JP4996732B2 - 移動無線端末装置および基地局探索方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態はネットワークに収容される基地局と無線通信する移動無線端末装置および基地局探索方法に関する。
近年、移動無線通信端末においては、複数の無線システムが搭載されている。複数の無線システム各々に対してサービスエリア検知(以下、エリアサーチ処理)を行うため、移動無線通信端末の低消費電力化が望まれている。その一手法として、移動無線通信端末が基地局のサービスエリア外に位置する場合は基地局を検出できないので、探索周期を段階的に長くすることで、探索頻度を下げて消費電力を低減する手法がある。
しかしながら、このような探索周期を長期化する従来の手法では、移動無線端末装置がサービス圏内に入った際の基地局の検出が遅れ、ユーザの利便性を損なうことがあるという問題がある。
しかしながら、このような探索周期を長期化する従来の手法では、移動無線端末装置がサービス圏内に入った際の基地局の検出が遅れ、ユーザの利便性を損なうことがあるという問題がある。
従来の移動無線端末装置では、消費電力を低減させるために、基地局の探索周期を長期化させると、サービス圏内に入ったことの検出が遅れ、ユーザの利便性を損なうことがあるという課題がある。
本発明の目的はユーザの利便性の低下を極力抑えつつ、基地局の探索に伴う消費電力を低減する移動無線端末装置および基地局探索方法を提供することである。
実施形態によれば、ネットワークに収容される基地局と無線通信する移動無線端末装置において、前記基地局から送信される無線信号を受信して周波数変換し、この周波数変換により得た受信信号に基づいて、前記基地局が送信するビーコンを検出する受信手段と、前記受信手段によるビーコン信号の受信結果に応じて起動され、前記基地局から送信される無線信号を受信し、この無線信号から得た受信信号を復号して、前記基地局の識別情報を取得して前記基地局と通信する通信手段とを具備する。前記受信手段は、受信信号をサンプリングしたサンプリング信号の受信レベルを所定の周期内の受信タイミング毎に累積して受信プロファイルを求める累積手段と、前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを時間軸方向にシフトし、現在の受信プロファイルとの相関が最大となるシフト量を検出する相関演算手段と、前記相関演算手段により検出されたシフト量とデフォルトのシフト量との差が一定量以上である場合、前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを前記デフォルトのシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとの差に応じてビーコンを検出する第1の検出手段と、前記差が一定量以上ではない場合、前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを前記相関演算手段により検出されたシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとの差に応じてビーコンを検出する第2の検出手段とを具備する。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は複数の送信機からのサービスエリアSAが異なっている環境下でも送信機毎の電波を把握、管理するシステムを示す。同期・報知情報送信のため、基地局12から一定周期でビーコンが移動無線通信端末10に送信される。移動無線通信端末10は、このビーコンの周期である一定周期でサーチウィンドウを設け、その周期にて受信信号を累積することにより、ビーコンの位置を特定でき、この位置に基づいて送信機毎の電波を把握、管理することができる。
図2は、一実施形態に係わる移動無線端末装置10の構成を示すものである。この移動無線端末装置10は、ネットワークに収容される基地局(無線LANアクセスポイント)と無線通信する機能を有するものであって、この無線通信に係わる構成として、低消費電力でエリア検知可能な低消費電力無線モジュール100と、消費電力が大きく高速の無線モジュール200と、表示部300と、入力部400と、主制御部500(ホスト CPU)とを備えている。なお、以下の説明では、上記無線通信の方式としては、無線LANを採用する場合を例に挙げて説明するが、無線通信方式はこれに限定されない。
低消費電力無線モジュール(Eco Chip:エコチップ)100は、基地局12から周期的(以下、102.4ms を例に挙げる)に送信されるビーコンを受信して基地局を探索し、基地局をビーコンの受信プロファイルに基づいて管理するものである。すなわち、低消費電力無線モジュール100は、無線LAN信号を受信して、そのうちのビーコンの受信電力レベルと受信タイミングを監視し、その結果、新たな基地局のサービスエリアに移動したことを主制御部500に通知する機能を備えている。
また低消費電力無線モジュール100は、主制御部500が動作していない時(停止もしくは休止)にも自律的に動作可能であり、動作していない主制御部500を起動する機能を備える。
低消費電力無線モジュール100の構成例を図3に示す。低消費電力無線モジュール100は、アナログ信号処理部110と、デジタル信号処理部120とを備える。アナログ信号処理部110は、ローノイズアンプ(LNA)111と、高感度整流回路112と、ベースバンド信号増幅器113と、コンパレータ114とを備える。
ローノイズアンプ(LNA)111は、基地局から受信した無線LAN信号を増幅し、高感度整流回路112に出力する。なお、基地局から送信される無線LAN信号の最大受信感度は、無線モジュール200と同等の感度を想定し、この無線信号を後段の高感度整流回路112に適合するように、ローノイズアンプ111の利得が設定される。
高感度整流回路112は、低消費電力を実現するために、RF周波数における局部発振器を備えず、例えばクロック式バイアス印加形整流回路を備え、ローノイズアンプ111の出力を、ベースバンド信号にダウンコンバートする。
ベースバンド信号増幅器113は、例えば、カレントミラー回路とI-V変換回路(電流/電圧変換回路)を備え、高感度整流回路112の出力を増幅する。
コンパレータ114は、例えば図4に示すように、複数の閾値(Th1、Th2、Th3)が設定可能であるが、出来るだけ多くの基地局からのビーコンを検出することが可能となる様に、例えばTh3のような低い閾値が設定される。なお、このとき、ローノイズアンプ111およびベースバンド信号増幅器113のゲインは、最大に設定する。そして、コンパレータ114は、所定の周期で、設定された閾値でベースバンド信号増幅器113の出力を判定する。すなわち、ベースバンド信号増幅器113の出力が、閾値を超える場合には、Hレベル信号(レベルHigh)を出力し、超えない場合には、Lレベル信号(レベル0)を出力する。
