JP2010130239A - 無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】通信チャネルを確立できる距離を広げつつ、安定した通信を実現できる無線通信装置を提供すること。
【解決手段】端末からの受信電界強度に応じて、第1チャネルまたは、第1チャネルよりも出力強度が強い第2チャネルの、いずれかの通信チャネルを選択する基地局と通信を行う携帯電話機1は、通信間隔を広げるとともに、送信出力を第1強度から第2強度へ上げ、ハーフレートの上りSCCHの出力を倍にする(1バーストのみ)対応のため、発着呼の時に、周辺基地局の設置状況を示す指標を測定し、測定された指標に基づいて、通信環境を予め定められた複数分類のうちの1つに決定し、決定された通信環境に応じて、基地局からの受信電界強度に係る閾値を決定する制御部30を備える。制御部30は、基地局からの受信電界強度が閾値以上の場合には、送信出力を第1強度にし、基地局からの受信電界強度が閾値未満の場合には、送信出力を第2強度にする。
【選択図】図2

Description

本発明は、出力強度が異なる通信チャネルを備えた基地局と通信を行う無線通信装置に関する。
従来、携帯電話機やPHS(Personal Handy−phone System)等の無線通信装置(端末)においては、通信品質を安定化させる等の理由から、送信出力を安定させる必要があった。さらに、送信出力の変動幅が規定される場合もある。そのため、無線通信装置には、送信出力を制御するための回路が設けられることが多い(例えば、特許文献1)。このように、無線通信装置は、送信出力の制御が可能である。
さらに近年では、通信間隔を通常(フルレート)の2倍に広げることにより、より多くの端末が基地局と通信可能とする技術(ハーフレート)が用いられている。このとき、送信出力の時間平均を、フルレートの場合の時間平均以下に維持すればよいので、通信時の送信出力を2倍に(例えば、10mWから20mWに)することができる。その結果、端末は、より遠方の基地局との通信が可能となる。
ところで、基地局側では、共通双方向制御チャネル(SCCH、Signaling Control Channel)において端末から送信されるリンクチャネル確立要求メッセージの電界強度を測定している。そして、電界強度が十分に高ければ、基地局からの距離が近いと判断して、出力の弱い第1チャネル(例えば、20mW帯)を割り当てる。一方、電界強度が低ければ、基地局からの距離が遠いと判断して、出力の強い第2チャネル(例えば、500mW帯)を割り当てる。このようにして、基地局は、周波数帯の有効活用を行っている。なお、第1チャネルと第2チャネルとの切り替えは、所定の閾値(例えば、56dBμV)に基づいて行われる。
特開平6−197076号公報
このような状況において、例えば、端末と基地局との距離が遠く、フルレートでは500mW帯の第2チャネルが割り当てられる環境において、ハーフレートを選択すると、端末側の送信出力が20mWに上がることにより、基地局に届くSCCHの電界強度が高く測定されてしまう。その結果、基地局側では端末までの距離が近いと誤認されて、20mW帯の第1チャネルが割り当てられてしまう場合がある。この場合、端末側では、受信電界強度が低下するため、エラー率が上がる等、安定した通信が行えないおそれがあった。
本発明は、通信チャネルを確立できる距離を広げつつ、安定した通信を実現できる無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明に係る無線通信装置は、端末からの受信電界強度に応じて、第1チャネルまたは、第1チャネルよりも出力強度が強い第2チャネルの、いずれかの通信チャネルを選択する基地局と通信を行う無線通信装置であって、通信間隔を広げるとともに、送信出力を第1強度から第2強度へ上げ、当該送信出力の時間平均を維持する制御手段(例えば、後述の制御部30)と、周辺基地局の設置状況を示す指標を測定する測定手段(例えば、後述の制御部30)と、前記測定手段により測定された指標に基づいて決定される通信環境に応じて、基地局からの受信電界強度に係る閾値を決定する閾値決定手段(例えば、後述の制御部30)と、を備え、前記制御手段は、前記基地局からの受信電界強度が前記閾値以上の場合には、前記送信出力を前記第1強度へ下げ、前記基地局からの受信電界強度が前記閾値未満の場合には、前記送信出力を前記第2強度へ上げることを特徴とする。
また、前記測定手段は、前記指標として、周辺基地局の数、当該基地局のうち所定の種類の基地局の割合、または受信電界強度のばらつき範囲を測定することが好ましい。
また、前記閾値決定手段は、前記閾値として、前記送信出力が前記第2強度の場合に前記第1チャネルと前記第2チャネルとが切り替わる境界距離における基地局からの受信電界強度から、前記第1強度の場合に基地局と通信可能な最大距離における基地局からの受信電界強度までの、いずれかの値を決定することが好ましい。
