JP2010130209A - 無線通信システム及び無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の無線メディアを統合する際に、低い伝送レートの通信を避けるように動的に無線メディアを選択して通信する。
【解決手段】複数の無線メディアを有する無線基地局と複数の無線メディアを有する無線端末を備える無線通信システムにおいて、前記無線端末は、無線メディア毎に設定された所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記無線メディアを前記無線基地局へ通知する通知手段と、前記無線基地局との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記選択手段により選択された無線メディアに切り替える第１の切替手段とを有し、前記無線基地局は、前記無線端末との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記無線端末から通知された無線メディアに切り替える第２の切替手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム及び無線端末に関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や携帯電話網などの様々な無線メディアが開発されている。それら複数の無線メディアをシームレスに統合するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載された技術では、複数の無線メディアに対応したコグニティブ端末及びコグニティブ基地局を用いて異種無線システムを統合する。コグニティブ基地局は、無線環境を認識し、その認識結果に基づいて使用する無線メディアを選択する。
また、非特許文献１には、一つの無線メディアのみに対応した一般端末、複数の無線メディアに対応したコグニティブ端末及び基地局からなる無線通信システムにおいて、一般端末及びコグニティブ端末における無線リソースのバランスを保つための無線Ｉ／Ｆ（インタフェイス）（ＥＶ−ＤＯ方式）の無線リソース制御方法が提案されている。
また、非特許文献２には、携帯電話の無線通信システムにおいて、複数端末間の公平性と高スループットを両立させるスケジューラが記載されている。
また、特許文献２には、同一無線メディアの無線モジュールを複数備えた端末が、複数チャネルを併用して、スループットを向上させるためのスケジューラが記載されている。
特開２００８−８５７５９号公報 特開２００３−９２４０号公報 松本 謙尚他「コグニティブ無線のための無線下りパケットスケジューリング方式の提案」、電子情報通信学会技術報告 NS2006-102 A. Jalali他「Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System」、Proc. of IEEE VTC2000 Spring

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、無線メディアの切替判断を基地局主体で行っているため、端末台数が増加した場合に基地局の制御負荷が増大する、という問題がある。
また、非特許文献１に記載された技術では、無線メディアにおける無線リソース制御方式、つまり、既存のスケジューラの改修が必要となる、という問題がある。
また、非特許文献２及び特許文献２に記載された技術では、複数の無線メディアを統合することは考慮されていない、という問題がある。
また、上述した何れの従来技術においても、セル外周部に位置する等の為に、低い伝送レートしか確保できない端末を他の端末と同等に処理している。このために、低い伝送レートの端末が多量の無線リソースを消費し、他の端末が利用可能な無線リソースが減少する場合がある、という問題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の無線メディアを統合する際に、低い伝送レートの通信を避けるように動的に無線メディアを選択して通信することが可能な無線通信システム及び無線端末を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、複数の無線メディアを有する無線基地局と複数の無線メディアを有する無線端末を備える無線通信システムにおいて、前記無線端末は、無線メディア毎に設定された所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記無線メディアを前記無線基地局へ通知する通知手段と、前記無線基地局との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記選択手段により選択された無線メディアに切り替える第１の切替手段とを有し、前記無線基地局は、前記無線端末との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記無線端末から通知された無線メディアに切り替える第２の切替手段を有する、ことを特徴とする無線通信システムである。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記選択手段は、前記無線端末が使用するアプリケーションに対応する所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを優先的に選択することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記選択手段は、瞬時的な伝送レートが伝送レートの平均値に対して良いものを優先的に選択することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記選択手段は、複数の無線メディアを選択し、前記無線基地局は、前記無線端末から通知された無線メディアから通信可能な無線メディアを１つ選択する無線メディア選択手段を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、複数の無線メディアを有する無線端末において、無線メディア毎に設定された所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記無線メディアを無線基地局へ通知する通知手段と、前記無線基地局との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記選択手段により選択された無線メディアに切り替える第１の切替手段とを有することを特徴とする無線端末である。