デジタル信号処理部120は、基地局毎のビーコン管理をするために、基地局のビーコン送信周期(102.4ms)をサーチウィンドウとして、コンパレータ114の出力から、ビーコンである可能性の高い信号の受信タイミングを検出する。そのための機能として、入力データ多数決判定部121、累積処理部122、閾値判定部123、ビーコン検出部124と、これらの機能部により使用されるメモリ126を備える。
具体的には、累積処理部122は、図5に示すように、サーチ幅102.4ms(基地局のビーコン送信周期)のサーチウィンドウを1つの受信プロファイルとし、複数の受信プロファイル(a)〜(c)を時間軸で重ね合わせて、同じタイミングで受信した無線LAN信号を加算して、受信プロファイル(d)を得る。このような信号処理は、時間フィルタの役割を果たすので、CSMD/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)を行ったとしても基地局が送信タイミングを変更しないと仮定すると、サーチウィンドウと同一周期で送信されるビーコンだけが同一位置に出現するため加算(累積)される。一方、ランダムに発生する干渉波は、ビーコンに比べて相対的に抑制される。また、周期性が無くバースト的に発生するトラフィックデータは、バースト性を有することにより、サーチウィンドウと同一周期で存在する可能性は低く、ビーコンのように大きく累積加算されることはない。
その結果、累積結果に対して閾値判定すれば、ビーコンをサーチウィンドウ内の位置により判断することができる。閾値判定部123は、このようにして累積加算した受信プロファイル(d)から、閾値Thを超える信号をビーコンとして検出し、その受信タイミングをビーコン検出部124に出力する。
なお、図5に示したように、複数の受信プロファイルを加算することでビーコンを際だたせる手法以外にも、図6に示すように、連続するサーチウィンドウ間で相関を取ることによりビーコンを際だたせる手法もある。これは、時間的に連続する受信プロファイルの同じタイミングのコンパレータ114出力について論理積を求める(実質的に累積する)ことで、Hレベル信号が同じタイミングで連続する信号、すなわちビーコンである可能性の高い信号だけを得る。
具体的には、受信プロファイル(a)と受信プロファイル(b)について、時間軸上で対応する無線LAN信号の論理積を取り、これによりプロファイル論理積(c)を得る。そして、このプロファイル(c)と受信プロファイル(d)について、時間軸上で対応する無線LAN信号の論理積を取り、これによりプロファイル論理積(e)を得る。このプロファイル論理積(e)に現れる上記閾値レベルTh以上の無線LAN信号をビーコンと見なす。
また、上記閾値レベルThは、図5における処理に利用するサンプル数(累積加算数)に応じて、低消費電力無線モジュール100が制御するようにしてもよい。また、上記閾値レベルThは、ビーコンの受信タイミングがずれることによる影響を考慮して決めてもよいつまり、受信タイミングのずれが頻発するような高トラヒックの環境では、Thを小さくし、そうでない場合は、相対的にThを大きくする。
以下、より具体的に、図5および図6に示した処理について説明する。
上述したようにサーチウィンドウを102.4msとし、例えば、サンプリング周期200μsとすると、図7に示すように、サーチウィンドウ内に512サンプリングポジションが存在することになる。図8に示すように、メモリ126は累積処理部122にてビーコン検出に使用される累積メモリ126aと、ビーコン検出部124による新規・消失ビーコン検出に使用される過去・現在サーチ結果リストメモリ126b、126cと、ビーコン検出部124による消失ビーコンの位置把握に利用される消失時間テーブルメモリ126dと、ビーコン検出部124による新規・消失ビーコン検出に使用される検出・消失ビーコン位置メモリ126e、126fと、シャドーウィング追従カウンタメモリ126gを含む。累積メモリ126aは各サンプリングポジションに対応する512個の記憶位置を備える。累積処理部122は、、ポジション1からポジション512までの各サンプリングポジションについて、順次コンパレータ114の出力結果を、図5の場合は累積加算し、図6の場合は論理積をとって、処理結果を累積メモリ126aの各サンプリングポジションに対応する記憶位置に書き込む。
次に、サンプリング誤差について説明する。一般に、32.768kHzクロックの汎用の発振器が流通している。この汎用の発振器をデジタル信号処理部120のクロック発生器として用いることを考える。クロック周波数が、32.768kHz(サンプリング周期:約30.5μs)であると、サーチウィンドウ102.4msに対して、3355(正確には3355.4517…)もの大量のサンプリングポジションが存在し、累積メモリ126aには3355個もの大量の記憶位置が必要となる。
そこで、多数決判定部121は、コンパレータ114の出力を32.768kHzでサンプリングしたのち、そのうちkサンプルのHighの回数をカウントし、Highの回数が閾値以上の場合は1として、閾値以下の場合は0として、kサンプル毎に多数決判定を行い、判定結果を累積処理する。これにより、kサンプルに相当する期間におけるレベル判定結果を1つ出力し、全3355サンプルを1/k個に圧縮でき、累積メモリ126aに必要な記憶位置を3355/k個とすることができる。図9に、k=3とk=7の例を示す。
32.768kHzクロック(図9(a))で、コンパレータ出力(図9(b))をサンプリングし、例えば図9(c)に示すように、多数決判定部121は、k=3として、多数決判定を行う。すると、図9(d)に示すように、累積メモリ126aに必要な記憶位置は、1118個となる。またk=7として、多数決判定を行うと(図9(e))、図9(f)に示すように、累積メモリ126aに必要な記憶位置の個数は、479個となる。クロック周波数が、32.768kHzであると、サーチウィンドウ102.4msに対して、正確には3355.4517…ポジションとなるので、3355ポジションとして処理すると、サンプルポジション数に端数が生じ、サンプリング誤差となる。
