NTT技術ジャーナル　2017.118

IoT/M2Mからブロードバンドまで多様なニーズにこたえる無線アクセス技術

無線LANへの高まる期待

無線LANは，電波法で定められた免許不要の無線周波数（アンライセンスバンド）＊を用いるためスマートフォンやゲーム機，ドローンなど多種多様な端末に利用されています．NTTでは2012年の中期経営戦略において，無線LANを固定，移動に次ぐ第 ３ のアクセスと位置付けプラットフォームとしての強化を図った結果，企業や自治体などによる公衆無線LANのエリアオーナーが拡大しており，2020年に向けてスタジアムなどへのさらなる展開が期待されます．また，急増するモバイルトラフィックに対応するため開発中の5G向けに無線LANの活用が期待されます．

無線LANの標準化動向

最 新 の 無 線LAN標 準 規 格IEEE 802.11ac（11ac）は， 1 Gbit/s超の高速通信が可能ですが，駅やスタジアムなど無線LAN機器が高密度で存在する環境では，電波干渉の増大によるスループットの低下が課題です．これを解決するため，無線LANの標準化を担うIEEE 802.11内で高密度環境でのスループットの改善を主目的としたタ

スクグループax（TGax）が設立され，次世代の高効率無線LAN規格としてIEEE 802.11ax（11ax）の標準化が進められています．

TGaxの設立趣意書（PAR: Project Authorization Request）では，要求条件の 1 つとして，「高密度環境において，端末当りの平均スループットが従来の ４ 倍以上になる動作モードを少なくとも 1 つ以上具備すること」が規定されており，実現すれば11acと比較して，ユーザ体感速度の大幅な改善が期待されます．そのためには，周波数利用効率の大幅な向上が求められますが，実現手段としては，次の技術が議論されています．■マルチユーザ伝送技術

マルチユーザ伝送は複数端末向けの無線信号をまとめて伝送する技術で，マルチユーザMIMO（Multiple Input Multiple Output），OFDMA（Orthog­o nal Frequency Division Multiple Ac cess）の 2 つの方法が議論されています．マルチユーザMIMOは複数のアンテナを用いた空間多重伝送を複数端末と行い，伝送効率を向上させる技術です．OFDMAは複数端末間で周波数リソースを柔軟かつ効率的に共有する技術で，LTE（Long Term Evolu­

tion）などで導入されており，実装の容易性から多くの無線LAN機器での使用が期待されます．11acでは下りのマルチユーザMIMOが導入されており，11axで は 新 た に 上 り ・ 下 り のOFDMAと上りマルチユーザMIMOの導入が議論されています．上りマルチユーザ伝送の導入により複数の端末からの上り同時送信が可能となり，大幅な伝送効率の改善が期待されます．上りマルチユーザ伝送の実現のため，端末間の送信タイミングの調整を目的としたトリガーフレームと呼ばれる新たな制御用フレームの規定などが議論されています．■周波数リソースの空間的利用効率向上技術無線LANでは，パケット間の衝突

を回避するためにパケット送信前にチャネルの状態を観測し，信号の受信電力が規定のしきい値よりも高ければビジーと判定し，送信待機します．従来の無線LANでは，チャネルをビジー判定するしきい値は十分低い値に設定されていました．しかし，高密度環境では，ビジー判定の増加により送信機会が十分得られずスループットが低下

無線LAN 協調無線LAN技術 5G

＊本稿では無線LAN用周波数をアンライセンスバンドと呼びます．

無線LANの最新動向と協調無線LAN技術

NTTアクセスサービスシステム研究所では，家庭や企業，公共スペースなどで普及が進む無線LAN技術の研究開発に取り組んでいます．本稿では無線LANの標準化動向，スタジアムなどの高密度無線LAN環境において干渉問題を解決する協調無線LAN技術，および第 ５世代移動通信システム（５G）の実現に向けたセルラ網への無線LANの融合について紹介します．

河かわむら

村 憲けんいち

一 /石いしはら

原 浩こういち

一 /岩いわたに

谷 純じゅんいち

一

篠しのはら

原 笑しょうこ

子 /秋あきもと

元 　守まもる

/井いのうえ

上 保やすひこ

彦

市いちかわ

川 武た け お

男 /鷹たかとり

取 泰や す し

司

NTTアクセスサービスシステム研究所

NTT技術ジャーナル　2017.1 19

特集

する問題が顕在化してきました．この問題を解決するため，11axではビジー判定の条件を変えて周波数の空間的利用効率を向上させる技術が議論されています．具体的には，検出した信号が他セルからの信号の場合，一定の条件を満たす場合には送信を許容することで複数のセルで同時送信を可能とし，高密度な周波数の再利用を実現します

