Forgetting factor
of first order filtering β=0.99
CCI power measurement Ideal
4.2. チャネル再 利 用 パターンに与 える影 響
図6 に CS-DCA を 用 い る チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン の 時 間 変 動 の 様 子 を 示 す ． 初 期 の チ ャ ネ ル 配 置 は ラ ン ダ ム と し た ．図6 の 上 段 が pup=0.1，す な わ ち 各 セ ル で 下 り リ ン ク 通 信 が 多 く 発 生 す る 場 合 ，中 段 が pup=0.5，す な わ ち 各 セ ル で 上 下 リ ン ク 通 信 が 等 確 率 で 発 生 す る 場 合 ，下 段 が pup=0.9，す な わ ち 各 セ ル で 上 り リ ン ク 通 信 が 多 く 発 生 す る 場 合 の チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン を 示 す ． こ の と き ， 各 場 合 の チ ャ ネ ル 状 態 は 等 し い と し た ． 図 6 よ り ，チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン は pupに 依 存 す る こ と が わ か る ． こ れ は ， 式(11)で 示 し た AP の 瞬 時 CCI 電 力IA(m),ch(t)の 値 が pupに 依 存 す る た め で あ る ．pup=1 のと き は ，AP が 受 け る CCI は 周 辺 STA か ら の CCI と な る た め ， こ れ を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て る こ と で ， 周 辺 STA に 与 え る 下 り リ ン ク CCI を 最 小 化 で き る ．一 方 で ， pupが 0 に 近 づ く ほ ど ， AP が 受 け る CCI は 周 辺 AP か ら のCCI の 影 響 が 大 き く な り ，こ れ を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て て も ，周 辺STA に 与 え る CCI を 最 小 化 す る こ と は で き な い ． ま た ，pup の 値 に 関 わ ら ず ， い ず れ の 場 合 も t=1000 程 度 で チ ャ ネ ル 配 置 は 安 定 し て い る こ と が わ か る ． 本 稿 で は CCI 電 力 の 平 均 化 の 際 に 忘 却 係 数 β＝ 0.99 を 使 用 し て い て ，こ れ は 直 前100 タ イ ム ス ロ ッ ト の CCI 電 力 の 平 均 値 を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て て い る こ と に 相 当 す る ．CS-DCA は 自 律 型 の チ ャ ネ ル 選 択 ア ル ゴ リ ズ ム で あ る た め ， そ の 後 も 各 AP は 少 し ず つ チ ャ ネ ル 変 更 を 行 い な が ら ， す べ て の AP が 周 辺 STA に 与 え る CCI を 最 小 化 す る パ タ ー ン に 近 づ い て い く ． そ の た め ， 平 均 化 に 必 要 な100 タ イ ム ス ロ ッ ト の 約 10 倍 程 度 の 時 間 を 要 し て ，十 分 CCI を 最 小 化 す る チ ャ ネ ル が 選 択 さ れ る ． 図6 CS-DCA チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン の 時 間 変 動 の 様 子 (Nch=4, β=0.99, α=3.5, σ=5(dB))
4.3. 上 下 リンク SIR 特 性
上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 下 に お け る ， 下 り リ ン ク 及 び 上 り リ ン ク SIR の CDF を 図 7 に 示 す ．比 較 の た め ，ラ ン ダ ム 配 置(RCA)， 起 動 時 最 小 RSSI 法 (min-RSSI)， 固 定 チ ャ ネ ル 配 置(FCA)の 特 性 も 同 様 に プ ロ ッ ト し た ． CS-DCA に お け る 初 期 チ ャ ネ ル は ラ ン ダ ム に 与 え ， 時 刻 2000 タ イ ム ス ロ ッ ト の チ ャ ネ ル 配 置 で 測 定 を 行 っ た ． 確 率 pup を パ ラ メ ー タ と し ， 上 下 同 期 環 境 下 の 特 性 も プ ロ ッ ト し た ． 