また、前記閾値決定手段は、前記通信の待ち受け中に、待ち受け対象の基地局が所定以上の頻度で切り替わった場合には、前記決定した閾値に対して所定値を減算して補正することが好ましい。
また、前記通信環境は、前記測定手段により測定された指標に基づいて予め定められた複数分類のうちの1つに決定され、前記閾値は、前記通信環境の複数分類ごとに設定されることが好ましい。
また、前記閾値は、前記通信環境に応じて設定された電波の伝播損失度合いに基づいて算出されることが好ましい。
本発明によれば、通信チャネルを確立できる距離を広げつつ、安定した通信を実現できる。
以下、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。なお、本実施形態では、無線通信装置の一例として、携帯電話機1を説明する。なお、本発明の無線通信装置はこれには限られず、例えば、PHS(Personal Handy phone System)やPDA(Personal Digital Assistant)等、様々な装置に適用可能である。
図1は、本実施形態に係る携帯電話機1(無線通信装置)の外観斜視図である。なお、図1は、いわゆる折り畳み型の携帯電話機の形態を示しているが、本発明に係る携帯電話機の形態はこれに限られない。例えば、両筐体を重ね合わせた状態から一方の筐体を一方向にスライドさせるようにしたスライド式や、重ね合せ方向に沿う軸線を中心に一方の筐体を回転させるようにした回転式(ターンタイプ)や、操作部と表示部とが1つの筐体に配置され、連結部を有さない形式(ストレートタイプ)でもよい。
携帯電話機1は、操作部側筐体2と、表示部側筐体3と、を備えて構成される。操作部側筐体2は、表面部10に、操作部11と、携帯電話機1の使用者が通話時に発した音声が入力されるマイク12と、を備えて構成される。操作部11は、各種設定機能や電話帳機能やメール機能等の各種機能を作動させるための機能設定操作ボタン13と、電話番号の数字やメールの文字等を入力するための入力操作ボタン14と、各種操作における決定やスクロール等を行う決定操作ボタン15と、から構成されている。
また、表示部側筐体3は、表面部20に、各種情報を表示するための表示部21と、通話の相手側の音声を出力するレシーバ22と、を備えて構成されている。
また、操作部側筐体2の上端部と表示部側筐体3の下端部とは、ヒンジ機構4を介して連結されている。また、携帯電話機1は、ヒンジ機構4を介して連結された操作部側筐体2と表示部側筐体3とを相対的に回転することにより、操作部側筐体2と表示部側筐体3とが互いに開いた状態(開放状態)にしたり、操作部側筐体2と表示部側筐体3とを折り畳んだ状態(折畳み状態)にしたりできる。
図2は、本実施形態に係る携帯電話機1の機能を示すブロック図である。携帯電話機1は、表示部21と、制御部30と、通信部31と、アンテナ32と、操作部11と、メモリ部33と、を備える。
制御部30は、携帯電話機1の全体を制御しており、例えば、表示部21、通信部31等に対して所定の制御を行う。また、制御部30は、操作部11等から入力を受け付けて、各種処理を実行する。そして、制御部30は、処理実行の際には、メモリ部33を制御し、各種プログラムおよびデータの読み出し、およびデータの書き込みを行う。
特に、本実施形態において、制御部30は、基地局からの制御チャネル(CCH)の電界強度(RSSI)を測定し、この測定値を、予め通信環境に応じて決定された所定の閾値と比較することにより、上りのSCCHの出力を決定する(処理の詳細は後述する)。
表示部21は、制御部30の制御に従って、所定の画像処理を行う。そして、処理後の画像データをフレームメモリに蓄え、所定のタイミングで画面出力する。
通信部31は、所定の使用周波数帯(例えば、2GHz帯や800MHz帯等)で外部装置(基地局)と通信を行う。そして、通信部31は、アンテナ32より受信した信号を復調処理し、処理後の信号を制御部30に供給し、また、制御部30から供給された信号を変調処理し、アンテナ32から外部装置に送信する。
メモリ部33は、例えば、ワーキングメモリを含み、制御部30による演算処理に利用される。また、本実施形態では、基地局の設置状況を示す指標から通信環境を決定するための分類ルールや、上りSCCHの出力を決定するための通信環境ごとの下りCCHの閾値等を記憶する。なお、メモリ部33は、着脱可能な外部メモリを兼ねていてもよい。
図3は、本実施形態に係る基地局の設置状況を示す指標と通信環境の分類との関係を示す図である。ここでは、各通信環境における基地局の設置状況の傾向を表している。なお、通信環境としては、電波の伝播に関する障害物が少ない方から順に、「自由空間」、「開放地」、「郊外」、「中小都市」、「大都市」の5分類とする。
指標としては、基地局の数、高度化基地局率、中継器率、およびRSSIのばらつきが用いられる。基地局の数とは、ネイバーリスト等により取得される周辺基地局の数である。大都市ほど基地局は密集して設置されるため、基地局の数は、自由空間では少なく、大都市では多い。
