JP5156451B2

JP5156451B2 - 広域移動通信システムにおけるスロット数に基づいて移動状態を判定する携帯端末、プログラム及び方法

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Publication number: JP5156451B2
Application number: JP2008082607A
Authority: JP
Inventors: 理一郎流田; 晴紀泉川; 洋司岸
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP2009239579A

Description

本発明は、広域移動通信システムの通信インタフェースを有し、移動状態（高速移動状態／静止・低速移動状態）を判定する機能を有する携帯端末、プログラム及び方法に関する。

近年、携帯電話機のような携帯端末として、広域移動通信システムと共に狭域高速通信システムも用いることができる機種が開発されてきている。広域移動通信システムとしては、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)のようなセルラ通信システムがある。また、狭域高速通信システムとしては、ＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)通信システムがある。このような携帯端末は、広域をカバーするセルラ通信システムによって通信し、ホットスポットエリア内では、高速に通信するＷＬＡＮ通信システムに切り替えることができる。

このような機能を備えた携帯端末は、セルラ通信システムで通信している際に、ＷＬＡＮ通信システムにおけるアクセスポイント(Access Point)からの電波を一時的に発見した場合、直ぐにＷＡＮ通信システムへ切り替えようとする。しかしながら、その携帯端末が高速に移動している場合、ＷＬＡＮのホットスポットエリアが狭域であるために、直ぐに再びセルラ通信システムへ切り替えなければならない。一般的に、通信システムを切り替える際には、通信断が発生し且つ複雑な制御が起動するために、頻繁な通信システムの切り替えは好ましくない。

また、携帯端末は、定期的に、ＷＬＡＮのアクセスポイントをセンシング（検出）する必要がある。センシング間の時間間隔が長い場合、ホットスポットエリアに進入しても直ぐに検出できず、直ぐにＷＬＡＮ通信システムに切り替えることができない。逆に、センシング間の時間間隔が短い場合、センシングによる消費電力が増大することなる。携帯端末における消費電力の増大は、バッテリ持続時間の観点から重要な問題となる。

従って、高速移動時には直ぐにＷＬＡＮ通信システムへ切り替えず、静止・低速移動時には直ぐにＷＬＡＮ通信システムに切り替えることが好ましい。このためには、携帯端末自身が、移動速度を検出することができる必要がある。

図１は、複数の通信システム及び携帯端末を有するシステム構成図である。

図１によれば、セルラ通信システムとＷＬＡＮ通信システムが混在する環境を想定している。セルラ基地局２がカバーするセルラ通信エリア内に、ＷＬＡＮのアクセスポイント３がカバーする複数のホットスポットエリアが含まれている。携帯端末１は、セルラ基地局２と通信可能なセルラ通信インタフェースと、アクセスポイントと通信可能なＷＬＡＮ通信インタフェースとを有する。セルラ通信システムを用いて通信している際に、携帯端末が、「静止・低速移動状態」であれば、ＷＬＡＮ通信システムへハンドオーバすることは有効である。しかし、「高速移動状態」であれば、ホットスポットエリアが狭域であるために、直ぐに再びセルラ通信システムへ切り替えなければならなくなる。

従って、携帯端末自身が、「高速移動状態」である判断したときは、ＷＬＡＮ通信システムへ切り替えないように制御することが好ましい。携帯端末自身が、「静止・低速移動状態」と判断すれば、ＷＬＡＮ通信システムへハンドオーバし、「高速移動状態」と判断すれば、セルラ通信システムを維持することができる。

携帯端末自身が移動状態を検出するために、ドップラ効果による周波数偏移又はフェージング変動を検出し、複数の基地局との相対速度を推定することによって、携帯端末自身で移動速度を検出する技術がある（例えば特許文献１参照）。また、携帯端末が、内蔵する加速度センサを用いて、移動速度を測定し、ＰＨＳへのハンドオーバの判断基準とする技術もある（例えば特許文献２参照）。一方で、移動速度を導出することなく、携帯端末に振動センサを内蔵して、移動状態を判定する技術もある（例えば特許文献３及び４参照）。

