JP4721883B2 - 無線通信端末および無線通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、確率に基づき段階的に上限値を上げ下げすることにより上りデータの通信速度を制御する無線通信端末および無線通信方法に関するものである。
CDMA2000 1xEV-DO(以下、1xEV-DOという)システムにおいて、携帯電話等の無線通信端末の上りのデータ通信速度は、基地局から所定のタイミング毎に送信される通信速度の上限値の上げ下げを指示する情報「RAbit(Reverse Activity Bit)」と、無線通信端末と基地局とのセッション確立時に決定される閾値とに基づいて制御される。
図7は、1xEV-DOシステムで使用されるデータ通信速度変更試験テーブルである(非特許文献1参照)。
図7に示すように、1xEV-DOにおいて、データ通信速度の上限値は、9.6kbps、19.2kbps、38.4kbps、76.8kbps、153.6kbpsの5段階に分かれており、無線通信端末が無線基地局と通信を開始すると、まず一番遅い通信速度(9.6kbps)で通信を開始する。その後、基地局から与えられるRAbitを無線通信端末が受信して通信速度を調整する。
RAbitとは、無線通信端末が現在接続している基地局、及びハンドオフ対象とする周辺基地局の混雑具合によって変動するビット値である。また、基地局の混雑とは、その基地局に多くの無線通信端末が集中して接続した場合や、通信回線に輻輳が生じた場合などである。
基地局において通信が混雑していない場合、即ち、通信速度を上げることが可能な場合は、RAbitは「0」にセットされる。一方、基地局において通信が混雑していると判断された場合、即ち、通信速度を上げることが好ましくない場合は、RAbitは「1」にセットされる。
図8は、1xEV-DO対応の無線通信端末が行うデータ通信速度の変更処理を示すフローチャートである。
1xEV-DO対応無線通信端末は、まず、一番低い通信速度(9.6kbps)で通信を開始する(ステップ9001)。
基地局からRAbitを受信すると、受信したRAbitが「0」であるか否かを判断する。(ステップ9002)。RAbitが「0」であると判断した場合は(ステップ9002でYES)、現在の通信速度の上限値を一段階上げる方向に動作する。この場合、通信速度は、絶対的に上げるのではなく確率的に上げるよう構成されている。
まず、乱数x(0<x<1)を発生する(ステップ9003)。発生した乱数xが通信速度を変更させるための閾値αよりも小さいか否かを判別する(ステップ9004)。ここで、閾値αは、図7に示すように、現在の通信速度によって異なり、例えば、9.6kbpsから19.2kbpsに一段階上げようとするときは、閾値αは「48」を「255」で除算した値、すなわち「48/255」となる。この例では、乱数xが「48/255」よりも大きいか小さいかを判断する。
乱数xが閾値αよりも小さいと判断した場合は(ステップ9004で)、現在の通信速度の上限値を一段階上げる(ステップ9005)。例えば、現在の通信速度の上限値が9.6kbpsであれば、一段階上の19.2kbpsに変更する。一方、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ9006)。例えば、現在の通信速度が9.6kbpsであれば9.6kbpsを維持する。
一方、RAbitが「1」であると判断した場合は(ステップ9007)、現在の通信速度の上限値を一段下げる方向に動作する。すなわち、まず、乱数x(0<x<1)を発生し(ステップ9007)、乱数xと閾値α(RAbitが「0」であるときの閾値αと区別するため、図中はα’と記す。)とを比較する(ステップ9008)。乱数xが閾値αよりも小さいと判断した場合は(ステップ9008でYES)、現在の通信速度の上限値を一段下げる(ステップ9009)。例えば、現在の通信速度が19.2kbpsであれば、一段下の9.6kbpsに変更する。一方、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は(ステップ9008でNO)、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ9006)。例えば、現在の通信速度が19.2kbpsであれば19.2kbpsを維持する。
このように、1xEV-DOシステムにおいて、無線通信端末は、基地局から所定のタイミング毎に送信されるRAbitと無線通信端末と基地局とのセッション確立時に決定される閾値とに基づいて、少なくとも上り通信における通信速度の上限値を、一段階上げるか下げるか、維持するかを制御する。
ところで、現在、上記1xEV-DOの通信方式を拡張したCDMA2000 1xEV-DO rev.A(以下、1xEV-DO rev.Aという。また、拡張前の通信方式を1xEV-DO rev.0という。)の検討が進んでいる。この1xEV-DO rev.Aに新たに追加される機能に、QoS(Quality of Service)制御がある。QoS制御は、無線通信端末上で実行されるアプリケーション毎に優先度を設け、優先度の高い通信に確実に帯域を割り当てるという制御である。すなわち、前述のような確率によって段階的な通信速度の制御を行うのではなく、無線通信端末上で実行されるアプリケーションが必要とする通信速度を通信開始時から確保することができ、また、通信中においてもアプリケーションが必要とする通信速度に応じて比較的自由に通信速度を変更する事ができる。
"cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface 3GPP2 C.S0024 Version 4.0 section8.5.6.1.5.2 Rate Control"、3GPP2、2002年10月
1xEV-DO rev.A対応の無線通信端末上で、ある程度の通信速度を要求するアプリケーションを実行する場合にも、当該端末が1xEV-DO rev.0環境下にいると、まずは9.6kbpsから通信を開始し、上述の確率による通信速度上昇試験を通らなければ、必要とする通信速度を得ることができない。しかしながら、上記従来の技術では、各通信速度の上限値毎に閾値αが一つずつしか与えてられていないため、遅延を許さないある程度の速度が必要とされる通信でも低速で実行可能な通信でも、全ての通信の通信速度の上げ下げが同確率で制御されてしまう。
例えば、IP電話を実行する場合について述べる。このIP電話は音声データをIPパケット(VoIP)化し、通常のIP網を経由して相手に音声を届けるものである。専用の音声網(回線交換網)を使用しないため、経路上で遅延が発生しやすいが、音声通話であるため一定時間以上の遅延は許されない仕様になっている。つまり、一般的に70〜80kbps程度の通信速度が要求されるが、1xEV-DO rev.0では必ず9.6kbpsから始まり、要求する速度を満たすまでには上述の通信速度上昇試験を少なくとも3回必要とする。実際には、上述の通信速度上昇試験は確率に支配され、通信速度が高くなるに従い上昇できる確率も低くなるため、相当数の試験をパスしなけば必要な速度を得ることができず、「遅延」が発生する。
また、IP電話では、話していない側のデータを送信しない、つまり、無音時間はデータを転送しないようにすることで帯域の有効利用を図る「無音圧縮」という方法を使用しており、ユーザが相手の話を聞いている間のデータ送信を行わず、話し始める時にデータの送信を開始する。すなわち、1xEV-DO rev.0環境下においてIP電話を実行する場合、通話中において話し始める時の上り通信速度は必ず9.6kbpsから始まり、上述の通信速度上昇試験では通信速度が必要十分な速度に上がるまでに時間を要するため、話し始め部分で常に遅延が発生するようになる。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の無線通信端末は、予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に、通信アプリケーションに応じた複数の閾値を記憶した記憶手段と、通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を前記記憶手段より選択し、該選択した閾値に基づいて、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明の無線通信端末は、通信アプリケーションに応じて、予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に最適な閾値を定義した複数の通信設定を、無線基地局との間で設定する設定手段と、起動する通信アプリケーションに応じて、前記複数の通信設定を選択使用し、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する制御手段を具備することを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明、請求項1に記載の発明において、前記設定手段は、前記通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を前記無線基地局に通知することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明の無線通信方法は、予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に、通信アプリケーションに応じた複数の閾値を記憶し、通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を選択し、該選択した閾値に基づいて、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する無線通信方法。
また、請求項5に記載の発明の無線通信方法は、通信アプリケーションに応じて、予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に最適な閾値を定義した複数の通信設定を、無線通信端末と無線基地局との間で設定し、起動する通信アプリケーションに応じて、前記複数の通信設定を選択使用し、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御することを特徴とする。
本発明によれば、通信速度の上げ下げを制御する閾値αの値を複数用意することにより、高い速度を要求する通信については高確率で通信速度を上げることができ、通信アプリケーションのサービス品質の低下を防ぐことができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第一の実施の形態である無線通信端末の機能構成を示すブロック図である。
