JP5217688B2

JP5217688B2 - 無線端末装置、半導体装置及び通信システム

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Publication number: JP5217688B2
Application number: JP2008169995A
Authority: JP
Inventors: 重人玉澤
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP2010011261A; US20090325503A1

Description

無線端末装置、半導体装置及び通信システムに関し、たとえば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１６に準拠した通信を行う無線端末装置、半導体装置及び通信システムに関する。

ＩＥＥＥにて策定されている勧告書「８０２．１６ｅ−ＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸ」には、基地局と無線端末装置間の通信に関する仕様が明記されている。本勧告書には、基地局が無線端末装置側の通信環境についての情報を取得する手段として、フィードバック機能が記載されている。フィードバックを行うにあたり、無線端末装置が基地局に報告する情報として、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio）などがある。

これらの情報は、無線端末装置が基地局からの信号を測定することで得られる。勧告書には、ＲＳＳＩやＣＩＮＲなどの、平均値や標準偏差の算出処理については明記されているが、測定を行う間隔については記載されていない。

また、ＲＳＳＩやＣＩＮＲは、たとえば、ハンドオーバの際にも用いられる。無線端末装置は周辺の基地局から送信される信号について測定を行い、現在通信中の基地局からの信号よりも環境がよい基地局があった場合、その基地局へ接続を切り替える。つまり、ハンドオーバを行うためには、無線端末装置は周辺の基地局からの信号を常に測定し、管理する必要がある。そのため、無線端末装置は基地局からのフィードバック要求の有無にかかわらず、接続先の基地局や周辺の基地局からの信号に対して計測処理を実施しなければならない。

なお、従来、移動局あるいは基地局の制御上の負担を減らすために、移動局あるいは基地局の少なくとも一方において、通信中のチャネルの通信品質を測定し、その結果に応じて通信測定間隔を変化させる手法があった（たとえば、特許文献１参照）。

また、移動局で下り電波の電界強度や品質を測定し、無線基地局に報告し、無線基地局で干渉状態などを評価する手法があった（たとえば、特許文献２参照）。
特開平５−３０８３３０号公報特開平８−２３７７２９号公報

ところで、基地局からのフィードバック要求の際に指定される周期よりも、無線端末装置の計測間隔が長い場合、前回のフィードバック応答から次回のフィードバック応答までに、無線端末装置は計測処理を実行せず、無線端末装置は古く、精度の悪い計測情報を基地局に送信してしまう。この場合、基地局と無線端末装置間の通信に悪影響を及ぼす問題があった。

一方、計測間隔を短くしすぎると、無線端末装置のプロセッサの負荷が増加してしまい、通信速度を悪化させる問題があった。
上記の点を鑑みて、本発明は、プロセッサの負荷を抑えることができ、必要に応じて精度の高い計測情報を基地局に報告可能な無線端末装置、半導体装置及び通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下のような無線端末装置が提供される。この無線端末装置は、基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測する計測部と、前記基地局より前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期に応じて前記通信環境情報の計測間隔を変更する計測間隔変更部と、計測した前記通信環境情報を無線信号で前記基地局に通知する無線信号処理部、を有する。

また、以下のような半導体装置が提供される。この半導体装置は、基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測する計測部と、前記基地局より前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期に応じて前記通信環境情報の計測間隔を変更する計測間隔変更部、を有する。

また、以下のような通信システムが提供される。この通信システムは、複数の基地局と、前記基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測し、前記基地局から前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期に応じて前記通信環境情報の計測間隔を変更し、計測した前記通信環境情報を無線信号で前記基地局に通知する無線端末装置、を有する。

無線端末装置のプロセッサの負荷を抑えることができるとともに、必要に応じて精度の高い計測情報を基地局に報告できる。

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の無線端末装置の構成を示す図である。
本実施の形態の無線端末装置１０は、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅに準拠した、携帯電話機またはノート型ＰＣ（Personal Computer）などであり、無線信号処理部（ＲＦ（Radio Frequency）回路）１１と、通信回路１２を有している。

