JP2007208312A - マルチモード無線通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】ソフトウェア無線技術を用いて多数の無線アクセス技術間のハンドオーバー処理を、簡易な構成と手順で実施できるマルチモード無線通信端末を得る。
【解決手段】ソフトウェア無線により無線通信機能を実現するマルチモード無線通信端末であって、複数の無線通信機能部１０Ａ，１０Ｂと、通信中の無線アクセス技術を用いて端末内に存在しないソフトウェアをダウンロードするダウンロード部２１と、ソフトウェアを格納する格納部１８と、無線アクセス技術の切替時に新たな無線アクセス技術のソフトウェアを切替先の無線通信機能部に転送し無線アクセス技術の設定を変更する機能変更管理部１７と、新たな無線アクセス技術の通信が確立された時点で複数の無線アクセス技術間のハンドオーバーを行う無線アクセス技術切替管理部１９と、ハンドオーバー処理の完了後、新たな無線アクセス技術からのデータに切り替えるスイッチ２２とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、ソフトウェア無線（ＳＤＲ：Software Defined Radio）により無線通信機能を実現するマルチモード無線通信端末に関するものである。

従来の統合無線システムは、複数の無線アクセス技術間でシームレスなサービスを実現するために、発着信、位置通知、認証、無線アクセス技術の発見・選択・切り替え等を可能とするためＢＡＳ（Basic Access Signaling）と呼ばれる制御プロトコルを用いる。この従来の統合無線システムでは、ある無線アクセス技術から他の無線アクセス技術へ切り替える場合は、ＢＡＳを用いて、他の無線アクセス技術へ切り替えるための制御信号を伝送していた。このＢＡＳをユーザーとネットワークの間で伝達する方法としては、既存の無線アクセス技術へオーバーレイする方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

すなわち、従来の統合無線システムは、端末とノード間のデータ通信経路を形成するための無線アクセスシステムとして、ＰＨＳの無線アクセス技術、無線ＬＡＮ（IEEE802.11b）の無線アクセス技術、第２世代移動体通信システムの無線アクセス技術、第３世代移動体通信システムの無線アクセス技術を備え、インターネット網を介してこれら無線アクセス技術と接続されるサーバーにより、これら無線アクセス技術の切り替えが管理される。なお、第２世代及び第３世代の移動体通信システムの無線アクセス技術は、各無線アクセス技術の基地局とネットワークを含む。

従来の統合無線システムにおいて、ＰＨＳの無線アクセス技術から無線ＬＡＮの無線アクセス技術に切り替える（異なる無線アクセス技術の間でハンドオーバーする）場合を例として説明する。ここで、無線アクセス技術の切り替えに関するＢＡＳの制御プロトコルを伝送する無線アクセス技術として第２世代移動体通信システムを用いる。始めに、端末（非特許文献１ではＭＵＴ：Multi-service User Terminalと表記）が、ＰＨＳの無線アクセス技術およびインターネット網を経由して、ノードと通信している際に、端末とノードと間の通信をＰＨＳから無線ＬＡＮへ切り替える場合、切り替えに要する制御信号は、ＢＡＳとして、サーバーと端末との間で、インターネット網、第２世代移動体通信システムの無線アクセス技術を経由して相互に伝送される。このＢＡＳの制御信号に基づき、端末は、通信を行う経路を無線ＬＡＮの無線アクセス技術へ切り替える（ハンドオーバーする）。

統合無線システムに用いる端末は複数の無線アクセス技術と通信可能なマルチモード端末である必要がある。非特許文献１では、このマルチモード端末はＰＨＳの無線アクセス技術、無線ＬＡＮ（IEEE802.11b）の無線アクセス、第２世代移動体通信システムの無線アクセス技術、第３世代移動体通信システムの無線アクセス技術のそれぞれのカードとノートＰＣによって実現していた。

井上、マハムド、村上、長谷川、森川著「ＲＡＮオーバーレイ型ＭＩＲＡＩシステム−（１）概要−」電子情報通信学会、２００３年総合大会、Ｂ−５−１３１、２００３年３月

上述したように、従来の統合無線システムに用いるマルチモード端末は、ＰＨＳ、無線ＬＡＮ（IEEE802.11b）、第２世代移動体通信システム、および第３世代移動体通信システムと通信するために、全ての無線アクセス技術の通信カードをノートＰＣに実装する必要があったため、多数の無線アクセス技術と通信可能なマルチモード端末を実現するためには、それぞれの通信カードが必要となりハードウェアの規模が大きくなるという問題点があった。