無線通信端末100は、1xEV-DO rev.A対応端末であり、無線基地局200は、1xEV-DO対応の無線基地局である。
無線通信端末100は、IP電話等のアプリケーションを実行する通信アプリケーション実行部11、無線基地局200からのデータを受信するデータ受信部12、無線通信端末100から無線基地局200へデータを送信するデータ送信部13、から構成され、さらに、通信レベル判定部141、乱数発生部142、RAbit抽出部143、通信速度設定部144を具備する。
データ受信部12は、無線基地局200から受信した無線信号(RF信号)を復調し、復調された受信データをデコードして通信アプリケーション実行部11に与える。
RAbit抽出部143は、無線基地局200より定期的送信され、データ受信部12で受信されるRAbitを、データ受信部12より抽出し、抽出したRAbitを通信速度設定部144に与える。
通信レベル判定部141は、通信アプリケーション実行部11で実行されるアプリケーションが必要とする通信速度を判定し、判定した通信速度に応じた通信レベルを設定して通信速度設定部144に通知する。
乱数発生部142は、所定のタイミングで定期的に乱数x(0<x<1)を発生し、発生した乱数を通信速度設定部144に与える。
通信速度設定部144は、後に詳述する通信速度変更試験テーブル150を有し、RAbit抽出部143から通知されるRAbit、通信レベル判定部141より通知される通信レベル、および、乱数発生部142より与えられる乱数xに基づき、送信データの通信速度の上限値を設定し、設定した通信速度の上限値をデータ送信部13に通知する。
データ送信部13は、通信速度設定部144より通知された通信速度の上限値に基づき、通信アプリケーション実行部11から受け取ったデータをエンコードし、変調してRF信号として出力する。
図2は、無線通信端末100の通信速度設定部144が具備する通信速度変更試験テーブル150である。
通信速度変更試験テーブル150は、各通信速度の上限値毎に複数の通信レベルを対応付け、この通信レベル毎に前述した確率試験の閾値を設けており、この点で、従来の通信速度変更試験テーブルとは異なる。
なお、通信レベルとは、通信レベル判定部141により判定された必要通信速度に基づいて設定される値であり、本実施の形態では、通信速度の上限値毎に1〜4までの4段階の値が設定されている。しかしながら、通信レベルの設定方法はこれに限るものではなく、各通信速度の上限値毎に3段階に設定する事もできるし、さらに、通信速度の上限値毎に異なる段階(例えば、9.6kbpsでは4段階、19.2kbpsでは3段階等)に設定しても良い。もちろん、閾値αの値は、本実施の形態で用いられる値に限るものではない。
また、本実施の形態では、通信レベルは、通信レベル判定部141にて設定されて通信速度設定部144に与えられるが、通信レベル判定部141はアプリケーションで必要とされる通信速度を通信速度設定部144に通知し、これに基づき通信速度設定部144で通信レベルを設定しても良い。
通信速度変更試験テーブル150によれば、アプリケーションの通信レベルが「1」と判定され、かつ、RAbit=0である場合(すなわち、通信速度を上げることが可能な場合)、例えば、9.6kbpsにおける通信レベル「1」に対応する閾値αは「255/255」となり、必ずα≧x(0<x<1)(確率100%)となるため、通信速度の上限値は必ず次の段階である19.2kbpsに引き上げられる。同様に、19.2kbps、38.4kbpsにおいても、通信レベルが「1」である場合の閾値αは「255/255」であるので、必ず次の段階に引き上げられる。
すなわち、通信速度変更試験テーブル150によれば、通信レベルが「1」であると設定されたアプリケーションについては、3回の変更試験で確実に通信速度の上限値が76.8kbpsにまで引き上げられる。
また、RAbit=1である場合(すなわち、通信速度を上げることが好ましくない場合)においても、アプリケーションの通信レベルが「1」である場合、例えば、76.8kbpsにおける通信レベル「1」に対応する閾値αは「0/255」となり、必ずα<x(0<x<1)(確立100%)となるため、通信速度を76.8kbpsに維持できる。
図3は、本発明の第一の実施の形態の無線通信端末100の行う通信速度設定処理を示すフローチャートである。
通信アプリケーション実行部11においてアプリケーションが起動すると、まず、無線通信端末100は、現在、1xEV-DO(以下、rev.0という)環境下にいるのか、1xEV-DO rev.A(以下、rev.Aという)環境下にいるのかを判断する(ステップ1001)。rev.A環境下にいると判断されれば(ステップ1001でNO)、所定の手続きを踏んだ上で通信を開始する(本発明とは関係がないので詳述は割愛する)。Rev.0環境下にいると判断されれば(ステップ1001でYES)、まず、一番低い通信速度(9.6kbps)で通信を開始する(ステップ1002)。また、通信レベル判定部141は、アプリケーションに必要な上り通信速度を判定して適切な通信レベルを設定し、通信速度設定部144に通知する(ステップ1003)。無線基地局からRAbitを受信すると、受信したRAbitが「0」であるか否かを判断する。(ステップ1004)。RAbitが「0」であると判断した場合は(ステップ1004でYES)、現在の通信速度の上限値を一段階上げる方向に動作する。乱数発生部142は、乱数x(0<x<1)を発生して通信速度設定部144に与え(ステップ1005)、通信速度設定部144は、現在の通信速度の上限値(通信開始時は9.6kbps)と通信レベル判別部141より通知される通信レベルとに対応する閾値αと、乱数xとを比較し(ステップ1006)、乱数xが閾値αより小さいと判断した場合は(ステップ1006でYES)、現在の通信速度の上限値を一段上げる(ステップ1007)。一方、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ1008)。