高度化基地局率とは、周辺基地局のうち、ハーフレートの通信に対応可能な基地局の割合である。また、中継器率とは、周辺基地局のうち、受信電波を増幅して再送出する中継器の割合である。なお、高度化基地局および中継器は、基地局の識別IDにより判別することができる。これらの割合は、自由空間では低く、大都市になるほど高くなる。
また、RSSIのばらつきとは、基地局からの下りCCHのRSSIの変動幅であり、フェージングの影響が大きい大都市ほど、ばらつきが大きくなり、自由空間では小さくなる。なお、基地局からの下りCCHは、一定の出力(例えば100mW)にて送出されている。
制御部30は、これらの傾向に基づいて予め設定されたルールに従って、通信環境を複数種類のうち1つに分類する。具体的には、例えば、5次元のグラフデータを記憶しておき、各指標に応じたグラフデータを参照することにより、通信環境を決定する。あるいは、各指標の範囲に応じたポイントを設定しておき、全指標に対するポイントの合計に基づいて通信環境を決定してもよい。
図4は、本実施形態に係る通信環境ごとの下りCCHの閾値を示す図である。制御部30は、下りCCHのRSSIがこの閾値以上である場合には、上りSCCHの出力を弱く(第1強度:10mWに)設定する。一方、下りCCHのRSSIがこの閾値未満である場合には、上りSCCHの出力を強く(第2強度:20mWに)設定する。
ところで、基地局は、携帯電話機1からのSCCH出力に関して電界強度を測定し、その強さに応じて2種類の通信チャネル(TCH)から1つを割り当てる。ここでは、2種類の通信チャネルは、それぞれ、20mWと500mWの出力である。
図5は、本実施形態に係る通信環境が開放地である場合に、上りSCCHの出力の違いによる下りTCH出力の変化を対比した図である。
上りSCCHの出力が10mW(フルレート)の場合には、図5(a)に示すように、基地局からの距離が120mを超えると、下りTCH出力は500mWとなり、良好な通信が期待できる。ところが、1280mを超えると、携帯電話機1からの上りSCCH出力が弱いために基地局での受信ができなくなってしまう。
一方、上りSCCHの出力が20mW(ハーフレート)の場合には、図5(b)に示すように、基地局からの距離が150mを超えるまで、下りTCH出力は20mWであり、150mを超えると500mWとなる。この場合、携帯電話機1からの上りSCCH出力が強いので、基地局からの距離が1280mを超えても、1600mまでは基地局での受信ができ、通信が可能である。
ところが、フルレートからハーフレートにすることにより、基地局からの距離が120m〜150mの間での下りTCH出力が弱く(20mWに)なる。これは、すなわち、この範囲における携帯電話機1での受信感度が低下することを意味しているので、良好な通信を維持するために、下りTCH出力を強く(500mWに)することが望ましい。
そこで、本実施形態では、図5(c)に示すように、基地局からの距離が150mの地点、すなわち、下りCCHのRSSIが65dBの地点を境界として、RSSIが閾値の65dB以上の場合にはフルレート(10mW)にてSCCH出力を行う。これにより、基地局からの距離が1600mまでの全範囲において、良好な通信が期待できる。
図4に戻り、開放地では、上述(図5)のように65dBを閾値としたが、他の通信環境についても、それぞれの閾値が設定される。具体的には、大都市になるほど閾値を低く設定する。大都市になるほど、建物等による反射が多くなるため、通信経路が一定せず、RSSIにばらつきが発生する(図3参照)。したがって、閾値を低く設定することで、より遠距離まで上りSCCH出力を弱く(10mW)できる。その結果、下りTCH出力が強く(500mW)なるので、良好な通信が期待できる。
図6は、本実施形態に係る各通信環境における閾値の算出過程を説明する図である。まず、各通信環境には、電波の伝播ロスの値が設定されている。例えば、開放地では、1kmあたり117dBのロスが見込まれる。
このとき、この伝播ロスがある環境において、仮に携帯電話機1がハーフレート(20mW出力)にてSCCH出力を行った場合に、基地局での受信強度がTCHを選択する境界(56dBμV)となる基準距離を算出する。例えば、開放地では、基準距離は150mと算出される。
なお、携帯電話機1がハーフレート(20mW出力)にてSCCH出力を行った場合に、基地局にて受信可能な最大通信距離についても算出される。例えば、開放地では、最大通信距離は1600mと算出される。
次に、基準距離(開放地では150m)において、上述の伝播ロスがある場合に、携帯電話機1が基地局からの下りCCH出力を受信した際のRSSIを算出する。例えば、開放地では、算出値は65dBとなり、この値が閾値として設定される。なお、上述(図4)の通り、通信環境によりRSSIのばらつきを考慮して、閾値は調整されることが望ましい。