（図 １ ）．また，送信電力制御とビジー判定のしきい値制御を連動させる方法なども議論されています．

このほか11axでは，屋外環境での

利用を強く意識し，屋外特有の長い遅延波への耐性の高い信号フォーマットの規定，長距離専用の伝送モードなども議論されています．

11axは2018年末の標準化完了をめざして活動を進めています．なお，11axのドラフト段階の規格に準拠した機器は，標準化完了よりも前に出荷される見込みです．11ax準拠機器の普及時期は2020年ごろが想定されます．

超高密度無線LANサービスを実現する協調無線LAN技術

5G/11ax時代には，IoTやウルトラブロードバンドサービスに対応するために無線LANアクセスポイント（AP）の設置数がさらに増加すると予想されます．一方，無線LANが利用する周波数は限りがあるため，APが高密度に設置される状況では，周辺の複数のAPが同一チャネルを共用するケースが増えます．また，無線LAN標準規格の進化に伴い，チャネル帯域や空間多重数，送信電力など，周波数 ・ 空間の両領域で無線リソースの制御パラメータが拡大，多様化しています．このような状況においては，各APが自律的に無線リソースを制御する方法ではAPの性能を十分に引き出すことが困難です．限られた無線リソースを効率的に利用してより多くの端末，トラフィックを収容するためには，周囲の無線環境情報を勘案して集中的に無線リソース制御を行うことが効果的です．

協調無線LAN技術は，APの集中制御により無線リソースの高効率利用を可能とし，キャリアグレードの品質を提供する技術です．APを制御する無線リソース制御エンジンがAPから得た無線環境情報を集中管理し，各APに対して適切な無線リソースの制御パラメータを設定することで，干渉によるスループットの低下を回避しシステムスループットの向上を実現します．スタジアムや駅などの混雑する場所では，各APが取得した無線環境情報を収集し，制御エンジンの独自アルゴリズム（RATOPアルゴリズム(1)）によ

①無線LAN子機2－2から信号送信

②無線LAN親機2に信号到着．同じ識別子であることを確認

③同セルからの信号を受信し，自身の送信は待機させる

無線LAN親機1 無線LAN親機2

無線LAN子機1

無線LAN子機2－2

無線LAN子機2－1

同セルからの信号に対する干渉の検出範囲

①無線LAN親機1から信号送信

②無線LAN親機2へ信号到着．異なる識別子であることを確認

③他セルからの信号が一定の条件を満たせば，子機に信号送信

無線LAN親機1 無線LAN親機2

無線LAN子機1

無線LAN子機2－2

無線LAN子機2－1

他セルからの信号に対する干渉の検出範囲

（b）　他セルから送信された信号に対するチャネル判定の例

（a）　同セルから送信された信号に対するチャネル判定の例

図 1 　セルの識別子に基づくチャネル状態判定

NTT技術ジャーナル　2017.120

IoT/M2Mからブロードバンドまで多様なニーズにこたえる無線アクセス技術

り算出された最適な無線パラメータを各APに設定することで，周波数 ・ 空間リソースの最適化が行われ，干渉の低減やシステムスループットの向上を実現します（図 ₂ ）．また，制御エンジンによりトラフィックの多いAPにチャネルの帯域幅を優先的に割り当てることができ，柔軟なシステム設計を行うこともできます．

また，パラメータが多くエリア設計が非常に困難だった分散スマートアン

テナ技術に協調無線LAN技術を適用することで（図 ₃ ），分散スマートアンテナ対応APのパラメータの最適化によるAP配置のさらなる高密度化が可能になり，より高いスループットによる高品質無線LANサービスを実現できます．

セルラ網への無線LANの融合

増加するモバイルトラフィックの収容のため，無線LANへのトラフィッ

クオフロードが行われています．セルラ通信用の周波数リソースが限られていることから，無線LANが利用する5GHz帯のアンライセンスバンドをセルラ通信に積極的に活用する動きが活発化しています．5Gでは複数の異なる無線アクセス技術を組み合わせたヘテロジーニアスネットワークが想定されており(2)，無線LANもユーザデータを収容する無線セルの 1 つとして，これまで以上にセルラ網との融合が進むと予想されます．

無線LANとセルラ網の連携技術としては，無線LANをセルラのネットワークに統合し，無線LANとセルラ間でシームレスな接続を実現する技術 と し て，３GPP（３rd Generation Part ner ship Project）においてRAN

（Radio Access Network）レベルでの統合を実現するLWA（LTE­WLAN Aggre ga tion），LWIP（LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tun nel）(３)の標準化が行われています．一方，セルラ網に機能を追加せずにセルラと無線LANを統合利用する方法として，MPTCP（Multipath TCP）(４)

を利用したトラフィック統合も実用化されています．無線LANとセルラの回線選択については，３GPPにおいてセルラ網からアクセス回線の選択を制 御 す るANDSF（Access Network Dis cov ery and Selection Function）(5)

が標準化されています．5Gでの無線LANのセルラ網への統合はこれらの技術をベースとして，より高密度かつ多様な特性の無線セルが配置される中で，ユーザの体感品質を高めるための