特開２００４−１０４２２３号公報特開平１０−２９０４７４号公報特開２００７−３１２３０５号公報特開２００８−０５３９８８号公報

頻繁な通信システムの切り替えを抑制するために、携帯端末が、「静止・低速移動状態」にある時にのみ、ＷＬＡＮ通信システムへの切り替えを許可すること好ましい。また、効率的にＷＬＡＮのホットスポットエリアを発見するためには、携帯端末が、「静止・低速移動状態」にある時に、ＷＬＡＮのアクセスポイントのセンシングを開始することが好ましい。

特許文献１に記載された技術によれば、ドップラ効果による周波数偏移を、携帯端末内部で非常に厳密に検出する必要がある。しかしながら、数百ＭＨｚの搬送波周波数に対して、高々数十〜数百Ｈｚの周波数偏移を厳密に検出することは、非常に困難である。また、ドップラ効果によるフェージング変動の検出については、無線通信部からの伝送路インパルス応答を抽出して観測し続ける必要がある。そのためには、既存の携帯端末における無線通信部の内部構造を変更する必要がある。

特許文献２、３及び４に記載された技術によれば、携帯端末が、加速度センサ又は振動センサを内蔵する必要がある。また、このような加速度センサ又は振動センサを動作させ続けることは、消費電力の増大にもつながる。

従って、本発明は、携帯端末の内部構造を変更することなく、且つ、消費電力を増大させることなく、当該携帯端末の「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定することができる携帯端末、プログラム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末において、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する設定スロット数記憶手段と、
設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出するスロット比率算出手段と、
スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する移動状態判定手段と
を有することを特徴とする。

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、広域移動通信システムは、セルラ通信システムであって、変調方式及び／又は符号化率を適応的に選択可能であることも好ましい。

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、広域移動通信システムは、ハイブリッドＡＲＱ(Automatic Repeat reQuest)を適用したものであることも好ましい。

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
狭域高速通信システムに対応した狭域高速通信インタフェースと、
移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、狭域高速通信インタフェースが起動しないように制御する狭域高速通信インタフェース起動制御手段と
を更に有することも好ましい。

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
狭域高速通信システムは、ＷＬＡＮ通信システムであり、
狭域高速通信インタフェース起動制御手段は、移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、狭域高速通信インタフェースがアクセスポイントのセンシングを開始しないように更に制御することも好ましい。

本発明によれば、１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する設定スロット数記憶手段と、
設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出するスロット比率算出手段と、
スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する移動状態判定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明の携帯端末用のプログラムにおける他の実施形態によれば、
携帯端末は、狭域高速通信システムに対応した狭域高速通信インタフェースを更に有し、
移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、狭域高速通信インタフェースが起動しないように制御する狭域高速通信インタフェース起動制御手段としてコンピュータを更に機能させることも好ましい。

本発明によれば、１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末の移動判定方法において、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する第１のステップと、
設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出する第２のステップと、
スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する第３のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、設定スロット数と平均使用スロット数とを比較するだけであるので、携帯端末の内部構造を変更することなく、且つ、消費電力を増大させることなく、当該携帯端末の「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定することができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図２は、無線通信品質の変動に対する使用スロット数の変動を表す説明図である。

セルラ通信システムのような広域移動通信システムによれば、１パケットを復号するためのスロット数が、無線通信品質に応じて適応的に変化する。また、下りリンクの伝送レートに応じて、設定スロット数（例えば４）を予め割り当てることができる。

図２（ａ）は、携帯端末が「静止・低速移動状態」である場合における、無線通信品質の変動を表す。ここでは、無線通信品質はほぼ一定であって、ほとんど変動していない。このような場合、伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数４の全てを使って、１パケットが復号できる。

図２（ｂ）は、携帯端末が「高速移動状態」である場合における、無線通信品質の変動を表す。ここでは、無線通信品質は、大きく変動している。ある時点では、無線通信品質が悪化しているが、次の時点では、無線通信品質が良好になる。無線通信品質が悪化した時点では、設定スロット数４の全てを用いても復号できず、パケットが破棄される。一方で、無線通信品質が良好になった時点では、１パケットが、設定スロット数よりも少ないスロット数で復号できる。このような場合、平均的に、伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数４よりも少ない数（例えば３）で、１パケットが復号できる。