図10には、kの値と、累積メモリ126aに必要な記憶位置数、累積メモリ126aへの格納周期(μs)、32.768kHzクロックによりサンプリングした時の102.4ms周期に対するサンプリング誤差(μs)と、1つのサーチウィンドウで破棄する余分となるサンプル数(端数を切り上げ)、10回累積加算を行った場合の(102.4ms×10)周期に対するサンプリング誤差(μs)を示す。
多数決判定部121は、1つのサーチウィンドウ、すなわち全3355ポジションの各サンプルについてk個毎に多数決判定が完了すると、この処理したサーチウィンドウに続く次のサーチウィンドウの各ポジションのサンプルに対して同様の処理を繰り返し行う。
なお、kの値は、必要に応じて、動的に変化させるようにしてもよい。例えば、受信品質(SN比)が低い場合には、kの値を大きくするように制御する。またサンプリング周波数(32.768kHz)をk倍することで、図10と同様の結果が得られる。
累積処理部122は、累積メモリ126aの3355/k個の記憶位置に、多数決判定部121によって求められた判定結果を累積処理する。すなわち、前述したように、例えば、図5に示す例では、(a)、(b)、(c)の結果より、(d)の結果を得て、これを累積メモリ126aに書き込む。一方、図6に示す例では、累積処理部122は、多数決判定部121によって求められる判定結果(a)、(b)、(d)に対して論理積をとって、(e)を累積メモリ126aに書き込む。累積処理部122は予め設定された回数だけ累積処理を繰り返す。累積回数は1から31回を想定しているので、累積メモリ126aは1記憶位置当たり5ビットの演算結果を格納できるようになっている。累積メモリ126aの内容は累積処理部122による処理前、または閾値判定部123の処理後に初期化される。
なお、累積処理部122による累積処理(図5または図6の処理)は、図10に示すサンプリング誤差、及び発振器自体のクロック発振周波数のずれであるクロック誤差等によるビーコンの位置ずれを補正(後述)した後、行うようにしてもよい。またサンプリング誤差の累積を防止するため、累積回数を所定回数に制限するようにしてもよい。すなわち、所定回数毎に累積メモリ126aをクリアしてもよい。これにより、サンプリング誤差の累積を防止する。さらには、この累積処理を、間欠的に実施するようにして、低消費電力無線モジュール100による消費電力を抑制するようにしてもよい。
閾値判定部123は、累積処理によって得られた結果(図5(d)または図6(e))に対して、閾値判定を行って、閾値以上に累積された信号をビーコンとして検出し、これによりビーコンの受信タイミングを検出する。図5(d)に示すように、累積加算方式を採用する場合には、図11に詳細に示すように、累積メモリ126aに累積加算された情報(図11(a))のうち、閾値以上に累積加算された情報の記憶位置に対応する現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)(図11(b))の記憶位置に判定結果“1”を設定する。そのため、現在サーチ結果リストL2(図11(b))の“1”が設定されている記憶位置に対応する期間(例えば、図9の(d)、(f)参照)がビーコンを受信したタイミングとして検出できる。
なお、閾値判定部123は、閾値以上の累積結果が得られるポジションのうち、連続するものについては、同じ1つのビーコンとみなす。すなわち、連続する複数のポジションについては、1つのビーコンの受信タイミングと見なして検出する。
ビーコン検出部124は、過去サーチ結果リストメモリ126bと現在サーチ結果リストメモリ126c内に過去サーチ結果リストL1と、現在サーチ結果リストL2をそれぞれ作成して記憶する。過去サーチ結果リストL1は、ビーコン検出部124が過去に検出した受信タイミングをリスト化したものであり、現在サーチ結果リストL2は、ビーコン検出部124が検出した最新の受信タイミングをリスト化したものである。そして、ビーコン検出部124は、過去サーチ結果リストL1と、現在サーチ結果リストL2に基づいて、移動無線通信端末が新たな基地局のサービスエリアに移動したことを検出する。
なお、ビーコン検出部124は、図10に示した102.4ms周期に対するサンプリング誤差と、発振器毎の周波数誤差(クロック誤差)を保障してからリストL1、L2を比較する。詳細な処理については後述する。
ホスト命令部125は、ビーコン検出部124の検出結果に基づいて、主制御部500に命令を与え、動作していない主制御部500を起動して、無線モジュールを起動させる。
無線モジュール200は、接続可能な基地局を探索して、基地局と無線LAN通信を行う、いわゆるWiFi(登録商標)モジュールであって、主制御部500からの指示によって動作が制御される。無線モジュール200は、低消費電力無線モジュール100と比較して、受信した無線信号をダウンコンバートして復号しデータを得る機能や、データを送信する機能(符号化、変調、無線送信)を備えており、消費電力が高い。
表示部300は、文字や画像など視覚的な情報をユーザに示すものであって、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスを用いて構成される。
入力部400は、複数のキースイッチやタッチパネルなどを用いた入力インタフェースであって、ユーザからの要求を受けつける。
主制御部500は、当該移動無線端末装置の各部を統括して制御するものであって、低消費電力無線モジュール100および無線モジュール200への電源供給をはじめ、これらの動作を制御する機能を備える。なお、主制御部500は、自己(主制御部500)が動作していない状態(停止状態もしくは休止状態)でも、低消費電力無線モジュール100に対して電力を供給して、低消費電力無線モジュール100を動作させることが可能であり、また低消費電力無線モジュール100からの制御により、動作していない状態(停止状態もしくは休止状態)から起動されることが可能である。
また、上記の例では、主制御部500を介して、低消費電力無線モジュール100と無線モジュール200との連携を行う構成としたが、特に主制御部500の機能を低消費電力無線モジュール100または、無線モジュール200に持たせることで、主制御部500を介さずに、低消費電力無線モジュール100と無線モジュール200とが直接連携する構成とすることも可能である。
次に、上記構成の移動無線端末装置の動作について説明する。以下の説明では特に、待ち受け時において、基地局の探索と、無線接続するまでの動作について説明する。図12は、この動作を説明するためのフローチャートであって、低消費電力無線モジュール100、無線モジュール200および主制御部500によって実行される処理を示しており、主制御部500からの指示を低消費電力無線モジュール100が受け付けることで実行される。以下の説明では、コンパレータ114に対するサンプリング周波数が32.768kHzの場合を例に説明する。