また、本発明の一態様は、上記の無線端末おいて、前記選択手段は、前記無線端末が使用するアプリケーションに対応する所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを優先的に選択することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の無線端末おいて、前記選択手段は、瞬時的に伝送レートが良いものを優先的に選択することを特徴とする。

本発明によれば、無線メディアを切り替える機能を端末にもたせているため、端末台数が増加した場合であっても、無線基地局にかかる切り替えのための負荷を増加させずにすませられる。
また、無線端末は、平均伝送レートが所定の閾値より大きい無線メディアを選択しているため、伝送レートが低い無線メディアを選択することを防ぐことができる。このため、低い伝送レートの端末が多量の無線リソースを消費して他の端末が利用可能な無線リソースが減少することを防ぐことができ、無線リソースを有効活用することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態によるコグニティブ基地局が構成するネットワークを示す概略図である。
コグニティブ基地局は、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃを備える。マクロセル無線モジュール１４ａは、最も広範な通信エリアを提供するマクロセルを形成する。マクロセルとしては、例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムのセルである。マイクロセル無線モジュール１４ｂは、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するマイクロセルを形成する。マイクロセルとしては、例えば、「IEEE802.16」準拠のMobile WiMAX又は「IEEE802.20」準拠のMBWA(Mobile Broadband Wireless Access)などのセルである。ピコセル無線モジュール１４ｃは、マイクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するピコセルを形成する。ピコセルとしては、例えば、「IEEE802.11」準拠の無線ＬＡＮなどのセルである。マイクロセルおよびピコセルは、マクロセル内に配置される。なお、無線メディアの種類は、本実施形態で扱うものに限定されない。

マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃは、各々のセルの配置に対応した場所に設置される。各無線モジュール１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、別途設けられたスイッチ１３に通信回線を介して接続される。なお、図１では、コグニティブ基地局が備える他の構成については省略している。

図１に示されるように、スイッチ１３には、マクロセルが一つだけ収容される。そして、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てが、該マクロセルと同じスイッチ１３に収容される。これにより、一つのマクロセルと、該マクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てとは、同一のスイッチ１３に収容され、同じリンク層で処理される。

図２は、本実施形態におけるコグニティブ基地局１０の構成を示すブロック図である。図２において、コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ（Media Access Control）処理部１２、スイッチ１３、複数の無線メディアの無線モジュール１４および無線環境認識部１５を備える。本実施形態では、複数の無線メディアの無線モジュール１４として、マクロセル無線モジュール１４ａと、マイクロセル無線モジュール１４ｂと、ピコセル無線モジュール１４ｃとを有する（以下、特に区別しないときは「無線モジュール１４」と称する）。

コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェイス１１を介して、無線通信ネットワークのコアネットワークと接続する。各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して相互に接続される。また、各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して、インターネット等の無線通信ネットワークの外部のネットワークに接続することができる。

コア網側インタフェイス１１は、コアネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本実施形態ではＩＰ（Internet Protocol）パケットを送受する。

仮想ＭＡＣ処理部１２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行う。仮想ＭＡＣアドレスは、物理アドレスであり、基地局および端末局の各々に対して、唯一に予め付与される。コグニティブ基地局１０の仮想ＭＡＣ処理部１２は、コグニティブ端末の仮想ＭＡＣ処理部との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、このリンクを用いて伝送するフレームを生成する。このフレームのことを、説明の便宜上、「リンクフレーム」と称する。リンクフレームには、コアネットワークから受信されたＩＰパケットが格納される。仮想ＭＡＣ処理部１２は、生成したリンクフレームをスイッチ１３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１２は、スイッチ１３からリンクフレームを受け取り、該リンクフレームからＩＰパケットを取り出してコア網側インタフェイス１１に出力する。

スイッチ１３は、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１４へ分配し、又、各無線モジュール１４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１２へ出力する。

無線モジュール１４は、自己に固有のＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１４に固有のＭＡＣアドレスのことを、仮想ＭＡＣアドレスと区別するために、説明の便宜上、「実ＭＡＣアドレス」と称する。実ＭＡＣアドレスは、従来、利用されているものである。無線モジュール１４は、同じ無線メディアの無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線リンクは、周波数チャネル単位で確立される。