このような無線通信品質の変動による効果は、ハイブリッドＡＲＱを適用したセルラ通信システムでは特に著しい。ハイブリッドＡＲＱとは、一連のデータをブロックに分割して送信し、受信側でエラーを生じたブロックについて、再送信させるエラー訂正技術である。このとき、受信側で保存していた過去の受信信号もあわせて用いることによって、再送時の受信成功率を高めることができる。

図３は、本発明における携帯端末の機能構成図である。

携帯端末１は、セルラ通信インタフェース部１０と、ＷＬＡＮ通信インタフェース部１１と、設定スロット数記憶部１２と、平均使用スロット数記憶部１３と、スロット比率算出部１４と、移動状態判定部１５と、ＷＬＡＮ起動制御部１６とを有する。設定スロット数記憶部１２と、スロット比率算出部１４と、移動状態判定部１５と、ＷＬＡＮ起動制御部１６とは、携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現できる。

セルラ通信インタフェース部１０は、広域移動通信インタフェースであって、セルラ基地局２と通信する。広域移動通信システムは、１パケットを復号するためのスロット数が、無線通信品質に応じて適応的に変化するものである。具体的には、伝送レート及び無線通信品質に応じて、変調方式及び／又は符号化率を適応的に選択可能である。また、広域移動通信システムは、ハイブリッドＡＲＱを適用したものであることも好ましい。

ＷＬＡＮ通信インタフェース部１１は、狭域高速移動通信インタフェースであって、アクセスポイント３と通信する。

設定スロット数記憶部１２は、伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する。

スロット比率算出部１４は、設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出する。

移動状態判定部１５は、スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する。具体的には、スロット比率が所定閾値率を越えている場合、携帯端末は「静止・低速移動状態」であると判定し、スロット比率が所定閾値率以下となっている場合、携帯端末は「高速移動状態」であると判定する。

ＷＬＡＮ起動制御部１６は、移動状態判定部１５によって「高速移動状態」と判定された際に、ＷＬＡＮ通信インタフェース部１１が起動しないように制御し、ＷＬＡＮ通信インタフェース部１１がアクセスポイントのセンシングを開始しないように制御する。

図４は、本発明における携帯端末のフローチャートである。

（Ｓ４０１）携帯端末は、セルラ通信システムを用いて、セルラ基地局から下りのパイロットチャネルを受信し、無線通信品質を測定する。
（Ｓ４０２）携帯端末は、測定された無線通信品質に基づいて、最適な伝送レートを決定する。決定された伝送レートは、セルラ基地局へ通知される。
（Ｓ４０３）セルラ基地局は、通知された伝送レートに基づいて、携帯端末毎に、１パケットを復号するための設定スロット数を決定する。決定された設定スロット数は、携帯端末へ通知される。携帯端末は、その設定スロット数を、一定時間、記憶する。

（Ｓ４０４）携帯端末は、セルラ基地局から、伝送レートに応じたデータスロットを順に受信する。このとき、セルラ基地局は、パケットが誤り無く正常受信されるまで、データスロットの送信を繰り返す。携帯端末は、セルラ通信インタフェース部の診断ポートを介して、携帯端末で正常受信されるまでに要した１パケットあたりの使用スロット数を測定する。
（Ｓ４０５）携帯端末は、測定した使用スロット数を用いて、平均使用スロット数を逐次更新していく。

（Ｓ４０６）携帯端末は、設定スロット数に対する平均使用スロット数のスロット比率を算出する。
（Ｓ４０７）そして、携帯端末は、スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する。具体的には、スロット比率が、所定閾値比率以下となった場合、「高速移動状態」であると判定する。「高速移動状態」と判定された場合、ＷＬＡＮ通信インタフェースが起動しないように制御し、処理を終了する。「高速移動状態」の場合、アクセスポイントをセンシングすることもないので、携帯端末の消費電力の観点から好ましい。

（Ｓ４０８）「静止・低速移動状態」と判定された場合、携帯端末は、ＷＬＡＮ通信インタフェースを起動し、アクセスポイントのセンシングを開始する。アクセスポイントの発見に失敗した場合、処理を終了する。尚、このとき、「高速移動状態」へ移行するか、又は、一定時間が経過するまで、アクセスポイントのセンシングを実行しない。
（Ｓ４０９）アクセスポイントの発見に成功した場合、ＷＬＡＮ通信システムへハンドオーバする。