無線信号処理部１１は、アンテナ１１ａを介して、基地局２０−１，２０−２，２０−３，…，２０−ｎとの間で無線信号の送受信を行う。また、基地局２０−１〜２０−ｎとの距離などに応じて、送信電力の変更などを行う。

通信回路１２は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、通信処理機能、計測管理機能、フィードバック応答機能を有している。たとえば、通信処理機能は、物理レイヤで実現され、計測管理機能やフィードバック応答機能は、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤで実現される。各機能は、たとえば、以下のような機能ブロックにより実現される。

通信処理機能は、たとえば、無線信号送信部１２１、無線信号受信部１２２を用いて実現される。
無線信号送信部１２１は、基地局２０−１〜２０−ｎに送信する情報の変調などを行う。

無線信号受信部１２２は、無線信号処理部１１を介して受信した信号を、変調方式に応じて復調したり、信号に含まれるセルＩＤから、信号を送信した基地局を特定したりする。

計測管理機能は、たとえば、接続先基地局信号計測部１２３、周辺基地局信号計測部１２４、計測間隔変更部１２５、最大計測間隔格納部１２６、計測結果格納部１２７、最大計測間隔変更部１２８を用いて実現される。

接続先基地局信号計測部１２３は、基地局２０−１〜２０−ｎのうち、接続中の基地局との間の通信環境に関する情報を計測する。通信環境に関する情報として、ＲＳＳＩ、ＣＩＮＲ、無線端末装置１０の送信電力などがある。

周辺基地局信号計測部１２４は、接続中の基地局以外の周辺の基地局との間の通信環境に関する情報を計測する。
計測間隔変更部１２５は、接続先の基地局から通信環境の情報を所定の応答周期で定期的に報告するような要求（以下、定期フィードバック要求という。）がなされた場合、その応答周期に応じて、接続先基地局信号計測部１２３での計測間隔を変更する。

最大計測間隔格納部１２６は、最大計測間隔を予め記憶している。最大計測間隔は、たとえば、キャリア側によって設定される、通信を維持するために最低限必要な計測間隔である。具体的には、ハンドオーバを実行するにあたって必要な計測精度が得られる計測間隔である。

計測結果格納部１２７は、接続先基地局信号計測部１２３、周辺基地局信号計測部１２４で計測した計測結果を格納する。
最大計測間隔変更部１２８は、基地局２０−１〜２０−ｎとの間の通信の際の変調方式に応じて、最大計測間隔を変更する。変調方式には、たとえば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭなどがある。たとえば、変調方式が、劣化しやすい環境で使用されるＱＰＳＫの場合には、最大計測間隔を短くし、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど情報量が大きい変調方式ほど最大計測間隔を長く設定する。

フィードバック応答機能は、たとえば、フィードバック応答制御部１２９、フィードバック応答周期管理部１３０を用いて実現される。
フィードバック応答制御部１２９は、接続先の基地局からの定期フィードバック要求、非定期的なフィードバック要求、定期フィードバックの応答周期または定期フィードバックを実施する期間などを無線信号受信部１２２で受信した信号をもとに検出する。そして、接続先の基地局からの定期フィードバック要求あるいは、非定期的なフィードバック要求があった場合、計測結果格納部１２７に格納された通信環境の情報を取得し、無線信号送信部１２１に送出する。

フィードバック応答周期管理部１３０は、複数種類の通信環境の情報に応じた、複数の定期フィードバックの応答周期を管理する。
基地局２０−１〜２０−ｎは、無線端末装置１０に対して、定期フィードバック要求または、非定期的なフィードバック要求を送るとともに、定期フィードバックの応答周期、定期フィードバックを実施する期間などを指定する。そして、無線端末装置１０で計測された通信環境の情報をもとに、ハンドオーバの要求や、送信電力を変更するような要求を、無線端末装置１０に送る。