ここで、現在研究開発が行われているソフトウェア無線システムは、無線伝送に必要な処理をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）、プロセッサ等のプログラムの変更可能なハードウェアに実装し、そのプログラム（ソフトウェア）の変更により、複数の無線アクセス技術の無線通信機能を実現する技術である。このソフトウェア無線技術を用いれば、同一のハードウェアを用いて複数の無線通信機能を実現できるため、従来の無線システムのように無線アクセス技術毎に通信カードを実装する必要が無くなる。また、ネットワーク側に存在するサーバーからソフトウェアをダウンロードすることで、新たな無線アクセス技術の無線通信機能を実現することが可能となる。

しかしながら、従来の無線アクセス技術の無線通信機能をソフトウェア無線技術にて実現する場合、簡易な構成と手順で無線アクセス技術を変更することが必要となる。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ソフトウェア無線技術を用いて多数の無線アクセス技術間のハンドオーバーに対応するマルチモード端末の簡易な構成と手順を得ることができるマルチモード無線通信端末を提供することを目的とする。

この発明に係るマルチモード無線通信端末は、ソフトウェア無線により無線通信機能を実現するマルチモード無線通信端末であって、異なる無線アクセス技術の通信を確立するための複数の無線通信機能部と、通信中の無線アクセス技術を用いて端末内に存在しないソフトウェアをダウンロードするダウンロード部と、ダウンロードされたソフトウェアを格納する格納部と、無線アクセス技術の切替時に前記格納部に格納された新たな無線アクセス技術のソフトウェアを切替先の無線通信機能部に転送し無線通信機能部の無線アクセス技術の設定を変更する機能変更管理部と、前記機能変更管理部により新たな無線アクセス技術の通信が確立された時点で複数の無線アクセス技術間のハンドオーバーを行う無線アクセス技術切替管理部と、ハンドオーバー処理の完了後、新たな無線アクセス技術からのデータに切り替えるべく無線通信機能部を切り替えるためのスイッチとを備えたものである。

この発明によれば、ソフトウェア無線技術を用いて多数の無線アクセス技術間のハンドオーバー処理を、簡易な構成と手順で実施できるマルチモード無線通信端末を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明で実施されるマルチモード無線通信端末の動作フローの概略である。なお、図１において無線アクセス技術をＲＡＴ（Radio Access Technology）と略記した。この図に従い、この発明に係るマルチモード無線通信端末の動作について説明する。

始めに、端末がある無線アクセス技術と通信中と想定する（Ｓ１）。このときの無線アクセスシステム（ＲＡＴ）を旧ＲＡＴと表記した。旧ＲＡＴとの通信中にネットワーク側からハンドオーバーを指示された場合を想定する。

このとき、端末もしくはネットワーク側のサーバーが切替え先の無線アクセス技術（ＲＡＴ）の候補を決定する。ネットワーク側のサーバーが切替え先ＲＡＴ候補を決定した場合は、ＢＡＳや、通信中の旧ＲＡＴの制御用のチャネルを用いてその候補を端末へ伝送する（Ｓ２）。ここで、図では、切替え先ＲＡＴ候補を新ＲＡＴと表記した。

端末では、新ＲＡＴのソフトウェアＳ／Ｗが端末内に存在するか否かを判定する（Ｓ３）。端末内に新ＲＡＴの無線通信機能を実現するために必要なソフトウェアが存在しない場合では、ネットワーク側から新ＲＡＴの無線通信機能を実現するために必要なソフトウェアを、旧ＲＡＴの通信データに多重してダウンロードする（Ｓ４）。

端末内に新ＲＡＴのソフトウェアが存在する場合およびソフトウェアをダウンロードした場合、次に、端末は、新ＲＡＴのソフトウェアをプロセッサやＦＰＧＡにロードし、そのソフトウェアを起動する。ソフトウェアの起動が完了した時点で、端末は新ＲＡＴと無線通信が可能な状態となる（Ｓ５）。

新ＲＡＴと通信が可能になった時点で、端末は、新ＲＡＴとの接続処理を行い新ＲＡＴとの間に通信を確立する。ここで、新ＲＡＴの通信圏外等の理由で新ＲＡＴとの通信が確立できない場合は、Ｓ２まで戻り、他の無線アクセス技術を切替え先ＲＡＴとして新たに選択する（Ｓ６）。