なお、図12に示す処理中であっても、入力部400を通じてユーザから接続要求が有った場合には、主制御部500は、無線モジュール200を制御して、接続可能な基地局のSSID(Service Set Identifier)を検出し、そのうち利用可能な基地局で、かつ、最も良好な受信状況の基地局、またはユーザ指定の基地局を検出して無線接続して、通信を開始する。例えば、このような処理を後述するブロック7pで実施する。
また、低消費電力無線モジュール100が図12に示す処理を実行している間、主制御部500は、動作していない状態(停止状態もしくは休止状態)に移行することがある。例えば、入力部400を通じたユーザ操作が行われずに、一定時間以上待ち受け状態が継続した場合などに、低消費電力無線モジュール100が上記処理を開始し、一方、主制御部500は、動作していない状態(停止状態もしくは休止状態)に移行する。ただし、主制御部500は、入力部400を通じたユーザの要求は監視し、ユーザ要求に応じて、停止状態もしくは休止状態から、通常の動作状態に復帰するようにしてもよい。
まず、ブロック7aにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、過去サーチ結果リストL1(メモリ126b)を初期化し、ブロック7bに移行する。
ブロック7bにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)を初期化し、ブロック7cに移行する。
ブロック7cにおいて低消費電力無線モジュール100(アナログ信号処理部110およびデジタル信号処理部120)は、基地局から送信される無線LAN信号を受信して、基地局(ビーコン)を探索(エコチップサーチと称する)し、ブロック7dに移行する。
より具体的には、多数決判定部121が、コンパレータ114の出力をサンプリングし、そのうちk個毎に多数決判定を行って、その期間におけるレベル判定を行う。これにより、3355/k個のポジションについて、レベル判定の結果を得て、これを累積メモリ126aに書き込む。
次に、累積処理部122が、図5あるいは図6に例示したような累積処理を実施する。これにより、累積メモリ126aの3355/k個の記憶位置には、累積処理の結果が記憶される。
続いて、閾値判定部123が、累積処理によって得られた結果(図5(d)または図6(e))に対して、図11に示すような閾値判定を行って、閾値以上に累積された信号をビーコンとして検出し、これによりビーコンの受信タイミングを検出する。
なお、閾値判定部123は、閾値以上の累積結果が得られるポジションのうち、連続するものについては、同じ1つのビーコンとみなす。すなわち、連続する複数のポジションについては、1つのビーコンの受信タイミングと見なした受信プロファイルを生成する。
ブロック7dにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、ブロック7cで求めた受信プロファイル(図5の(d)もしくは図6の(e))で現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)を更新し、ブロック7eに移行する。これにより、現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)は、受信プロファイル(図5の(d)もしくは図6の(e))で示される信号の受信タイミングを記憶する。このとき、回路規模による消費電力を低減するため、受信ビーコン数を記憶するようにしても良い。
ブロック7eにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、受信プロファイル(図5の(d)もしくは図6の(e))を参照し、予め設定した閾値レベルthを超えるビーコンらしき信号が存在するか否かを判定することにより、当該移動無線端末装置がいずれかの基地局が形成するサービスエリア内に位置するか否かを判定する。ここで、当該移動無線端末装置がサービスエリア内に位置すると判定した場合には、ブロック7fに移行し、一方、上記サービスエリア外と判定した場合には、ブロック7iに移行する。
ブロック7fにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、過去サーチ結果リストL1(メモリ126b)と現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)を比較し、ビーコンを検出して、ブロック7gに移行する。例えば図13(a)、(b)、(c)に示すように、過去サーチ結果リストL1(メモリ126b)と現在サーチ結果リストL2(メモリ126c)において、それぞれサーチウィンドウ内のビーコン検出位置、すなわちビーコン受信タイミングを比較し、新規ビーコンを検出する。このとき、上述したように、ビーコン位置(受信タイミング)ではなく、ビーコン数を比較するようにしてもよい。
より具体的に、ブロック7fにおけるビーコン検出部124による比較処理のアルゴリズムについて説明する。まず、ビーコン検出部124は、図10に示したサンプリング誤差と、発振器自体のクロック誤差等に基づくビーコン位置ずれの保障を行う。これは、同じビーコンであっても、サンプリング誤差と発振器自体のクロック誤差等に基づき受信位置がずれることがあるからである。以下、図14、図15を参照してビーコンの受信位置のずれ補償を説明する。図14はメモリ126b、126cに格納されている過去サーチ結果リストL1、現在サーチ結果リストL2に基づく受信プロファイルの偏移を示す図、図15はブロック7fの詳細な処理を示すフローチャートである。上記位置ずれを保障するために、ビーコン検出部124は、以下のような処理を実施する。
サーチウィンドウ102.4msに対する端数、基地局毎のビーコン送信周期の誤差、32.768KHzの発振器毎の誤差の影響で現在サーチと過去サーチとでビーコン検出位置がずれるが、その最大量(進む方向と戻り方向それぞれ)は推定できる。
ビーコン検出部124は、まず、メモリ126bに保持している過去サーチ結果リストL1に基づく受信プロファイル(以下、過去受信プロファイルと称する。図14(a))を、予め推定される進み方向の最大誤差Eだけ、受信タイミングを進めた位置にシフト(左巡回シフト)させ(図15のブロック15a)、このシフトさせた過去受信プロファイル(図14(d))と、メモリ126cに保持している現在サーチ結果リストL2に基づく受信プロファイル(以下、現在受信プロファイルと称する。図14(b))を比較し、各記憶位置毎の両者の論理積の合計を相関値C1として求める(図15のブロック15b)。なお、上記最大誤差Eとは、32.768kHzクロックの発振器自体の周波数誤差から推定される最大誤差と、図10に示した102.4msに対するサンプリング誤差とによって定まる値である。