無線モジュール１４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ１３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ１３に出力する。

無線環境認識部１５は、無線環境を認識し、その認識結果に基づき、スイッチ１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。具体的に説明すれば、まず、無線環境認識部１５は、各無線モジュール１４から無線情報を取得する。また、センサーアンテナ１６を設け、センサーアンテナ１６で観測したデータから無線情報を得てもよい。無線情報としては、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の値、バックグラウンド雑音レベル、変調方式、送信バッファに蓄積されている送信待ちのデータ量、送信失敗を示すNACK信号を相手局から受信した回数、相手局から受信した無線フレームの不良率などが挙げられる。

無線環境認識部１５は、その無線情報に基づいて、各無線メディアの通信状況を判断する。例えば、どの無線メディアが良好な通信状態であるのかを判断する。さらには、どの無線メディアのどの周波数チャネルが良好な通信状態であるのかを判断する。また、長期的な統計データや短期的な統計データを用いて、将来的に良好な通信状態が得られるであろう無線メディア、さらにはその周波数チャネルを特定する推定処理を行う。

無線環境認識部１５は、各無線メディアの通信状況に基づき、スイッチ１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。リンクフレームの分配先としては、現時点で良好の通信状態であるもの、もしくは、将来的に良好な通信状態が得られるであろうものであって、一つ若しくは複数の無線モジュール１４を指示し、さらにはその無線モジュール１４における周波数チャネルを一つ若しくは複数を指示する。また、分配比率についても、各無線メディアの通信状況に基づいて決定し、スイッチ１３に指示するようにしてよい。

スイッチ１３は、無線環境認識部１５から指示された分配先へ、仮想ＭＡＣ処理部１２から受け取ったリンクフレームを順番に出力する。なお、無線環境認識部１５から分配比率が指示された場合には、その分配比率に従って、各分配先へリンクフレームを分配し出力する。

図３は、本実施形態におけるコグニティブ端末１００の構成を示すブロック図である。図３において、コグニティブ端末１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１、仮想ＭＡＣ処理部１０２、スイッチ１０３、複数の無線メディアの無線モジュール１０４および無線環境認識部１０５を備える。本実施形態では、複数の無線メディアの無線モジュール１４として、マクロセル無線モジュール１０４ａと、マイクロセル無線モジュール１０４ｂと、ピコセル無線モジュール１０４ｃとを有する（以下、特に区別しないときは「無線モジュール１０４」と称する）。

コグニティブ端末１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１を介して、例えばＬＡＮなどのユーザネットワークと接続する。各コグニティブ端末１００は、ユーザネットワークを介して、インターネット等の無線通信ネットワークの外部のネットワークに接続することができる。ユーザ網側インタフェイス１０１は、ユーザネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本実施形態ではＩＰパケットを送受する。

仮想ＭＡＣ処理部１０２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行う。コグニティブ端末１００の仮想ＭＡＣ処理部１０２は、コグニティブ基地局１０の仮想ＭＡＣ処理部１２との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１０２は、このリンクを用いて伝送するリンクフレームを生成する。仮想ＭＡＣ処理部１０２は、生成したリンクフレームをスイッチ１０３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１０２は、スイッチ１０３からリンクフレームを受け取り、該リンクフレームからＩＰパケットを取り出してユーザ網側インタフェイス１０１に出力する。

スイッチ１０３は、仮想ＭＡＣ処理部１０２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１０４へ分配し、又、各無線モジュール１０４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１０２へ出力する。

無線モジュール１０４は、自己に固有の実ＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１０４は、同じ無線メディアの無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線モジュール１０４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ１０３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１０４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ１０３に出力する。