また、RAbitが「1」であると判断した場合は(ステップ1004でNO)、現在の通信速度の上限値を一段下げる方向に動作する。乱数発生部142は、乱数x(0<x<1)を発生して通信速度設定部144に与え(ステップ1009)、通信速度設定部144は、現在の通信速度の上限値と通信レベル判別部141より通知される通信レベルとに対応する閾値α(RAbitが「0」であるときの閾値αと区別するため、図中はα’と記す。)と、乱数xとを比較し(ステップ1010)、乱数xが閾値αよりも小さいと判断した場合は(ステップ1006でYES)、現在の通信速度の上限値を一段下げ(ステップ1007)、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ1008)。
なお、通信レベル判定部141で設定した通信レベルを無線基地局200に通知しても良い。これにより、無線基地局200は、各無線通信端末の状態を把握することができ、トラフィックの制御等に役立てることができる。
図4は、本発明の第二の実施の形態である無線通信端末および無線基地局の機能構成を示すブロック図である。
無線通信端末300は、rev.A対応端末であり、無線基地局400は、rev.0対応の無線基地局である。
無線通信端末300は、IP電話等のアプリケーションを実行する通信アプリケーション実行部11、無線基地局400からのデータを受信するデータ受信部12、無線通信端末300から無線基地局400へデータを送信するデータ送信部13、から構成され、さらに、通信レベル判別部141、乱数発生部142、RAbit抽出部143、通信設定部311、通信設定切替部312を具備する。
また、基地局400は、無線通信端末等からのデータを受信するデータ受信部41、無線通信端末等にデータを送信するデータ送信部42から構成され、さらに、RAbit発生部431、通信設定部432を具備する。
無線通信端末300において、データ受信部12は、無線基地局から受信したRF信号を復調し、復調された受信データをデコードして通信アプリケーション実行部110に与える。
通信設定部311は、無線通信端末300の電源投入時に無線基地局400との間の通信設定を行う。
ここで、通信設定部311は、既述の通信レベル毎に複数の通信設定を基地局400との間に設定する。
すなわち、図5に示すように、例えば、通信レベル「1」に対応する通信設定として、通信速度変更試験テーブル150より、各段階における通信レベル「1」に対応する閾値αを抽出して、通信設定(1)とする。同様に、通信レベル「2」に対応する通信設定(2)、通信レベル「3」に対応する通信設定(3)・・・と、通信レベルの数だけ無線基地局との間でコンフィギュレーションを行い、その結果得られた複数の通信設定を通信設定切替部312にて保持する。
通信設定切替部312は、通信設定部311で設定された各通信レベル別の通信設定を記憶保持し、通信レベル判定部141より通知される通信レベルに応じて、無線基地局400との間の通信設定を適切な通信設定に切り替える。
一方、無線基地局400において、データ受信部410は、無線通信端末300等からのデータを受信し、データ送信部420は、無線通信端末300等へデータを送信する。
RAbit発生部431は、通信の混雑具合等により通信速度の上げ下げを指示するRAbitを生成する。
通信設定部432は、無線通信端末300の電源投入時に該無線通信端末300との間に複数の通信設定を確立し、記憶保持する。
すなわち、本実施の形態において、無線通信端末300は、電源投入時に無線基地局400との間で通常行われる通信設定の際に、通信レベル毎に各通信速度に最適な閾値αを定義した複数の通信設定を行い、起動する通信アプリケーションの通信レベルに応じて、該通信設定を切り替えて使用する。
図6は、本発明の第二の実施の形態の無線通信端末300の動作を示すフローチャートである。
無線通信端末300は、電源が投入されると、まず、通信設定部311において前述の通信レベル毎の複数の通信設定を基地局400との間で設定する(ステップ3002)。
通信アプリケーション実行部11で通信アプリケーションが起動されると(ステップ3003)、通信レベル判定部141において当該アプリケーションの通信レベルを判別し(ステップ3004)、判別した通信レベルを通信設定切替部312に与える。通信設定切替部312は、通信レベル判定部141より通知された通信レベルに基づいて複数の通信設定より適切なものを選択し(ステップ3005)、この選択された通信設定を用いて無線通信端末300は通信を開始する(ステップ3006)。