そしてビーコン検出部124は、過去受信プロファイル(図14(c))を1記憶位置に相当するタイミングT(T=約30μs×k)だけ遅らせた位置にシフト(右巡回シフト)させ(図15のブロック15c)、このシフトさせた過去受信プロファイル(図14(d)、(e)、(f)、(g),(h)、(i))と、現在受信プロファイル(図14(b))を比較して、その相関値Cmを求める処理を、M(=E/T)回繰り返し、相関値C1〜CMを得る(図15のブロック15d、15b、15cの繰り返し)。
そしてビーコン検出部124は、最大の相関値Cmを検出し(図15e)、該最大相関値が得られたシフト量の過去受信プロファイル(ここでは、図14(h))と現在受信プロファイルを比較する(図15のブロック15h)。なおブロック15eで、複数のシフト過去受信プロフィルが最大の相関値を示す場合は、シフト量の小さい方を採用してもよい。このように、ビーコン検出部124は、過去受信プロファイルの受信タイミングを巡回シフトさせながら、現在受信プロファイルとの相関を求め、巡回シフトさせた過去受信プロファイルのうち現在受信プロファイルとの相関が最も高い過去受信プロファイルと、現在受信プロファイルとを比較することで、ビーコン位置ずれを保障する。
しかしながら、ビーコンが存在しない場合や、干渉波が非常に多く存在する場合は、図14に示したビーコン位置ずれ補正ができない、あるいは正しい補正ができないことがある。その結果、後述するシャドーウィング対策として利用するシャドーウィング対策メモリの誤差補正も出来ないことがある。なおここでの誤差とは、例えばクロック誤差及びサンプリング誤差等の誤差を合わせた誤差を指す。
例えば、図16に示すようにビーコンが検知されない環境に変化した場合を一例として説明する。図16(a)に示すように過去サーチ結果リストL1に4記憶位置分のビーコンがあり、現在サーチの結果、ビーコンが全く検知されなかった場合、図14の位置ずれ補正アルゴリズムを適用すると巡回シフトに対する論理積の総和はすべて0となる。同様に、図16(b)に示すように過去サーチ結果リストL1に全くビーコンが存在せず、現在サーチの結果、4記憶位置分のビーコンが検出された場合も巡回シフトに対する論理積の総和はすべて0となる。図14のアルゴリズムは論理積の総和が最大となる時のシフト量のうち、最小のシフト量を過去受信プロファイルの補正量とするため、補正量は0と判定されてしまう。
この場合、シャドーウィング対策部において、シャドーウィング対策部のメモリが1以上に更新されるが、そのメモリに対してビーコンの受信位置ずれ補正が行われなくなってしまうため、同一のビーコンであるにも関わらず別のビーコンとして検知されてしまう可能性がある。
そこで、ビーコンが存在しないときや、比較対象が存在しないときのために、シフト量のデフォルト量を定義し、図14の処理で決定されたシフト量とデフォルト量との差分(絶対値)を求め(図15のブロック15f)、差分がある閾値以上の場合には、図14の処理で決定されたシフト量は使用せずに、デフォルト量を利用してビーコン位置ずれ補償を行う(図15のブロック15g)。例えば、デフォルト量が5とし、所定量を3とすると、図14のアルゴリズムで決定されたシフト量が2以下、9以上の場合、決定されたシフト量ではなくデフォルト量が補正に使われる。図16の場合もシフト量が0とされても、過去受信プロファイルをデフォルト量5だけずらして現在受信プロファイルと比較する。
これにより、例えばビーコンが消失して、巡回シフトに対する論理積の総和がすべて0となった場合には、誤差補正量をデフォルト量として位置ずれ補正することが可能となり、シャドーウィング対策部がビーコンを追従することが可能となる。ここで、誤差補正量のデフォルト量は、統計により求めた値を代入する方法、または誤差量の変化に追従することにより与えることができるものとする。
次に、ビーコン検出処理について具体的に説明する。検出処理には、消失したビーコンを検出する消失ビーコン検出処理P1と、新規のビーコンを検出する新規ビーコン検出処理P2がある。
(消失ビーコン検出処理P1)
図17を参照して、消失ビーコン検出処理P1のアルゴリズムについて説明する。図17(a)は、過去サーチ結果リストL1に基づくビーコンの受信タイミングを示したものであって、図17(b)は、現在サーチ結果リストL2に基づくビーコンの受信タイミングを示したものである。
図17を参照して、消失ビーコン検出処理P1のアルゴリズムについて説明する。図17(a)は、過去サーチ結果リストL1に基づくビーコンの受信タイミングを示したものであって、図17(b)は、現在サーチ結果リストL2に基づくビーコンの受信タイミングを示したものである。
ビーコン検出部124は、両者を比較して、記憶位置“4”のポジションと、記憶位置“6”のポジションで、ビーコンが消失していることを検出する(図17(c))。しかし、記憶位置“4”のポジションのビーコンは、記憶位置“3”のポジションのビーコンと隣接していることから、揺らぎにより、(a)のタイミングにおいて一時的に検出されていた可能性や、(b)のタイミングにおいて一時的に消失した可能性があることより、消失したとはみなさない。一方、記憶位置“6”のポジションのビーコンは、隣接するビーコンが存在しないため、消失したものとして検出する(図17(c))。
一時的に検出されたビーコンや一時的に消失した可能性があるビーコンを消失ビーコンの検出から排除するために、ビーコン検出部124は、ビーコンが消失したポジション(以下、消失ポジションと称する)に対応するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置にカウント値Nを与えて、所定の時間の間は、新規のビーコンが発生しても、新規のビーコンの発生と見なされないように管理する。
具体的には、ブロック7fにおいてビーコン検出部124は、消失ポジションにカウント値Nを設定する。図18に、(a)から(f)まで、シャドーウイング追従カウンタ126gの内容が遷移する様子の一例を示す。図18の波形は受信状況(現在サーチ結果リストL2の判定結果に相当)を示し、波形の下の数字がシャドーウイング追従カウンタ126gの内容を示す。