図7 よ り ，CS-DCA を 用 い る こ と で ，RCA，min-RSSI よ り 上 下 リ ン ク SIR 特 性 を 改 善 で き る こ と が わ か る ． こ れ は ，CS-DCA を 用 い る こ と で ， 上 下 非 同 期 環 境 下 に お い て も ，AP が 周 辺 STA に 与 え る CCI を RCA， min-RSSI よ り 低 減 す る 安 定 し た チ ャ ネ ル 配 置 を 形 成 で き る た め で あ る ． ま た ，CS-DCA は 自 律 型 の チ ャ ネ ル 配 置 法 で あ り な が ら ，集 中 制 御 を 要 す る FCA と 同 等 のSIR を 達 成 で き る こ と が わ か る ． ま ず ， 上 下 非 同 期 送 信 環 境 の 影 響 に つ い て 考 察 す る ． は じ め に 下 り リ ン ク に つ い て 述 べ る ． 本 稿 の CS-DCA で は 下 り リ ン ク 与 干 渉 （ す な わ ち ， 対 象 AP か ら 周 辺 STA に 与 え る 干 渉 ）を 最 小 化 す る チ ャ ネ ル 配 置 の 形 成 を 目 的 と し て い る ．同 期 環 境 で は ，AP が 測 定 す る CCI 電 力 は 周 辺 STA か ら の CCI で あ る た め ，こ れ を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て る こ と で ，AP が 周 辺 STA に 与 え る CCIp
up=0.1
p
up=0.5
p
up=0.9
t =100
t =1000
t =2000
0 2 1 2 3 2 0 2 2 0 2 3 2 0 3 2 1 2 3 2 3 0 3 0 2 1 0 0 3 2 1 2 1 0 0 3 2 1 2 1 1 1 0 1 1 3 0 1 1 0 3 0 3 0 0 1 0 3 0 3 3 3 2 3 0 2 0 3 3 1 2 1 2 0 3 3 1 2 1 2 2 0 2 0 3 1 0 2 0 0 1 3 0 0 2 0 3 1 3 0 0 3 1 2 3 2 0 0 2 1 3 2 1 0 0 2 3 0 2 1 0 0 3 1 2 3 0 0 0 3 1 2 3 0 0 0 3 0 2 3 3 3 1 2 1 2 0 3 2 1 2 1 2 0 2 2 1 3 1 0 1 0 3 0 3 0 0 0 1 2 0 3 0 0 1 2 1 0 2 1 2 2 0 2 1 2 0 2 3 0 3 1 2 0 0 3 0 3 1 0 3 0 3 0 3 0 0 3 0 2 2 3 0 0 3 1 3 0 2 3 2 1 3 1 2 1 0 2 3 1 3 1 1 0 1 3 2 1 3 1 3 1 1 3 2 0 0 3 2 2 0 0 0 0 3 2 3 2 0 1 1 0 2 0 1 3 0 2 2 1 3 2 3 0 2 1 3 1 2 1 2 1 3 3 3 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 2 2 3 0 1 2 2 1 2 2 0 2 2 0 3 2 2 0 1 3 1 0 3 2 2 0 3 0 3 1 0 0 3 2 0 3 1 0 0 0 2 3 2 1 3 1 0 3 1 3 0 3 1 0 2 1 3 0 3 1 3 2 1 0を 最 小 化 で き る ．一 方 で ，非 同 期 環 境 で は ，AP が 測 定 す るCCI に は 周 辺 AP か ら の CCI も 含 ま れ る た め ，こ れ を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て て も ， 周 辺 STA に 与 え る CCI を 最 小 化 す る こ と は で き な い ． 図 7(a)の 下 り リ ン クSIR 特 性 を み る と ，pupが 小 さ く な る ほ ど（ す な わ ち ， AP が 測 定 す る CCI に ， 周 辺 AP か ら の CCI が 多 く 含 ま れ る ほ ど ）下 り リ ン クSIR が 劣 化 す る こ と が わ か る ． 例 え ば ，pup=0.1 の と き ，上 下 同 期 環 境 下 と 比 べ て 下 り リ ン クSIR が 1.5dB 劣 化 し て い る ． こ れ は ， 上 で 述 べ た よ う に ，AP が 測 定 す る CCI に 周 辺 AP か ら の CCI が 多 く 含 ま れ る ほ ど ，AP が 周 辺 STA に 与 え る CCI を 最 小 化 す る チ ャ ネ ル 選 択 が 行 わ れ な く な る た め で あ る ． 次 に ，上 り リ ン ク SIR 特 性 に つ い て 考 察 す る ．同 期・ 非 同 期 環 境 い ず れ の 場 合 も ，AP は 自 身 が 測 定 す る CCI に 基 づ い て チ ャ ネ ル を 選 択 す る ．こ の た め ，AP は 常 に 自 身 の 受 け るCCI が 最 小 と な る チ ャ ネ ル を 利 用 で き る ． 図7(b)の 下 り リ ン ク SIR 特 性 を み る と ， 非 同 期 環 境 下 に お い て も ，CS-DCA を 用 い る こ と で 高 い SIR が 得 ら れ て い る こ と が わ か る ． (a) 下 り リ ン ク (b) 上 り リ ン ク 図7 SIR の CDF 特 性