以下、本実施の形態の無線端末装置１０の動作を、フローチャートを用いて説明する。
図２、図３は、本実施の形態の無線端末装置の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、初期設定が行われる（ステップＳ１）。ここでは、周辺基地局信号計測部１２４及び計測間隔変更部１２５は、最大計測間隔格納部１２６に格納された最大計測間隔を読み出す。そして、計測間隔変更部１２５は、接続先基地局信号計測部１２３での計測間隔を、最大計測間隔に設定する。

図４は、フレームの流れを示す図である。
横軸が時間軸である。ＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸ規格において、通信はフレーム単位で行われる。１フレームは、たとえば、５ミリ秒である。ここでは、最大計測間隔を８フレームとした場合について示している。計測実施フレームを黒フレーム、非計測フレームを白フレームで図示している。

接続先の基地局以外の基地局からは、定期フィードバック要求がないので、計測間隔を最大とすることで、ＣＰＵの負荷を抑えることができる。
最大計測間隔が設定されると、無線信号受信部１２２は、無線信号処理部１１を介して、基地局２０−１〜２０−ｎからの信号を受信し解析する（ステップＳ２）。ここで、無線信号受信部１２２は、信号の変調方式に応じて復調したり、信号に含まれるセルＩＤから信号を送信した基地局２０−１〜２０−ｎを特定したりする。

次に、接続先基地局信号計測部１２３は、無線信号受信部１２２での解析結果より、信号が接続先の基地局からのもので、その信号のフレームが図４のような計測実施フレームであるか否かを判定する（ステップＳ３）。接続先基地局信号計測部１２３は、信号が接続先の基地局からのものであり、その信号のフレームが計測実施フレームである場合には、接続先の基地局間との通信環境の情報（ＲＳＳＩやＣＩＮＲなど）を計測する。そして、その結果を計測結果格納部１２７に格納する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の処理の後、または、ステップＳ３の処理でフレームが計測実施フレームでない場合、ステップＳ５の処理に進む。ステップＳ５の処理では、周辺基地局信号計測部１２４は、無線信号受信部１２２での解析結果より、信号が接続先の基地局以外の基地局からのもので、その信号のフレームが図４のような計測実施フレームである否かを判定する。

周辺基地局信号計測部１２４は、信号が、接続先の基地局以外の周辺基地局からのもので、その信号のフレームが計測実施フレームである場合には、その基地局間との通信環境の情報を計測し、計測結果格納部１２７に計測結果を格納する（ステップＳ６）。

ステップＳ６の処理の後、または、ステップＳ５の処理で、フレームが計測実施フレームでない場合、ステップＳ７の処理に進む。ステップＳ７の処理では、最大計測間隔変更部１２８は、無線信号受信部１２２から受信した信号の変調方式を検出して、変調方式が異なるものか否かを判定する（ステップＳ７）。無線信号受信部１２２が、これまでとは異なる変調方式の信号を受信した場合には、最大計測間隔変更部１２８は、変調方式に応じて最大計測間隔を変更する（ステップＳ８）。

たとえば、変調方式が、劣化しやすい環境で使用されるＱＰＳＫの場合には、最大計測間隔を短くし、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど情報量が大きい変調方式ほど最大計測間隔を長く設定する。

このとき、最大計測間隔変更部１２８は、変更した最大計測間隔を、最大計測間隔格納部１２６に設定する。最大計測間隔格納部１２６に設定された最大計測間隔は、計測間隔変更部１２５及び、周辺基地局信号計測部１２４において用いられる。これにより、変調方式に応じた計測間隔を設定できる。