図18に示す例では、(a)に示す受信状況から、(b)に示す受信状況に遷移した場合には、ビーコン検出部124は、消失ポジションに相当するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置にカウント値N(図18の例では3)を設定する。なお、それ以外の記憶位置には、カウント値0が予め設定されているものとする。
また、ブロック7fにおいてビーコン検出部124は、(b)(あるいは(c)や(d))のように、すでに1以上のカウント値Nが設定されているシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置については、そのカウント値Nをデクリメントする。
ブロック7fにおいて、このような管理を行うことによって、消失ポジションにカウント値Nを与えて、その後、ブロック7fの処理を所定の回数Nだけ行うまで(所定時間が経過するまで)、消失ポジションに相当するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置は1以上のカウント値が設定された“マークされた”状態となる。すなわち、いったん消失ポジションとして扱われると、所定時間の間、消失ポジションと見なされ続けることになる。その間は、現在サーチ結果リストが“1”を示していても新規ビーコンの検出が行われず、図17の記録位置“4”で消失ビーコンを検出することが防止される。
なお、カウント値Nが0にカウントアウトする前(所定時間が経過する前)に、新規のビーコンが発生した場合には、改めてカウント値Nを設定するようにしてもよい。すなわち、さらに所定時間の間、消失ポジションと見なされることになる。
(新規ビーコン検出処理P2)
図19を参照して、新規ビーコン検出処理P2のアルゴリズムについて説明する。図19(a)は、過去サーチ結果リストL1に基づく受信タイミングを示したものであって、図19(b)は、現在サーチ結果リストL2に基づく受信タイミングを示したものである。
図19を参照して、新規ビーコン検出処理P2のアルゴリズムについて説明する。図19(a)は、過去サーチ結果リストL1に基づく受信タイミングを示したものであって、図19(b)は、現在サーチ結果リストL2に基づく受信タイミングを示したものである。
ビーコン検出部124は、両者を比較して、記憶位置“4”のポジションと、記憶位置“6”のポジションに、新たなビーコンの存在を検出する(図19(c))。しかし、記憶位置“4”のポジションのビーコンは、記憶位置“3”のポジションのビーコンと隣接していることから、揺らぎにより、(a)のタイミングにおいて一時的に消失していた可能性や、(b)のタイミングにおいて一時的に検出された可能性があることより、新規のビーコンとはみなさない。一方、記憶位置“6”のポジションのビーコンは、隣接するビーコンが存在しないため、新規のビーコンとして検出する。
そして、ビーコン検出部124は、新規のビーコンのポジションに対応するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置に、図18(b)、(c)、(d)のように、1以上のカウント値Nが設定されていないこと(消失ポジションと見なされてから、一定時間以内ではないこと)を確認する。ここで、1以上のカウント値Nが設定されている(消失ポジションとしてマークされている)場合には、、不安定な新規のビーコンが検出されたと見なし、新規のビーコンとしての検出を取り消す。
一方、ビーコン検出部124は、新規のビーコンのポジションに対応するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置に、カウント値N=0が設定されている場合には、安定した新規のビーコンが検出されたと見なす。
上述の説明は、CSMA/CAに係らずビーコンの送信タイミングは一定と仮定したが、CSMA/CAによりビーコン送信タイミングが変更される場合を以下に説明する。CSMA/CAによりビーコン送信タイミングが既定のタイミングからずれた場合、図12のブロック7fのサーチ結果リスト比較において、同じビーコンにもかかわらず、その受信タイミングがずれる。そのため、前回のスキャンにて検出された位置と異なる位置で同一のビーコンが検出されることがある。これにより、新規ビーコンと誤検知してしまう可能性がある。
これを防止するために、ビーコン検出部124は図18に示すシャドーウイング追従カウンタメモリ126gに消失位置をマークする際、消失ポジションの前後の数ポジションに対応するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置にカウント値Nを与える。図20は消失ポジションの前後の3ポジションに対応するシャドーウイング追従カウンタメモリ126gの記憶位置にカウント値Nを与えた場合を示す。
これにより、CSMA/CAによりビーコン送信タイミングが変更された場合、前回のスキャンにて検出された位置と多少異なる位置で検出されるビーコンは同一ビーコンとみなし、新規ビーコンと誤検知してしまう可能性を排除することができる。この手法によれが、ビーコンが消失し、その後、その消失ビーコンがCSMA/CAにより送信タイミングが変更されて、再び検知された場合にも、適切に対応することが可能となる。カウント値Nと、消失ポジションの前後に延長するポジション数(マージンとも称する)はパラメータとし、調整可能とする。
次に、他の要因によるビーコンの位置ズレ対策を説明する。上述した累積方式では、検知対象であるビーコンの周期を基準にしているため、複数の基地局が存在する場合に、それぞれの基地局のクロック誤差量が異なること、また、CSMA/CAによるビーコン送信タイミングのずれ、ビーコンに含まれる報知情報量の変動により、ビーコンの受信タイミングがずれる場合がある。このずれ量に関しては、累積メモリ126aの1記憶位置分の時間を考慮した設計がなされているが、実環境においては上記した理由によりビーコンの受信タイミングのズレが2記憶位置分の時間以上生じる場合がある。このため、新規ビーコン検出、消失ビーコン検出、無線モジュール200の起動判定にエラーが生じる可能性がある。
そこで、ビーコン検出部124は過去サーチ結果リストL1と現在サーチ結果リストL2を比較する際、図21に示すように受信タイミングが一部でも重なっていた場合には同一のビーコンと見なし、新規・消失ビーコン検出を行わないようにする。これにより、ビーコンの受信期間に長短が生じた場合にも、同一のビーコンを正しく追従することができ、誤検知、未検知を低減することが可能となる。