新ＲＡＴとの通信が確立した後には、従来の発明に示されたような旧ＲＡＴから新ＲＡＴへのハンドオーバー処理を行う（Ｓ７）。なお、ハンドオーバーの処理としては、従来の発明に示された処理以外のであっても同様な効果を奏する。旧ＲＡＴから新ＲＡＴへのハンドオーバー処理が完了した後、旧ＲＡＴとのデータ通信を停止し（Ｓ８）、新ＲＡＴとのデータ通信を開始する（Ｓ９）。

図２は、上述した動作フローを実現するためのこの発明の実施の形態１に係るマルチモード無線通信端末の構成を示すブロック図である。図２に示すマルチモード無線通信端末は、旧無線アクセス技術との通信中に新無線アクセス技術との通信を確立するために２系統の無線通信機能部１０Ａ，１０Ｂを有している。無線通信機能部１０Ａは、アンテナ１１と、受信時はアンテナ１１からの信号をＩＦ信号もしくはベースバンド信号へ変換し、送信時はベースバンド信号もしくはＩＦ信号をＲＦ信号へ変換するＲＦ部１２と、受信時はＲＦ部１２の出力のアナログ信号をデジタル信号に変換し、送信時はベースバンドもしくはＩＦのデジタル信号をアナログ信号に変換してＲＦ部１２に供給するＡＤ／ＤＡ変換器１３と、ソフトウェア無線技術を用いてデジタル信号処理により変復調や伝送制御を行うプロセッサ／ＦＰＧＡ部１４と、通信中の無線アクセス技術の制御データと無線アクセス技術間のハンドオーバーに関わる制御情報を多重分離するブロックであるシグナリング多重分離部１５とを有する。無線通信機能部１０Ｂも同様な構成を有する。

ここで、アンテナ１１、ＲＦ部１２、ＡＤ／ＤＡ変換器１３は、従来の端末のアンテナ、ＲＦ部、ＡＤ／ＤＡ変換器と同様な機能であり、マルチモード端末で実現可能な各無線アクセス技術の搬送波周波数や帯域に設定変更で対応可能なブロックである。また、プロセッサ／ＦＰＧＡ部１４は、後述するブロック１７からの指示でソフトウェアの入れ替えにより異なった無線アクセス技術の変復調や伝送制御を実現する機能を変更可能なブロックである。このプロセッサ／ＦＰＧＡ部１４は、受信時は、ＡＤ／ＤＡ変換器１３からのデジタル信号を復調し、受信信号から通信データや制御データを取り出し、制御データを用いて通信中の無線アクセス技術に対する通信制御を行う。さらに、受信信号から取り出した通信データは後述するスイッチ２２へ、制御データはシグナリング多重分離部１５へ出力する。一方、このプロセッサ／ＦＰＧＡ部１４は、送信時においては、後述するスイッチ２２からの通信データとシグナリング多重分離部１５からの制御データを基に変調や伝送制御を行う。

また、図２に示すマルチモード無線通信端末は、通信データから通信データとダウンロードデータを多重分離する通信データ／ダウンロード多重分離部１６と、プロセッサ／ＦＰＧＡ部１４の機能の変更を管理するブロックであり、必要に応じてアンテナ１１からＡＤ／ＤＡ変換器１３のブロックの設定変更も管理する機能変更管理部１７と、プロセッサ／ＦＰＧＡ部１４のソフトウェアを格納する領域であり、メモリやハードディスク等の記憶デバイスで構成されるソフトウェア格納部１８と、無線アクセス技術間のハンドオーバーに関わる制御を行うブロックであり、ハンドオーバー制御に関わる情報をシグナリング多重分離部１５と通信し、さらに、ハンドオーバーを行う場合、無線通信機能の機能変更を機能変更管理部１７へ指示する無線アクセス技術切替管理部（ＲＡＴ切替管理とも表記する）１９と、無線アクセス技術切替管理部１９の動作に従い、旧無線アクセス技術と新無線アクセス技術間で通信データ、制御データを切替えるためのタイミングを生成するブロックであるタイミング生成部２０と、ソフトウェア格納部１８に、新無線アクセス技術のソフトウェアが存在しない場合に、ネットワーク側のサーバーから新無線アクセス技術のソフトウェアをダウンロードするダウンロード部２１と、通信データ、制御データのそれぞれについて、旧無線アクセス技術と新無線アクセス技術間で切替えを行うスイッチ２２とを備える。