5. む す び
本 稿 で は ，上 下 リ ン ク 非 同 期 送 信 環 境 がCS-DCA に 与 え る 影 響 に つ い て 検 討 し た ．CS-DCA で は ，AP が 周 辺STA か ら の CCI に 基 づ い て チ ャ ネ ル を 選 択 す れ ば ， 周 辺STA に 与 え る CCI を 最 小 化 で き る ．し か し ，非 同 期 環 境 下 で は ，AP が 測 定 す る CCI は 周 辺 STA か ら の 干 渉 だ け で な く 周 辺 AP か ら の 干 渉 も 含 ま れ る た め ， こ れ を 基 に チ ャ ネ ル を 割 当 て て も ，周 辺 STA に 与 え る 干 渉 を 最 小 化 す る こ と が で き な い ． は じ め に ， 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り ， 上 下 リ ン ク 非 同 期 環 境 下 に お い て も ，CS-DCA に よ り 安 定 し た チ ャ ネ ル 再 利 用 パ タ ー ン が 形 成 さ れ ，上 下 リ ン ク のSIR を RCA，min-RSSI よ り 改 善 で き る こ と を 示 し た ． 次 に ，AP の 測 定 す る CCI に 周 辺 AP か ら の CCI が 含 ま れ る 場 合 は ，周 辺 STA に 与 え る 干 渉 を 最 小 化 で き な い た め ， 下 り リ ン ク SIR 特 性 が 劣 化 す る こ と を 示 し た ． 一 方 で ， 上 り リ ン ク に お い て は ，AP は 自 身 の 受 け る CCI を 最 小 化 す る よ う に チ ャ ネ ル を 選 択 す る た め ，高 い SIR が 得 ら れ る こ と を 示 し た ．本 稿 で は 対 象 AP-周 辺 AP 間 と 対 象 AP-周 辺 STA 間 の シ ャ ド ウ イ ン グ は 無 相 関 と し た ． し か し ， 両 者 の シ ャ ド ウ イ ン グ 相 関 が 大 き い 場 合 は ，対 象 AP は 周 辺 AP か ら 受 け る 干 渉 を 用 い て チ ャ ネ ル 選 択 を 行 な っ て も ， 周 辺 STA に 与 え る 干 渉 を 最 小 化 で き る 場 合 が あ る と 考 え ら れ る ．シ ャ ド ウ イ ン グ 相 関 が CS-DCA の 与 干 渉 に 与 え る 影 響 に つ い て は 今 後 の 重 要 な 検 討 課 題 で あ る ．
文
献
[1] B. A. Hirantha Sithira Abeysekera, 石 原 浩 一 ， 井 上 保 彦 ，市 川 武 男 ，熊 谷 智 明 ，溝 口 匡 人, “IEEE802.11 無 線 LAN に お け る マ ス タ ・ ス レ ー ブ 型 チ ャ ネ ル 選 択 法 の 提 案,” 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 ， B-5-121, 2012 年 3 月
[2]
Y. Furuya and Y. Akaiwa, “Channel segregation, a distributed adaptive channel assignment scheme for mobile communication systems,” IEICE Trans. Commun., Vol. E74-B, No. 6, pp. 1531-1537, June 1991.[3]
R. Matsukawa, T. Obara, and F. Adachi, “A dynamic channel assignment scheme for distributed antenna networks,” Proc. IEEE 75th Vehicular Technology Conference, May 2012.[4] 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.
[5] 松 村 祐 輝 ，天 間 克 宏 ，小 原 辰 徳 ，山 本 哲 矢 ，石 原 浩 一 ， ヒ ラ ン タ ア ベ ー セ ー カ ラ ， 熊 谷 智 明 ， 安 達 文 幸, “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 に お け る 送 信 電 力 制 御 の 効 果 に 関 す る 一 検 討,” 信 学 技 報 , RCS2012-151, pp. 149-154, 2012 年 10 月 . [6] 天 間 克 宏 ，松 村 祐 輝 ，小 原 辰 徳 ，山 本 哲 矢 ，石 原 浩 一 ， ヒ ラ ン タ ア ベ ー セ ー カ ラ ， 熊 谷 智 明 ， 安 達 文 幸 ，“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 に お け る マ ル チ チ ャ ネ ル ア ク セ ス に 関 す る 一 検 討 ,” 信 学 技 報 , RCS2012-181, pp. 121-126, 2012 年 11 月 .