無線環境認識部１０５は、各無線モジュール１０４から伝送レートを取得し、取得した伝送レートに基づいて無線モジュール１０４を選択する。具体的には、無線環境認識部１０５は、各無線モジュール１０４から無線情報を取得する。或いは、センサーアンテナ１０６を設け、センサーアンテナ１０６で観測したデータから無線情報を得ても良い。また、無線環境認識部１０５は、コグニティブ基地局１０からコグニティブ端末１００へ無線フレームが送信される方向（以下、下り方向とする）の通信に、選択した無線モジュール１０４を使用するようスイッチ１０３に対して指示する。無線環境認識部１０５の処理の詳細については後述する。

なお、コグニティブ端末１００のマクロセル無線モジュール１０４ａは、コグニティブ基地局１０のマクロセル無線モジュール１４ａと無線リンクを確立する。また、コグニティブ端末１００のマイクロセル無線モジュール１０４ｂは、コグニティブ基地局１０のマイクロセル無線モジュール１４ｂと無線リンクを確立する。また、コグニティブ端末１００のピコセル無線モジュール１０４ｃは、コグニティブ基地局１０のピコセル無線モジュール１４ｃと無線リンクを確立する。

［実施例１］
次に、図４を参照して、下り方向における無線メディア切替処理について説明する。図４は、本実施例における無線メディア切替処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１では、コグニティブ端末１００において、無線環境認識部１０５が、全ての無線モジュール１０４のそれぞれの時刻ｔにおける瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）を取得する。Ｒ_ｉ（ｔ）は、無線モジュール１０４を識別するための無線モジュールＩＤがｉである無線モジュール１０４の瞬時伝送レートである。瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）は、例えば、パイロットチャネルのＣＩＲから換算した伝送レート値である。なお、無線環境認識部１０５は、下り方向の無線フレーム送信の有無に関わらず、監視された値を瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）とする。また、無線環境認識部１０５は、予め設定された所定時間毎に瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）を取得している。次に、無線環境認識部１０５は、全ての無線モジュール１０４のそれぞれの平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）を算出する。平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）は、無線モジュールＩＤがｉである無線モジュール１０４の平均伝送レートである。平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）は、以下の式（１）により算出される。ただし、ｔ_ｉｃは、無線モジュールＩＤがｉである無線モジュール１０４に固有の定数である。

そして、無線環境認識部１０５は、瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）と平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）から評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）を算出する。評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）は、以下の式（２）により算出される。評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）は、平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）に対する瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）の大小関係を表す。

次に、ステップＳ２では、無線環境認識部１０５は、切替先無線モジュールを選択する。この切替先無線モジュール選択処理の詳細については後述する。
次に、ステップＳ３では、無線環境認識部１０５は、現在下り方向の通信に使用している無線モジュール１０４が切替先無線モジュールと同一であるか否かを判定する。同一の無線モジュール１０４である場合には、ステップＳ１へ戻る。一方、同一の無線モジュール１０４でない場合には、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、無線環境認識部１０５は、コグニティブ基地局１０に無線モジュール切替要求を送信する。無線モジュール切替要求は、コグニティブ端末１００を識別するための端末ＩＤと切替先情報を含むデータである。切替先情報には、切替先無線モジュールの無線モジュールＩＤと、瞬時伝送レートと、平均伝送レートとが含まれる。
次に、ステップＳ５では、コグニティブ基地局１０において、無線環境認識部１５が、切替タイミングを決定する。具体的には、無線環境認識部１５は、切替タイミングを所定時間後或いは所定フレーム数後とする。
そして、ステップＳ６では、無線環境認識部１５が、無線モジュール切替要求のあったコグニティブ端末１００に無線モジュール切替応答を送信する。無線モジュール切替応答は、端末ＩＤと切替タイミングを含むデータである。

次に、ステップＳ７では、コグニティブ端末１００において、無線環境認識部１０５が、受信した切替タイミング時に、下り方向の通信に使用する無線モジュールとして切替先無線モジュールをスイッチ１０３へ指示する。
次に、ステップＳ８では、スイッチ１０３が、下り方向の通信に使用する無線モジュール１０４を切替先無線モジュールに切り替える。