次に、上記構成を備えるマルチモード無線通信端末の動作について図３を参照して説明する。始めに、無線通信機能部１０Ａで旧無線アクセス技術と通信中であることを仮定する。この場合、無線通信機能部１０Ａのアンテナ１１、ＲＦ部１２、ＡＤ／ＤＡ変換器１３は、旧無線アクセスシステム用の設定となっている。さらに、プロセッサ／ＦＰＧＡ部１４には、旧無線アクセス技術のソフトウェアが存在し、旧無線アクセスシステムの変復調や伝送制御を実現している。また、スイッチ２２は無線通信機能部１０Ａが選択されている。このとき、通信データとしては、旧無線アクセスシステムのデータのみが伝送されている。一方、無線通信機能部１０Ｂは停止している。

このような状態で、ネットワーク側から無線アクセス技術の変更指示が届いた場合を仮定する。そのとき、変更指示は、旧無線アクセス技術の制御情報に多重されて伝送されるため、無線通信機能部１０Ａのシグナリング多重分離部１５では、制御情報から無線アクセス技術の変更指示を取り出す。この変更指示を無線アクセス技術切替管理部１９へ伝送する。

無線アクセス技術切替管理部（ＲＡＴ切替管理）１９では、無線アクセス技術の変更指示の中から、変更先の新無線アクセス技術を判定する。機能変更管理部１７に対して、新無線アクセス技術のセットアップを指示する。機能変更管理部１７では、ソフトウェア格納部１８に新無線アクセスシステムのソフトウェアが存在するか確認する。無線アクセスシステムのソフトウェアが存在しない場合、ダウンロード部２１に対して、ソフトウェアのダウンロードを指示する。ダウンロード部２１では、旧無線アクセス技術の通信データに多重して、ネットワーク側のサーバーと通信し、新無線アクセス技術のソフトウェアをサーバーからダウンロードする。さらに、ダウンロードしたソフトウェアはソフトウェア格納部１８に保存する。

機能変更管理部１７で、ソフトウェア格納部１８に新無線アクセスシステムのソフトウェアが存在するか確認し、無線アクセスシステムのソフトウェアが存在する場合、および、ダウンロード部２１により新無線アクセス技術のソフトウェアのダウンロードを行い、ソフトウェアをソフトウェア格納部１８に格納した場合では、機能変更管理部１７は、新無線アクセス技術のソフトウェアを無線通信機能部１０Ｂのプロセッサ／ＦＰＧＡ部１４に対して新無線アクセス技術のソフトウェアを転送（ロード）する。さらに、機能変更管理部１７は、無線通信機能部１０Ｂのアンテナ１１、ＲＦ部１２、ＡＤ／ＤＡ変換器１３を新無線アクセス技術の設定に変更する。次に、機能変更管理部１７は、無線通信機能部１０Ｂのプロセッサ／ＦＰＧＡ部１４を起動し、無線通信機能部１０Ｂで新無線アクセス技術と通信を行う準備を完了する。

新無線アクセス技術と通信を行う準備が完了した時点で、無線アクセス技術切替管理部１９は、無線通信機能部１０Ｂに対して、新無線アクセス技術のネットワーク側と通信を確立するように指示し、無線通信機能部１０Ｂで新無線アクセス技術のネットワーク側と通信を確立する。

新無線アクセス技術のネットワーク側と通信を確立した時点で、マルチモード無線通信端末は、旧無線アクセス技術と新無線アクセス技術の２つとの通信が可能となる。そこで、無線アクセス技術切替管理部１９は、旧無線アクセス技術と新無線アクセス技術間でハンドオーバー処理を行う。

ハンドオーバー処理が完了し、旧無線アクセス技術と新無線アクセス技術間で通信データの切り替えが可能となると、タイミング生成部２０は、スイッチ２２を新アクセス技術からの通信データに切替える。

通信データの切替えの完了後、無線アクセス技術切替管理部１９は、無線通信機能部１０Ａに対して、通信の終了を指示する。通信終了指示を受けて、無線通信機能部１０Ａは、旧無線アクセス技術のネットワークとの通信を終了させる。

旧無線アクセス技術との通信が終了した時点で、無線アクセス技術切替管理部１９は、旧無線アクセス技術との通信が終了を機能変更管理部１７に通知する。次に、機能変更管理部１７は、無線通信機能部１０Ａを停止させる。このとき、必要に応じて機能変更管理部１７は、無線通信機能部１０Ａの設定を変更したり、プロセッサ／ＦＰＧＡ部１４のソフトウェアを消去する。

以上のように構成されたソフトウェア無線技術を用いたマルチモード無線通信端末では、２系統の無線通信機能を用いるだけで、多数の無線アクセス技術へのハンドオーバーに対応するマルチモード無線通信端末が得られる。