ステップＳ８の処理の後、または、ステップＳ７の処理で、受信した信号の変調方式が変更されていない場合、ステップＳ９の処理に進む。
ステップＳ９の処理では、フィードバック応答制御部１２９は、無線信号受信部１２２で受信した信号において、接続先の基地局からの定期フィードバック要求などによって、定期フィードバックの追加、変更または停止が要求されているか否かを判定する（ステップＳ９）。それらが要求されている場合には、フィードバック応答制御部１２９は、受信した信号に含まれる情報をもとに、応答周期や期間などを更新する。そして、フィードバック応答周期管理部１３０に、応答周期などの変更を送信する。フィードバック応答周期管理部１３０は、現在実行中の定期フィードバックの中で、最短の応答周期を更新する（ステップＳ１０）。

次に、計測間隔変更部１２５は、フィードバック応答周期管理部１３０で管理されている定期フィードバックの応答周期のなかで最短の応答周期が、最大計測間隔格納部１２６に格納されている最大計測間隔より短いか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ここで、最短の応答周期が最大計測間隔より短い場合、計測間隔変更部１２５は、最短の応答周期を計測間隔とし、接続先基地局信号計測部１２３に設定する（ステップＳ１２）。

これにより、基地局２０−１〜２０−ｎが、通信環境に関する精度の高い情報を要求するために、短い応答周期での定期フィードバック要求を行った場合、無線端末装置１０は、その応答周期を計測間隔とするので、精度の高い情報を取得することができる。

一方、最短の応答周期が最大計測間隔以上の場合、計測間隔変更部１２５は、最大計測間隔格納部１２６に格納された最大計測間隔をもとに、接続先基地局信号計測部１２３での計測間隔を最大に設定する（ステップＳ１３）。

これにより、高い精度を必要としない場合には、計測間隔を最大とするのでＣＰＵの負荷を抑えることができる。
図５は、計測間隔の可変処理の様子を示す図である。（Ａ）が最短の応答周期が最大計測間隔以上の場合、（Ｂ）が最短の応答周期が最大計測間隔よりも短い場合を示している。

横軸が時間軸である。１フレームは、たとえば、５ミリ秒である。ここでは、最大計測間隔を８フレームとした場合について示している。計測実施フレームを黒フレーム、非計測フレームを白フレーム、定期フィードバックの送信フレームを斜線フレームで図示している。また、先頭のフレームを定期フィードバック要求フレームとしている。

定期フィードバック要求フレームで、定期フィードバックの応答周期や、期間などが指定される。
図５（Ａ）のように、受信した定期フィードバック要求フレームで応答周期が８フレームと指定されている場合、最大計測間隔＝最短の応答周期となるので、計測間隔変更部１２５では計測間隔を最大とする。

図５（Ｂ）のように、受信した定期フィードバック要求フレームで応答周期が４フレームと指定されている場合、最大計測間隔＞最短の応答周期となるので、計測間隔変更部１２５は、計測間隔を最短の応答周期である４フレームとする。

計測間隔の設定後、フィードバック応答制御部１２９は、フィードバック応答周期管理部１３０で管理されている定期フィードバックの応答周期を参照して、接続先の基地局に定期フィードバックを応答するフレーム（図５の定期フィードバック送信フレーム）か否かを判定する（ステップＳ１４）。

定期フィードバックを応答するフレームを検出した場合には、フィードバック応答制御部１２９は、計測結果格納部１２７に格納されたＲＳＳＩやＣＩＮＲなどの計測結果を、無線信号送信部１２１に通知し、無線信号送信部１２１は、無線信号処理部１１を介して接続先の基地局に情報を送信する（ステップＳ１５）。その後は、前述したステップＳ２からの処理を繰り返す。

なお、通信環境に関する情報を受信した接続先の基地局は、無線端末装置１０で計測された通信環境の情報をもとに、ハンドオーバの要求や、送信電力を上げるような要求を、無線端末装置１０に送り返す。

また、図２、図３では図示を省略しているが、定期フィードバックの期間が終了後、ほかに実行中の定期フィードバックがない場合、計測間隔変更部１２５は、計測間隔を最大計測間隔に戻す。