同様に、ステップＳ９では、コグニティブ基地局１０において、無線環境認識部１５が、切替タイミング時に、コグニティブ端末１００へ送信するリンクフレームの分配先として切替先無線モジュールに対応する無線モジュール１４をスイッチ１３へ指示する。切替先無線モジュールに対応する無線モジュール１４とは、切替先無線モジュールと無線リンクを確立する無線モジュール１４である。
そして、ステップＳ１０では、スイッチ１３は、コグニティブ端末１００へ送信するリンクフレームを切替先無線モジュールに対応する無線モジュール１４へ出力する。
このようにして、コグニティブ端末１００とコグニティブ基地局間の下り方向における通信の無線メディアを切り替える。

次に、図５を参照して、コグニティブ端末１００による切替先無線モジュール選択処理について説明する。図５は、本実施形態における切替先無線モジュール選択処理の手順を示すフローチャートである。この図における処理は図４のステップＳ２に対応する。
まず、ステップＳ１０１では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。Ｒ_ｉｔｈは、無線モジュールＩＤがｉである無線モジュール１０４に設定された閾値である。また、Ｒ_ＱｏＳは、コグニティブ端末１００が使用するアプリケーションのＱｏＳ（Quality of Service）クラス毎に設定された閾値である。なお、Ｒ_ｉｔｈ及びＲ_ＱｏＳは、コグニティブ基地局１０からコグニティブ端末１００に通知される。無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４を選択することにより、極端に無線状況が悪い無線モジュール１０４を除外する。これは、コグニティブ端末１００がその無線モジュール１０４に対応する無線メディアのセル外周部に位置している可能性があるためである。また、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを選択することにより、コグニティブ端末１００が使用するアプリケーションのＱｏＳを満たす伝送レートを確保する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ１０２へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０２では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュール１０４を切替先無線モジュールとする。つまり、無線環境認識部１０５は、コグニティブ端末１００の位置がセル外周部以外となる無線メディアに対応する無線モジュール１０４であって、アプリケーションのＱｏＳを満たす伝送レートを確保し、かつ、瞬時的に伝送レートの良い無線モジュール１０４を選択する。

一方、ステップＳ１０３では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇ_ｉＲ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ１０４へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュール１０４を切替先無線モジュールとする。つまり、無線環境認識部１０５は、アプリケーションのＱｏＳを満たす伝送レートを確保し、かつ、瞬時的に伝送レートの良い無線モジュール１０４を選択する。

一方、ステップＳ１０５では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ１０６へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュール１０４を切替先無線モジュールとする。つまり、無線環境認識部１０５は、コグニティブ端末１００の位置がセル外周部以外となる無線メディアに対応する無線モジュール１０４であって、瞬時的に伝送レートの良い無線モジュール１０４を選択する。

一方、ステップＳ１０７では、無線環境認識部１０５は、平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュール１０４を切替先無線モジュールとする。これは、利用可能な無線モジュールが存在しない状況を避けるためである。

このように、本実施形態によれば、コグニティブ端末１００が無線モジュール切り替えの判断を行っているため、端末台数が増加した場合であっても、コグニティブ基地局１０にかかる負荷は変わらない。このため、端末台数が増加しても、コグニティブ基地局１０の制御負荷を増加させずにすませられる。
また、コグニティブ端末１００は、低い伝送レートしか得られない無線モジュール１０４を避けて切替先無線モジュールを選択している。このため、低い伝送レートの端末が多量の無線リソースを消費して他の端末が利用可能な無線リソースが減少することを防ぐことができ、無線リソースを有効活用することができる。

［実施例２］
次に、本実施形態における他の実施例について説明する。本実施例では、コグニティブ端末１００は複数の切替先無線モジュール候補を選択する。そして、コグニティブ基地局１０が、選択された複数の切替先無線モジュール候補から切替先無線モジュールを選択する。