図12のフローチャートに戻り、ブロック7gにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、ブロック7fの比較結果に基づいて、サービスエリアに変更が生じたかを判定する。すなわち、ビーコンの消失を検出したり、あるいは新規のビーコンを検出したかを判定する。このとき、上述したように、ビーコン数が一致するかしないかを判定してもよい。
ここで、ビーコンの消失を検出したり、あるいは新規のビーコンを検出し、サービスエリアに変更が生じたと推定される場合には、ブロック7hに移行し、一方、サービスエリアに変更が生じていないと推定される(受信タイミングあるいはビーコン数が一致する)場合には、ブロック7cに移行する。
ブロック7hにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、ブロック7fの比較において、新規のビーコンを検出した場合(もしくは、ビーコン数が増えた場合)には、新規のサービスエリアに移動したものとみなして、ブロック7jに移行し、一方、新規のビーコンを検出しない場合には、新規のサービスエリアへの移動はないものとみなして、ブロック7iに移行する。
ブロック7iにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、現在サーチ結果リストL2で、過去サーチ結果リストL1を更新し、ブロック7cに移行する。これにより、過去サーチ結果リストL1は、現在サーチ結果リストL2の受信プロファイル(図5(d)または図6(e))で示される信号の受信タイミングを記憶する。
ブロック7jにおいて低消費電力無線モジュール100(ビーコン検出部124)は、現在サーチ結果リストL2で、過去サーチ結果リストL1を更新し、ブロック7kに移行する。これにより、過去サーチ結果リストL1は、現在サーチ結果リストL2の受信プロファイル(図5(d)または図6(e))で示される信号の受信タイミングを記憶する。ここで、ビーコン検出部124は、ホスト命令部125に対して、通知を行う。
ブロック7kにおいて低消費電力無線モジュール100(ホスト命令部125)は、主制御部500に対して無線モジュール200を起動するように通知し、ブロック7lに移行する。これにより主制御部500は、低消費電力無線モジュール100への電力供給を停止して、低消費電力無線モジュール100の動作を停止させるとともに、無線モジュール200に電力の供給を開始して起動する。
なおここで、主制御部500が動作していない状態(停止状態もしくは休止状態)の場合には、主制御部500は、上記通知を受けると動作する状態となり、上記通知に応動して、低消費電力無線モジュール100を停止させ(電力供給の停止)、代わりに無線モジュール200を起動する。なお、低消費電力無線モジュール100は、主制御部500を介さずに、無線モジュール200を起動すると、自ら動作を停止する構成としてもよい。
ブロック7lにおいて無線モジュール200は、各基地局から送信されるビーコンを受信し、各ビーコンを復号して、ビーコンに含まれるSSID(Service Set Identifier)、すなわち基地局の識別情報を検出する。これにより、当該移動無線端末装置の周辺に位置する基地局が検出され、この検出結果は主制御部500に通知され、ブロック7mに移行する。
ブロック7mにおいて主制御部500は、無線モジュール200から通知されたSSIDに基づいて、利用可能な基地局(例えば、加入しているサービスを提供する基地局)が周辺に存在するか否かを判定する。ここで、利用可能な基地局が周辺に存在する場合には、ブロック7nに移行し、一方、利用可能な基地局が周辺に存在しない場合には、ブロック7oに移行する。
ブロック7nにおいて主制御部500は、ブロック7mで利用可能と判断した基地局のSSIDを表示部300に表示するとともに、このSSIDの基地局に接続してもよいかをユーザに問う表示を行う。そして、主制御部500は、入力部400を通じて、ユーザから接続を許可する旨の入力が行われたか否かを判断する。ここで、ユーザから接続を許可する旨の入力を検出した場合には、ブロック7pに移行し、一方、ユーザから接続を許可する旨の入力を検出しない場合には、ブロック7oに移行する。また、ここで、ユーザの設定により自動接続するようにしておいても良い。
ブロック7oにおいて主制御部500は、無線モジュール200への電力供給を停止して、無線モジュール200の動作を停止させ、代わりに、低消費電力無線モジュール100への電力供給を開始してこれを起動し、ブロック7cに移行する。
なお、ブロック7oに移行した場合、利用可能でないと判断した基地局か、ユーザが接続を許可しない基地局であるため、ブロック7oにてその基地局のSSIDを主制御部500が予め設定した時間だけ記憶し、その時間内に再びブロック7mを実行する場合には、ブロック7mにて、上記記憶されたSSIDに基づいて、利用可能でない基地局と判定するようにしてもよい。また、再び利用できない同一基地局により無線モジュール200が起動されないように、ブロック7jにて、過去サーチ結果リストを更新している。
さらに、主制御部500は、低消費電力無線モジュール100が得た受信プロファイルの累積加算結果と、無線モジュール200が受信したSSIDとに基づいて、上記記憶したSSIDの受信タイミングを検出し、この受信タイミングを低消費電力無線モジュール100に通知する。そして低消費電力無線モジュール100は、後のブロック7cにおいては、主制御部500から通知された受信タイミングを含む所定期間のタイミングについては、サーチを行わないようにしてもよい。これにより、低消費電力無線モジュール100による不要なサーチ期間が抑制され、さらなる低消費電力化を図ることができる。
ブロック7pにおいて主制御部500は、無線モジュール200を制御して、上記利用可能な基地局に接続するように指示する。これに応動して、無線モジュール200は、利用可能な基地局との間で、所定のプロトコルにしたがって無線通信を行い、通信リンクを確立して、当該処理を終了する。
以上のように、上記構成の移動無線端末装置では、受信信号の復号機能を備えず無線モジュール200より消費電力の低い低消費電力無線モジュール100により、ビーコンの受信プロファイル(受信タイミング)を監視し、ビーコンの受信タイミングが変化すると、新しいサービスエリアに移動したものと見なし、動作停止させていた無線モジュール200を起動して、接続可能な基地局を探索し、ユーザ確認後、接続を行うようにしている。また接続可能な基地局が見つからない場合(加入サービス圏外)や、ユーザが接続を拒否する場合は、再び無線モジュール200を停止するようにしている。