無線通信端末300は、無線基地局400からRAbitを受信すると、受信したRAbitが「0」であるか否かを判断する。(ステップ3007)。RAbitが「0」であると判断した場合は(ステップ3007でYES)、現在の通信速度の上限値を一段階上げる方向に動作する。乱数発生部142は、乱数x(0<x<1)を発生して通信設定切替部312に与え(ステップ3008)、通信設定切替部312は、現行の通信設定における現在の通信速度の上限値(通信開始時は9.6kbps)に対応する閾値αと、乱数xとを比較し(ステップ3009)、乱数xが閾値αより小さいと判断した場合は(ステップ3009でYES)、現在の通信速度の上限値を一段上げる(ステップ3010)。一方、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ3011)。
また、RAbitが「1」であると判断した場合は(ステップ3007でNO)、現在の通信速度の上限値を一段下げる方向に動作する。乱数発生部142は、乱数x(0<x<1)を発生して通信設定切替部に与え(ステップ3012)、通信設定部311は、現在の通信速度の上限値と通信レベル判別部141より通知される通信レベルとに対応する閾値α(RAbitが「0」であるときの閾値αと区別するため、図中はα’と記す。)と、乱数xとを比較し(ステップ3013)、乱数xが閾値αよりも小さいと判断した場合は(ステップ3013でYES)、現在の通信速度の上限値を一段下げ(ステップ3013)、乱数xが閾値α以上であると判断した場合は、現在の通信速度の上限値を維持する(ステップ3014)。
以上、第2の実施の形態によれば、電源投入時の通信設定の際に、アプリケーションに応じた複数の通信レベル毎に各通信速度に最適な閾値αを定義した複数の通信設定が設定されるため、通信アプリケーション起動時には該アプリケーションに最適な通信設定を選択するだけで良く、アプリケーション起動時の処理に負荷をかけずに最適な通信環境を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る無線通信端末のブロック構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る通信速度変更試験テーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る無線通信端末の動作フローを示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局のブロック構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る通信速度変更試験テーブルおよび通信設定の一例を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る無線通信端末の動作フローを示す図である。 従来の通信速度変更試験テーブルを示す図である。 従来の無線通信端末の通信速度変更の動作フローを示す図である。
符号の説明
100,300…無線通信端末、200,400…無線基地局、11…通信アプリケーション実行部、12,41…データ受信部、13,42…データ送信部、141…通信レベル判定部、142…乱数発生部、143…RAbit抽出部、144…通信速度設定部、311…通信設定切替部、312,432…通信設定部、431、RAbit発生部

Claims (5)

  1. 予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に、通信アプリケーションに応じた複数の閾値を記憶した記憶手段と、
    通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を前記記憶手段より選択し、該選択した閾値に基づいて、無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする無線通信端末。
  2. 予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に複数の閾値を定義した通信設定を、無線基地局との間で複数設定する設定手段と、
    前記複数の通信設定の中から、起動する通信アプリケーションに応じて前記通信設定を選択し、該選択した通信設定の閾値に基づいて、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とする無線通信端末。
  3. 前記制御手段は、前記通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を前記無線基地局に通知する
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信端末。
  4. 予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に、通信アプリケーションに応じた複数の閾値を記憶し、
    通信アプリケーションを実行する際に、該通信アプリケーションに応じた前記閾値を選択し、該選択した閾値に基づいて、無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御する無線通信方法。
  5. 予め段階的に設定された通信速度の上限値毎に複数の閾値を定義した通信設定を、無線通信端末と無線基地局との間で複数設定し、
    前記複数の通信設定の中から、起動する通信アプリケーションに応じて前記通信設定を選択し、該選択した通信設定の閾値に基づいて、前記無線基地局への上りデータの通信速度の上限値を制御することを特徴とする無線通信方法。
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