図６を参照して、下り方向における無線メディア切替処理について説明する。図６は、本実施例における無線メディア切替処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２１では、コグニティブ端末１００において、無線環境認識部１０５が、全ての無線モジュール１０４のそれぞれの瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）を取得する。次に、無線環境認識部１０５は、全ての無線モジュール１０４のそれぞれの平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）を算出する。そして、無線環境認識部１０５は、瞬時伝送レートＲ_ｉ（ｔ）と平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）から評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）を算出する。平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）及び平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）の算出方法は実施例１と同様である。

次に、ステップＳ２２では、無線環境認識部１０５は、切替先無線モジュール候補をｎ個選択する。ｎは予め設定された２以上の整数である。この切替先無線モジュール候補選択処理の詳細については後述する。
次に、ステップＳ２３では、無線環境認識部１０５は、切替先無線モジュール候補に現在下り方向の通信に使用している無線モジュール１０４があるか否かを判定する。無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ２１へ戻る。一方、無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２４では、無線環境認識部１０５は、コグニティブ基地局１０に無線モジュール切替要求を送信する。無線モジュール切替要求は、コグニティブ端末１００を識別するための端末ＩＤと切替先情報を含むデータである。切替先情報には、ｎ個の切替先無線モジュール候補の無線モジュールＩＤと、瞬時伝送レートと、平均伝送レートと、候補順位と、が含まれる。
次に、ステップＳ２５では、コグニティブ基地局１０において、無線環境認識部１５が、各切替先無線モジュール候補における無線システムの混雑度を確認し、コグニティブ端末１０を収容可能な無線システムの切替先無線モジュール候補であって、候補順位が最上位のものを切替先無線モジュールとして選択する。
次に、ステップＳ２６では、無線環境認識部１５が、無線切替タイミングを決定する。
そして、ステップＳ２７では、無線環境認識部１５が、無線モジュール切替要求のあったコグニティブ端末１００に無線モジュール切替応答を送信する。無線モジュール切替応答は、端末ＩＤと、切替先無線モジュールと、切替タイミングとを含むデータである。

次に、ステップＳ２８では、コグニティブ端末１００において、無線環境認識部１０５が、受信した切替タイミング時に、下り方向の通信に使用する無線モジュールとして切替先無線モジュールをスイッチ１０３へ指示する。
次に、ステップＳ２９では、スイッチ１０３が、下り方向の通信に使用する無線モジュール１０４を切替先無線モジュールに切り替える。

同様に、ステップＳ３０では、コグニティブ基地局１０において、無線環境認識部１５が、切替タイミング時に、コグニティブ端末１００へ送信するリンクフレームの分配先として切替先無線モジュールに対応する無線モジュール１４をスイッチ１３へ指示する。
そして、ステップＳ３１では、スイッチ１３は、コグニティブ端末１００へ送信するリンクフレームを切替先無線モジュールに対応する無線モジュール１４へ出力する。

次に、図７を参照して、コグニティブ端末１００による切替先無線モジュール候補選択処理について説明する。図７は、本実施形態における切替先無線モジュール候補選択処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ２０２へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ２０３へ進む。

ステップＳ２０２では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈかつａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補とする。また、無線環境認識部１０５は、上位の無線モジュール１０４から順に候補順位を高くする。

一方、ステップＳ２０３では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇ_ｉＲ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ２０４へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０４では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ＱｏＳを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補とする。また、無線環境認識部１０５は、上位の無線モジュール１０４から順に候補順位を高くする。

一方、ステップＳ２０５では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４があるか否かを判定する。ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４がある場合には、ステップＳ２０６へ進む。一方、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４がない場合には、ステップＳ２０７へ進む。

ステップＳ２０６では、無線環境認識部１０５は、ａｖｇＲ_ｉ（ｔ）＞Ｒ_ｉｔｈを満たす無線モジュール１０４であって、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補とする。また、無線環境認識部１０５は、上位の無線モジュール１０４から順に候補順位を高くする。

一方、ステップＳ２０７では、無線環境認識部１０５は、平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補とする。また、無線環境認識部１０５は、上位の無線モジュール１０４から順に候補順位を高くする。