なお、上述した実施の形態１では、各無線通信機能部１０Ａ，１０Ｂのアンテナ１１、ＲＦ部１２、ＡＤ／ＤＡ変換器１３は、各無線アクセス技術の搬送波周波数や帯域に設定変更で対応可能としたが、対応する無線アクセス技術に応じて、アンテナ１１からＡＤ／ＤＡ変換器１３までの一部や全部を切替える構成でも同様な効果を奏する。

また、上述した実施の形態１では、スイッチ２２により、各無線通信機能部１０Ａ，１０Ｂの制御データを切替えを行う例を示したが、制御データについては切替えを行わない場合でも同様な効果を奏する。さらに、実施の形態１では、端末として、送信機能と受信機能を有する場合について示したが、受信機能のみを有する受信機の場合においても同様な効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、図３に示すように、旧無線アクセス技術との通信中は、無線通信機能部１０Ａで旧無線アクセス技術との無線通信を行い、無線伝送機能２は停止している場合を示したが、無線通信機能部１０Ａで旧無線アクセス技術との通信中に、無線通信機能部１０Ｂを旧無線アクセス技術と通信可能な設定とし、無線通信機能部１０Ａと無線通信機能部１０Ｂの出力を用いてダイバーシチを行うことも可能である。

図４は、このときの実施の形態２に係るマルチモード無線通信端末の構成を示すブロック図である。図４に示す実施の形態２に係るマルチモード無線通信端末では、実施の形態１で示したスイッチ２２の代わりに、ダイバーシチ合成器２３が備えられる。この実施の形態２では、ハンドオーバー時（旧無線アクセス技術から新無線アクセス技術への切替えを行っている場合）以外の時間は、無線通信機能部１０Ａと無線通信機能部１０Ｂは同一の無線アクセス技術で通信するように設定され、ダイバーシチ合成器２３は、無線通信機能部１０Ａおよび無線通信機能部１０Ｂの通信データ、制御データをダイバーシチ合成する。ダイバーシチ合成の方法としては、切替えも含む。

上述した実施の形態２では、各無線通信機能部１０Ａ，１０Ｂのアンテナ１１、ＲＦ部１２、ＡＤ／ＤＡ変換器１３は、各無線アクセス技術の搬送波周波数や帯域に設定変更で対応可能としたが、対応する無線アクセス技術に応じて、アンテナ１１からＡＤ／ＤＡ変換器１３までの一部や全部を切替える構成でも同様な効果を奏する。また、この実施の形態２は、端末として、送信機能と受信機能を有する場合について示したが、受信機能のみを有する受信機の場合においても同様な効果を奏する。

この発明で実施されるマルチモード無線通信端末の動作フローの概略である。 この発明の実施の形態１に係るマルチモード無線通信端末の構成を示すブロック図である。 図２に示すマルチモード無線通信端末の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るマルチモード無線通信端末の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 無線通信機能部、１１ アンテナ、１２ ＲＦ部、１３ ＡＤ／ＤＡ変換器、１４ プロセッサ／ＦＰＧＡ部、１５ シグナリング多重分離部、１６ 通信データ／ダウンロード多重分離部、１７ 機能変更管理部、１８ ソフトウェア格納部、１９ 無線アクセス技術切替管理部、２０ タイミング生成部、２１ ダウンロード部，２２ スイッチ、２３ ダイバーシチ合成器。

Claims (2)

1. ソフトウェア無線により無線通信機能を実現するマルチモード無線通信端末であって、
   異なる無線アクセス技術の通信を確立するための複数の無線通信機能部と、
   通信中の無線アクセス技術を用いて端末内に存在しないソフトウェアをダウンロードするダウンロード部と、
   ダウンロードされたソフトウェアを格納する格納部と、
   無線アクセス技術の切替時に前記格納部に格納された新たな無線アクセス技術のソフトウェアを切替先の無線通信機能部に転送し無線通信機能部の無線アクセス技術の設定を変更する機能変更管理部と、
   前記機能変更管理部により新たな無線アクセス技術の通信が確立された時点で複数の無線アクセス技術間のハンドオーバーを行う無線アクセス技術切替管理部と、
   ハンドオーバー処理の完了後、新たな無線アクセス技術からのデータに切り替えるべく無線通信機能部を切り替えるためのスイッチと
   を備えたマルチモード無線通信端末。
2. 請求項１に記載のマルチモード無線通信端末において、
   前記スイッチに代えて、ハンドオーバー時以外に、前記複数の無線通信機能部が同一の無線アクセス技術で通信するように設定されているときに、前記複数の無線通信機能部のデータをダイバーシチ合成するダイバーシチ合成器を備えた
   ことを特徴とするマルチモード無線通信端末。

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