干渉エリアが大きいため周波数チャネルの繰返し利用に限界あり

干渉エリアを小さくできAPのさらなる高密度配置が可能

AP AP

AP AP AP

（a）　一般的なAPの場合

（b）　分散スマートアンテナ対応APの場合

分散配置されたアンテナ

同一周波数チャネルを用いるAP

受信電力

高

低

干渉エリア

通信エリア

図 3 　分散スマートアンテナへの協調無線LAN技術の適用

無線環境情報

パラメータ制御

無線リソース制御エンジン

最適なパラメータ設定により，干渉の低減やシステムスループットの向上を実現

・干渉低減・無線帯域優先制御・システム運用マネジメント

スタジアムスタジアム 駅駅

ショッピングモールショッピングモール キャンパスキャンパス

図 ₂ 　協調無線LAN技術

NTT技術ジャーナル　2017.1 21

特集

技術が必要となります．アンライセンスバンドプラット

フォーム化技術（図 ４ ）は，アンライセンスバンドの無線環境情報，セルラ回線の品質情報などをネットワーク上にデータベース化し，その情報に基づき制御エンジンが独自アルゴリズムによりAPの設定や端末の帰属先をネットワーク側から最適制御する技術です．また，無線LANのアクセス方式で あ るCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoid­ance）をセルラ回線経由で制御することで，無線リソースの利用効率の向上を行います．例えば，アンライセンスバンドの無線システム特有の課題である隠れ端末 ・ さらし端末問題を改善するため，端末とAPから，無線LANのビーコン信号の受信率，送信遅延の情報をプラットフォームに収集し，制御エンジンで隠れ端末 ・ さらし端末の関

係を分析し，その解消のためにAPのチャネル配置や端末の帰属先APを最適化する制御を行い，通信品質を改善します(6),(7)．本技術により，5Gを構成する各種無線アクセスを無線LANを含めて全体最適化し，システムスループットを現行ネットワークの 2 倍以上とし，ユーザの体感品質を高めることをめざしています．

今後の展開

NTTアクセスサービスシステム研究所では高効率無線LANの標準化，協調無線LAN技術によるシステムスループット向上，5Gへの無線LAN活用の研究開発により，社会インフラとしての無線LANのさらなる発展をめざしていきます．

■参考文献（1） ア ベ セ カ ラ ・ 松 井 ・ 鷹 取 ・ 溝 口：“IEEE

802.11無線LANにおけるネットワーク制御型チ ャ ネ ル 割 当 法 の 特 性 評 価,” 信 学 技 報,

CQ2016­72, pp.129­1３４, 2016.（2） 5GMF：“5G Mobile Communications Systems

for 2020 and beyond,” 5GMF White Paper, 第1.01版, 2016.

（3） ３GPP TS３6.３00 v1４.0.0：“Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E­UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E­UTRAN); Overall description; Stage 2,” 2016.

（4） ３GPP TS2３.４02 v1４.1.0：“Architecture enhancements for non­３GPP accesses,” 2016.

（5） RFC 682４：“TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses，” 201３．

（6） 松井 ・ 猪木 ・ アベセカラ ・ 市川 ・ 溝口 ・ 岸田 ・ 山田 ・ 森広 ・ 浅井 ・ 奥村：“5Gに向けたモバイル回線連携無線LANシステム( 1 ) 〜モバイル回線を利用したシステム容量拡大〜，” 信学ソ大，B­5­12，2016．

（7） 猪木 ・ アベセカラ ・ 松井 ・ 市川 ・ 溝口 ・ 岸田 ・ 山田 ・ 森広 ・ 浅井 ・ 奥村：” 5Gに向けたモバイル回線連携無線LANシステム( 2 ) 〜ビーコン信号を用いたさらされ状態APの推定手法〜，” 信学ソ大，B­5­1３，2016．

（上段左から） 河村 憲一/ 石原 浩一/ 岩谷 純一/ 篠原 笑子

（下段左から） 秋元 　守/ 井上 保彦/ 市川 武男/ 鷹取 泰司

NTTグループ会社や国内外のパートナーと連携して，無線LANの標準化や技術開発に取り組み，ユーザにとって利便性の良い無線LANを活用したサービスの実現をめざします．

◆問い合わせ先NTTアクセスサービスシステム研究所 無線アクセスプロジェクト 次世代大容量無線グループTEL 046-859-5105FAX 046-859-3145E-mail　ntt-lab-wireless lab.ntt.co.jp

本研究には，総務省からの委託を受けて実施した「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発」の成果の一部が含まれています．

制御エンジンデータベース

アンライセンスバンドプラットフォーム

マクロセル基地局

AP制御

５G無線セル

５G無線端末

高SHF帯スモールセル

低SHF帯スモールセル基地局

ミリ波無線LAN AP

無線環境情報送信

端末制御

アンライセンスバンドの干渉の改善

最適な無線アクセス回線の選択

基地局

無線LAN AP

図 4 　アンライセンスバンドプラットフォーム化技術