このような閾値の算出は予め実施され、算出結果である閾値のみが通信環境ごとに記憶されていればよいが、これには限られず、通信環境が決定されたときに自動計算を行ってもよい。
図7は、本実施形態に係る制御部30における通信チャネル(TCH)の確立処理を示すフローチャートである。
ステップS1では、制御部30は、基地局からのCCHを探索し、周辺に存在する基地局を捕捉する。このとき、基地局の識別IDとRSSIとを取得する。
ステップS2では、制御部30は、ステップS1にて捕捉した基地局の数、各基地局の種類(一般の基地局、高度化基地局、または中継器)、およびRSSIを保存する。
ステップS3では、制御部30は、ステップS1にて捕捉した基地局のうち、十分な受信感度であり、通信可能な基地局があるか否かを判定する。この判定がYESの場合は、ステップS4に移り、判定がNOの場合は、通信可能な基地局を探索するためにステップS1に戻る。
ステップS4では、制御部30は、ステップS3にて通信可能と判断された基地局との同期を取り(トラッキング)、SCCH送信の準備を整える。
ステップS5では、制御部30は、携帯電話機1が移動中であるか否かを示すモビリティフラグを設定する。具体的には、制御部30は、通信の待ち受け中に、待ち受け対象の基地局が所定以上の頻度で切り替わった場合に移動中であると判断し、モビリティフラグをONに設定する。
ステップS6では、制御部30は、ステップS2にて保存した各種データと、ステップS5にて設定したモビリティフラグと、に基づいて、上りSCCH送信の出力強度を判定する(処理の詳細は図8にて詳述する)。
ステップS7では、制御部30は、ステップS6にて判定した出力強度により、SCCH送信を実行し、基地局に対して通信チャネルの確立を要求する。
図8は、本実施形態に係る制御部30におけるSCCH送信の出力強度判定処理を示すフローチャートである。
ステップS11では、制御部30は、ステップS2(図7)にて保存した基地局の数、基地局の種類、RSSIのばらつきに基づいて、携帯電話機1が現在置かれている通信環境を決定する。
ステップS12では、制御部30は、ステップS11にて決定した通信環境に応じて、CCH出力のRSSIに関する上述の閾値を決定する。
ステップS13では、制御部30は、ステップS5(図7)にて設定したモビリティフラグがONか否かを判定する。この判定がYESの場合は、閾値の補正が必要なのでステップS14に移る。一方、判定がNOの場合は、閾値の補正は不要なのでステップS15に移る。
ステップS14では、制御部30は、携帯電話機1が移動していることにより、ステップS1(図7)の基地局サーチから、ステップS7(図7)のSCCH送信までの間に環境が悪化する可能性があると判断し、ステップS12にて決定した閾値を補正する。具体的には、決定した閾値から「−3dB」(減算)し、より遠距離でもSCCH出力が弱く(10mWに)なるように補正する。このことにより、基地局ではSCCHのRSSIは弱く測定され、500mWのTCHが割り当てられやすくなる。その結果、携帯電話機1での受信感度が向上するので、良好な通信が期待できる。
ステップS15では、制御部30は、基地局からのCCH出力のRSSIを測定し、この測定値が閾値より大きいか否かを判定する。この判定がYESの場合はステップS16に移り、判定がNOの場合はステップS17に移る。
ステップS16では、制御部30は、出力の強いTCHが割り当てられやすくするために、上りSCCH出力に弱い側の10mWを選択する。
ステップS17では、制御部30は、上りSCCH出力に強い側の20mWを選択し、確実に基地局へ送達できるようにする。
以上のように、本実施形態によれば、基地局からの下りCCH出力のRSSIに関して閾値を設けることで、上りSCCH出力の強度を切り替えた。これにより、通信を確立できる距離を広げつつ、適切なTCHが割り当てられて安定した通信を実現できる。
図9は、本実施形態に係るSCCH出力の制御による効果を説明する図である。ここでは、通信環境が開放地である場合の、基地局からの距離と割り当てられるTCH出力との関係を従来(a、b)と比較して示している。
まず、常にフルレートで通信を確立する場合(SCCH出力が10mWの場合)は、図9(a)に示すように、基地局との距離が1280mまで通信可能であり、TCH出力は、120mまでは20mWで、120m以降は500mWとなる。
次に、常にハーフレートで通信を確立する場合(SCCH出力が20mWの場合)は、図9(b)に示すように、基地局との距離が1600mまで通信可能となる。そして、TCH出力は、150mまでは20mWで、150m以降は500mWとなる。この場合、通信可能な距離は、フルレートの場合に比べて長くなるが、120mから150mまでの間で、TCH出力が弱くなってしまう。