図５は、設定スロット数に対する平均使用スロット数を表すグラフである。

図５によれば、縦軸にスロット数を表し、横軸に時間経過を表す。時刻ｔ_０〜ｔ_２は、１パケットを復号するための設定スロット数が「４」であり、その後、伝送レートの変更によって、時刻ｔ_２〜ｔ_３は、設定スロット数が「２」となっている。また、図５によれば、所定閾値率は７５％に設定されている。時刻ｔ_０〜ｔ_２の設定スロット数「４」に対して、閾値率に基づくスロット数は「３」であり、時刻ｔ_２〜ｔ_３の設定スロット数「２」に対して、閾値率に基づくスロット数は「１．５」である。

［時刻ｔ_０〜ｔ_１］スロット比率が閾値率（スロット数３）を越えているため、携帯端末は、「静止・低速移動状態」であると判定する。このとき、ＷＬＡＮ通信インタフェースを起動し、ＷＬＡＮ通信システムを発見するように動作する。

［時刻ｔ_１〜ｔ_２］スロット比率が閾値率（スロット数３）以下となっているため、携帯端末は、「高速移動状態」であると判定する。このとき、ＷＬＡＮ通信インタフェースを起動しないように制御される。

［時刻ｔ_２］このとき、伝送レートが変更された。１パケットを復号するための設定スロット数が「２」に変更された。

［時刻ｔ_２〜ｔ_３］スロット比率が閾値率（スロット数１．５）以下となっているため、携帯端末は、「高速移動状態」であると判定する。このとき、ＷＬＡＮ通信インタフェースを起動しないように制御される。

前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

複数の通信システム及び携帯端末を有するシステム構成図である。無線通信品質の変動に対する使用スロット数の変動を表す説明図である。本発明における携帯端末の機能構成図である。本発明における携帯端末のフローチャートである。設定スロット数に対する平均使用スロット数を表すグラフである。

符号の説明

１携帯端末
１０セルラ通信インタフェース部
１１ＷＬＡＮ通信インタフェース部
１２設定スロット数記憶部
１３平均使用スロット数記憶部
１４スロット比率算出部
１５移動状態判定部
１６ＷＬＡＮ起動制御部
２セルラ基地局
３アクセスポイント

Claims

１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末において、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する設定スロット数記憶手段と、
前記設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出するスロット比率算出手段と、
前記スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する移動状態判定手段と
を有することを特徴とする携帯端末。
前記広域移動通信システムは、セルラ通信システムであって、変調方式及び／又は符号化率を適応的に選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。
前記広域移動通信システムは、ハイブリッドＡＲＱ(Automatic Repeat reQuest)を適用したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯端末。
狭域高速通信システムに対応した狭域高速通信インタフェースと、
前記移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、前記狭域高速通信インタフェースが起動しないように制御する狭域高速通信インタフェース起動制御手段と
を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の携帯端末。
前記狭域高速通信システムは、ＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)通信システムであり、
前記狭域高速通信インタフェース起動制御手段は、前記移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、前記狭域高速通信インタフェースがアクセスポイントのセンシングを開始しないように更に制御することを特徴とする請求項４に記載の携帯端末。
１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する設定スロット数記憶手段と、
前記設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出するスロット比率算出手段と、
前記スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する移動状態判定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする携帯端末用のプログラム。
前記携帯端末は、狭域高速通信システムに対応した狭域高速通信インタフェースを更に有し、
前記移動状態判定手段によって「高速移動状態」と判定された際に、前記狭域高速通信インタフェースが起動しないように制御する狭域高速通信インタフェース起動制御手段としてコンピュータを更に機能させることを特徴とする請求項６に記載の携帯端末用のプログラム。
１パケットを復号するためのスロット数が無線通信品質に応じて適応的に変化する広域移動通信システムに対応した、広域移動通信インタフェースを有する携帯端末の移動判定方法において、
伝送レートに応じて予め割り当てられた設定スロット数を記憶する第１のステップと、
前記設定スロット数に対する、実際の通信で１パケットの復号に使用された平均使用スロット数のスロット比率を算出する第２のステップと、
前記スロット比率に応じて、「高速移動状態」又は「静止・低速移動状態」を判定する第３のステップと
を有することを特徴とする携帯端末の移動判定方法。