このように、本実施形態によれば、コグニティブ端末１００が複数の切替先無線モジュール候補を選択し、コグニティブ基地局１０が切替先無線モジュール候補から切替先無線モジュールを選択する。これにより、例え候補順位が最上位の無線モジュール１０４に切り替えができない場合であっても、現在使用中の無線モジュール１０４より無線状況の良いいずれかの無線モジュール１０４に切り替えが可能になる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、コグニティブ基地局１０が備える、マクロセル無線モジュール１４ａと、マイクロセル無線モジュール１４ｂと、ピコセル無線モジュール１４ｃと、スイッチ１３とが、分散して設置されるが、同一場所、同一筐体に設置されてもよい。
また、本実施形態では、上述した切替先無線モジュール選択処理においてステップＳ１０７で平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュール１０４を選択しているが、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）が最大である無線モジュールを選択してもよい。これにより、平均状態よりも無線状況が最も良い無線モジュール１０４を選択可能となる。同様に、上述した切替先無線モジュール候補選択処理においてステップＳ２０７で平均伝送レートａｖｇＲ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補としているが、評価関数Ｆ_ｉ（ｔ）の降順に並べた上位ｎ個を切替先無線モジュール候補としてもよい。これにより、平均状態よりも無線状況が良い上位ｎ個の無線モジュール１０４を切替先無線モジュール候補として選択可能となる。

本発明の実施形態によるコグニティブ基地局が構成するネットワークを示す概略図である。 本実施形態におけるコグニティブ基地局の構成を示すブロック図である。 本実施形態におけるコグニティブ端末の構成を示すブロック図である。 実施例１における無線メディア切替処理の手順を示すフローチャートである。 実施例１における切替先無線モジュール選択処理の手順を示すフローチャートである。 実施例２における無線メディア切替処理の手順を示すフローチャートである。 実施例２における切替先無線モジュール候補選択処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…コグニティブ基地局 １１…コア網側インタフェイス １２…仮想MAC処理 １３…スイッチ １４ａ…マクロセル無線モジュール １４ｂ…マイクロセル無線モジュール １４ｃ…ピコセル無線モジュール １５…無線環境認識部 １６…センサーアンテナ １００…コグニティブ基地局 １０１…コア網側インタフェイス １０２…仮想MAC処理 １０３…スイッチ １０４ａ…マクロセル無線モジュール １０４ｂ…マイクロセル無線モジュール １０４ｃ…ピコセル無線モジュール １０５…無線環境認識部 １０６…センサーアンテナ

Claims (7)

1. 複数の無線メディアを有する無線基地局と複数の無線メディアを有する無線端末を備える無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、
   無線メディア毎に設定された所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択された前記無線メディアを前記無線基地局へ通知する通知手段と、
   前記無線基地局との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記選択手段により選択された無線メディアに切り替える第１の切替手段とを有し、
   前記無線基地局は、
   前記無線端末との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記無線端末から通知された無線メディアに切り替える第２の切替手段を有する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記選択手段は、前記無線端末が使用するアプリケーションに対応する所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを優先的に選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記選択手段は、瞬時的な伝送レートが伝送レートの平均値に対して良いものを優先的に選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 前記選択手段は、複数の無線メディアを選択し、
   前記無線基地局は、前記無線端末から通知された無線メディアから通信可能な無線メディアを１つ選択する無線メディア選択手段を有する
   ことを特徴とする請求項１から３いずれか１の項に記載の無線通信システム。
5. 複数の無線メディアを有する無線端末において、
   無線メディア毎に設定された所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択された前記無線メディアを無線基地局へ通知する通知手段と、
   前記無線基地局との下り方向の通信に使用する無線メディアを前記選択手段により選択された無線メディアに切り替える第１の切替手段と
   を有することを特徴とする無線端末。
6. 前記選択手段は、前記無線端末が使用するアプリケーションに対応する所定の閾値より平均伝送レートが大きい無線メディアを優先的に選択することを特徴とする請求項５に記載の無線端末。
7. 前記選択手段は、瞬時的に伝送レートが良いものを優先的に選択することを特徴とする請求項５又は６に記載の無線端末。

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