本実施形態では、フルレートとハーフレートを使い分け、基地局からの距離が150mの地点を境界として、SCCH出力を切り替えた。これにより、図9(c)に示すように、通信可能な距離は、ハーフレートの場合(図9(b))と同じく1600mとなる。さらに、120mから150mまでの間は、TCH出力が500mWとなり、安定した通信を確保できる。
なお、上述の説明では、例えば通信環境が開放地の場合に、基地局からの距離が150mの地点に閾値を設定したが、これには限られず、150mから1280mまでのいずれかの地点に設定してもよい。すなわち、SCCH出力が10mWのときに通信可能な最大距離(1280m)までであれば、基地局で受信が可能であり、かつ、SCCH出力が弱いことにより、出力の高いTCHが割り当てられやすくなる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る携帯電話機1の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る携帯電話機1の機能を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る基地局の設置状況を示す指標と通信環境の分類との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信環境ごとの下りCCHの閾値を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信環境が開放地である場合に、上りSCCHの出力の違いによる下りTCH出力の変化を対比した図である。 本発明の実施形態に係る各通信環境における閾値の算出過程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る通信チャネルの確立処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るSCCH送信の出力強度判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るSCCH出力の制御による効果を説明する図である。
符号の説明
1 携帯電話機(無線通信装置)
11 操作部
21 表示部
30 制御部(制御手段、測定手段、閾値決定手段)
31 通信部
32 アンテナ
33 メモリ部

Claims (6)

  1. 端末からの受信電界強度に応じて、第1チャネルまたは、第1チャネルよりも出力強度が強い第2チャネルの、いずれかの通信チャネルを選択する基地局と通信を行う無線通信装置であって、
    通信間隔を広げるとともに、送信出力を第1強度から第2強度へ上げ、当該送信出力の時間平均を維持する制御手段と、
    周辺基地局の設置状況を示す指標を測定する測定手段と、
    前記測定手段により測定された指標に基づいて決定される通信環境に応じて、基地局からの受信電界強度に係る閾値を決定する閾値決定手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記基地局からの受信電界強度が前記閾値以上の場合には、前記送信出力を前記第1強度へ下げ、前記基地局からの受信電界強度が前記閾値未満の場合には、前記送信出力を前記第2強度へ上げることを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記測定手段は、前記指標として、周辺基地局の数、当該基地局のうち所定の種類の基地局の割合、または受信電界強度のばらつき範囲を測定することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記閾値決定手段は、前記閾値として、前記送信出力が前記第2強度の場合に前記第1チャネルと前記第2チャネルとが切り替わる境界距離における基地局からの受信電界強度から、前記第1強度の場合に基地局と通信可能な最大距離における基地局からの受信電界強度までの、いずれかの値を決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 前記閾値決定手段は、前記通信の待ち受け中に、待ち受け対象の基地局が所定以上の頻度で切り替わった場合には、前記決定した閾値に対して所定値を減算して補正することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線通信装置。
  5. 前記通信環境は、前記測定手段により測定された指標に基づいて予め定められた複数分類のうちの1つに決定され、
    前記閾値は、前記通信環境の複数分類ごとに設定されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線通信装置。
  6. 前記閾値は、前記通信環境に応じて設定された電波の伝播損失度合いに基づいて算出されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線通信装置。
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