したがって、上記構成の移動無線端末装置によれば、待ち受け時においては、無線モジュール200より消費電力の低い低消費電力無線モジュール100が動作するようにしているので、基地局の探索に伴う消費電力が低減できるとともに、サービスエリアの変化(自宅に帰宅、自宅からの移動、ホットスポット内への移動など)を継続的に探索するので、ユーザの利便性の低下を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
その一例として例えば、上記実施の形態では、ビーコン送信周期(102.4ms)をサーチウィンドウとして、このサーチウィンドウ全体を探索するようにしたが、サーチウィンドウ内の一部について探索するようにしてもよい。例えば、コンパレータ114およびビーコン検知部121は、累積処理部121bの累積結果もしくは閾値判定部121cの判定結果に基づいて、ビーコンが予め設定した時間以上受信できないタイミングについては処理を行わないようにしたり、あるいは、ビーコンが予め設定した時間以上受信できたタイミングを含む所定の範囲のタイミングについてのみ処理を行うようにする。これによれば、受信処理を行う時間が短縮できるので、消費電力を抑制することができる。
なお、上記範囲は、累積加算によって生じる誤差の最大量を考慮して決定する。またこのようなサーチ期間の短縮化は、一定時間行った後、サーチウィンドウ全体を探索する処理に復帰させるようにしてもよい。このように定期的に復帰させることで、ユーザが移動しても、新規のサービスエリアに移動したことを検出することができる。
また上記実施の形態では、低消費電力無線モジュール100により、過去サーチ結果リストL1および現在サーチ結果リストL2の記憶と、両者の比較を行うものとして説明したが、これらの処理を主制御部500が行うようにしてもよい。
100…低消費電力無線モジュール、200…無線モジュール、300…表示部、400…入力部、500…主制御部。
Claims (7)
- ネットワークに収容される基地局と無線通信する移動無線端末装置において、
前記基地局から送信される無線信号を受信して周波数変換し、この周波数変換により得た受信信号に基づいて、前記基地局が送信するビーコンを検出する受信手段と、
前記受信手段によるビーコンの検出に応じて起動され、前記基地局から送信される無線信号を受信し、この無線信号から得た受信信号を復号して、前記基地局の識別情報を取得して前記基地局と通信する通信手段と
を具備し、
前記受信手段は、
受信信号をサンプリングしたサンプリング信号の受信レベルを所定の周期内の受信タイミング毎に累積して受信プロファイルを求める累積手段と、
前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを時間軸方向にシフトし、現在の受信プロファイルとの相関が最大となるシフト量を検出する相関演算手段と、
前記相関演算手段により検出されたシフト量とデフォルトのシフト量との差が一定量以上である場合、前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを前記デフォルトのシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとの差に応じてビーコンを検出する第1の検出手段と、
前記差が一定量以上ではない場合、前記累積手段により求められた過去の受信プロファイルを前記相関演算手段により検出されたシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとの差に応じてビーコンを検出する第2の検出手段と、
を具備する移動無線端末装置。 - 前記累積手段は、複数の前記サンプリング信号の受信レベルを多数決により判定し、この判定結果を累積する請求項1記載の移動無線端末装置。
- 前記第1及び第2の検出手段は、ビーコンが消失した受信タイミングを検出した場合に、該検出から所定時間、前記消失した受信タイミング及び当該タイミングの前後の所定数の受信タイミングにおいて前記シフトプロファイルと前記現在の受信プロファイルとの間に差があっても新たなビーコンとして検出しない請求項1記載の移動無線端末装置。
- 前記第1及び第2の検出手段は、前記消失した受信タイミングを検出してから所定時間、前記消失した受信タイミング及び当該タイミングの前後の所定数の受信タイミングにおいて新たなビーコンを検出した場合には、前記新たなビーコンを検出してからさらに所定時間、前記消失した受信タイミング及び当該タイミングの前後の所定数の受信タイミングにおいて前記シフトプロファイルと前記現在の受信プロファイルとの間で差を検出しても新たなビーコンとして検出しない請求項3記載の移動無線端末装置。
- 前記通信手段の動作中は、前記受信手段の動作を停止させる制御手段をさらに具備する請求項1記載の移動無線端末装置。
- 前記第1及び第2の検出手段は、前記シフトプロファイルから判断されたビーコンと前記現在の受信プロファイルから判断されたビーコンとが少なくとも1つの受信タイミングにおいて重なっている場合は、前記シフトプロファイルと前記現在の受信プロファイルとの間で差を検出しても新たなビーコンとして検出しない請求項1記載の移動無線端末装置。
- ネットワークに収容される基地局と無線通信する移動無線端末装置の基地局探索方法において、
前記基地局から送信される無線信号を受信する受信手段を制御して、この無線信号から得た受信信号に基づいて、前記基地局が送信するビーコンを検出し、
前記ビーコンの受信結果に応じて、前記基地局と無線通信する通信手段を起動して、この通信手段により、前記基地局から送信される無線信号を受信し、この無線信号から得た受信信号を復号して、前記基地局の識別情報を取得して前記基地局と通信することを具備し、
前記受信することは、
受信信号をサンプリングしたサンプリング信号の受信レベルを所定の周期内の受信タイミング毎に累積して受信プロファイルを求め、
過去の受信プロファイルを時間軸方向にシフトし、現在の受信プロファイルとの相関が最大となるシフト量を検出し、
前記検出されたシフト量とデフォルトのシフト量との差が一定量以上である場合、過去の受信プロファイルを前記デフォルトのシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとを比較することによりビーコンを検出し、
前記差が一定量以上ではない場合、過去の受信プロファイルを前記検出されたシフト量だけ時間軸方向にシフトしたシフトプロファイルと現在の受信プロファイルとを比較してビーコンを検出する基地局探索方法。
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