図６は、定期フィードバックの終了時の様子を示す図である。
横軸が時間軸である。ここでも、最大計測間隔を８フレームとした場合について示している。計測実施フレームを黒フレーム、非計測フレームを白フレーム、定期フィードバックの送信フレームを斜線フレームで図示している。

応答周期が４フレームの定期フィードバックが終了すると、図のように、計測間隔を４フレームから、最大の８フレームに変更している。これにより、ＣＰＵの負荷を抑えている。

以上のように、本実施の形態では、基地局２０−１〜２０−ｎからの定期フィードバック要求時に、その応答周期に応じて計測間隔を変更することで、無線端末装置１０のＣＰＵの負荷を抑えるとともに、精度の高い計測情報を基地局２０−１〜２０−ｎに報告できる。

なお、本実施の形態において、無線端末装置１０は、移動局であってもよいし、固定局であってもよい。

本実施の形態の無線端末装置の構成を示す図である。本実施の形態の無線端末装置の処理の流れを示すフローチャートである（その１）。本実施の形態の無線端末装置の処理の流れを示すフローチャートである（その２）。フレームの流れを示す図である。計測間隔の可変処理の様子を示す図である。定期フィードバックの終了時の様子を示す図である。

符号の説明

１０無線端末装置
１１無線信号処理部
１１ａアンテナ
１２通信回路
１２１無線信号送信部
１２２無線信号受信部
１２３接続先基地局信号計測部
１２４周辺基地局信号計測部
１２５計測間隔変更部
１２６最大計測間隔格納部
１２７計測結果格納部
１２８最大計測間隔変更部
１２９フィードバック応答制御部
１３０フィードバック応答周期管理部

Claims

基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測する計測部と、
前記基地局より前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期と、予め記憶された、前記基地局との通信を維持するために必要な計測精度が得られる前記通信環境情報の計測間隔の上限値との比較結果に応じて、前記計測間隔を変更する計測間隔変更部と、
計測した前記通信環境情報を無線信号で前記基地局に通知する無線信号処理部、
を有することを特徴とする無線端末装置。
前記計測間隔変更部は、前記上限値が前記応答周期より長い場合には、当該応答周期を前記計測間隔とし、前記上限値が前記応答周期以下の場合には、当該上限値を前記計測間隔とすることを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記計測間隔変更部は、前記基地局による前記通信環境情報の定期的な報告要求がない場合には、前記計測間隔を前記上限値とすることを特徴とする請求項２記載の無線端末装置。
前記計測間隔変更部は、接続先の前記基地局以外の前記基地局との間の通信環境に関する前記通信環境情報を計測する前記計測間隔を、前記上限値とすることを特徴とする請求項２または３に記載の無線端末装置。
前記上限値を、前記基地局との間の通信の際の変調方式に応じて変更する変更部を更に有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の無線端末装置。
前記変更部は、劣化しやすい通信環境で使用される前記変調方式ほど、前記上限値を短くすることを特徴とする請求項５記載の無線端末装置。
前記計測間隔変更部は、複数の前記通信環境情報の複数の定期的な報告における、それぞれの前記応答周期のうち、最短のものを前記上限値と比較する前記応答周期とすることを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の無線端末装置。
基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測する計測部と、
前記基地局より前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期と、予め記憶された、前記基地局との通信を維持するために必要な計測精度が得られる前記通信環境情報の計測間隔の上限値との比較結果に応じて、前記計測間隔を変更する計測間隔変更部、
を有することを特徴とする半導体装置。
複数の基地局と、
前記基地局との間の通信環境に関する通信環境情報を計測し、前記基地局から前記通信環境情報を所定の応答周期で定期的に報告するよう要求された場合、前記応答周期と、予め記憶された、前記基地局との通信を維持するために必要な計測精度が得られる前記通信環境情報の計測間隔の上限値との比較結果に応じて、前記計測間隔を変更し、計測した前記通信環境情報を無線信号で前記基地局に通知する無線端末装置、を有することを特徴とする通信システム。