JP5210761B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関するものである。

セルラー方式の移動通信システムでは、無線通信装置は、鉄道などの特定経路上や、自動車等による自由経路上を高速に移動する場合、無線基地局を順次ハンドオーバすることにより、通信を維持することが可能となっている。ここで、無線通信装置が高速で移動する場合、使用中の無線チャネルの周波数は、ドップラ効果によってシフトし、そのドップラ周波数は移動速度に比例する。このため、高速移動時に無線基地局間をハンドオーバする場合は、無線通信装置を中心として、現在通信中の無線基地局と、ハンドオーバ先の無線基地局との位置関係が１８０°にある時、すなわち、無線通信装置を介して両方の無線基地局が、無線通信装置の移動方向に直線上に並ぶ時、ドップラ周波数の符号が反転するため、ハンドオーバする際の周波数偏差が最も大きくなる。

ところで、無線通信装置は、一般に、報知チャネルに対する周波数追従性能が、データチャネルに対する周波数追従性能よりも優れており、追従可能な許容周波数偏差は、報知チャネルの方が広くなっている。このため、ハンドオーバ先の無線基地局として、報知チャネルでの周波数追従性能に基づいて、実際のデータチャネルでの周波数追従性能を超えた無線基地局を選んだ場合は、データチャネルを維持することができずに、ハンドオーバに失敗する場合がある。この場合は、改めて報知チャネル等の受信による初期同期処理からやり直して通信を確保することになり、通信効率が著しく低下することになる。

一方、高速移動時のハンドオーバをスムーズに行うものとして、例えば、鉄道等の移動経路が確定している環境下で、ハンドオーバの順序を固定し、移動する無線通信装置の位置情報をＧＰＳや位置センサで取得して、指定されたハンドオーバ順序で無線基地局へのハンドオーバを行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。また、ナビゲーションシステムを使用し、受信電波状態に加えて、移動方向と無線基地局との距離を加味し、受信電波が強く、かつ移動方向に距離が近い無線基地局を選択してハンドオーバを行うようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１６５２５３号公報 特開２００７−２３５５４１号公報 特開２００１−６９５４８号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示のハンドオーバ技術は、鉄道等の移動経路が確定している環境下での使用を前提とするため、自動車等の自由移動を前提とする高速移動手段による使用には適用できない。また、特許文献３に開示のハンドオーバ技術は、ナビゲーションシステムの使用を前提とするため、携帯電話等のナビゲーションシステムとのインターフェースを持たない移動通信システムには適用することができず、新幹線等の高速移動手段による使用には適用できない。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ナビゲーションシステムを用いることなく、高速な自由移動時において、最適なハンドオーバ先無線基地局を選択して、確実にハンドオーバできる無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る無線通信装置の発明は、
無線基地局と通信を行う無線部と、
前記無線部による受信信号に基づいて、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な複数の無線基地局に対する移動速度を算出する移動速度算出部と、
前記移動速度算出部で算出された移動速度に基づいて、前記現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とする前記ハンドオーバ可能な複数の無線基地局の各々に対する相対速度を算出して、各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部の周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出する無線基地局抽出部と、
前記無線基地局抽出部で抽出された前記ハンドオーバ先の無線基地局候補のなかから、前記無線部で受信した受信電界レベルに基づいてハンドオーバ先の無線基地局を決定する無線基地局決定部と、
前記無線基地局決定部で決定された前記ハンドオーバ先の無線基地局にハンドオーバするハンドオーバ実行部と、
を有することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
前記無線基地局決定部は、前記ハンドオーバ先の各無線基地局候補について、対応する前記受信電界レベルと、前記ドップラ周波数と、前記相対速度に基づいて設定される重み係数とに基づいて評価値を演算し、その評価値に基づいて前記ハンドオーバ先の無線基地局を決定することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の無線通信装置において、
前記重み係数は、前記相対速度が遅いほど高くなるように設定し、
前記無線基地局決定部は、前記ハンドオーバ先の各無線基地局候補について、対応する前記受信電界レベルのスコアをＸ_{ＲＳＳＩｎ}、前記ドップラ周波数のスコアをＸ_Ｆｒｎ、前記重み係数をα_ｎとするとき、前記評価値として、Ｄｎ＝α_ｎ・Ｘ_{ＲＳＳＩｎ}＋（１−α_ｎ）Ｘ_Ｆｒｎ、を算出し、前記評価値Ｄｎが最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記移動速度算出部は、前記無線部が報知チャネルを受信する毎に、受信信号の到達遅延時間に基づいて対応する基地局までの距離を算出し、該距離の時間変化に基づいて前記移動速度を算出することを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記無線基地局抽出部は、前記各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部のデータチャネルにおける周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項６に係る無線通信方法の発明は、
無線部による受信信号に基づいて、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な複数の無線基地局に対する移動速度を算出するステップと、
算出された移動速度に基づいて、前記現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とする前記ハンドオーバ可能な複数の無線基地局の各々に対する相対速度を算出して、各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部の周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出するステップと、
抽出された前記ハンドオーバ先の無線基地局候補のなかから、前記無線部で受信した受信電界レベルに基づいてハンドオーバ先の無線基地局を決定するステップと、
前記決定されたハンドオーバ先の無線基地局にハンドオーバするステップと、
を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な無線基地局に対する移動速度を算出して、現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とするハンドオーバ可能な無線基地局に対する相対速度を算出し、その相対速度によるドップラ周波数が、周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出する。そして、抽出されたハンドオーバ先の無線基地局候補のなかから、受信電界レベルに基づいてハンドオーバ先の無線基地局を決定するので、ナビゲーションシステムを用いることなく、高速な自由移動時において、最適なハンドオーバ先無線基地局に確実にハンドオーバすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の要部の概略構成を示す機能ブロック図である。この無線通信装置は、図示しない無線基地局との通信を実行する無線部１と、該無線部１による通信を制御する制御部２と、所要の情報を記憶するメモリ部３とを有する。また、制御部２は、移動速度算出部１１、無線基地局抽出部１２、無線基地局決定部１３およびハンドオーバ実行部１４を有する。

移動速度算出部１１は、通信中の無線基地局から報知チャネルを受信する毎に、当該報知チャネルでの制御情報の到達遅延時間に基づいて、当該通信中無線基地局との間の距離を算出するとともに、他の無線基地局から報知チャネルを受信する毎に、受信した報知チャネルでの制御情報の到達遅延時間に基づいて、他の無線基地局との間の距離を求める。なお、到達遅延時間は、例えば、制御情報に付加された送信タイムスタンプと、該制御情報を受信した際の受信タイムとに基づいて算出する。そして、これら通信中の無線基地局および他の無線基地局に対する各距離Ｌｎの時間変化から、各無線基地局に対する自無線通信装置の移動速度Ｖｎを求めて、これら算出した移動速度Ｖｎを、報知チャネルを受信した時間、無線基地局識別子ＢＳＩＤ、受信電界レベルＲＳＳＩｎとともに、無線基地局情報としてメモリ部３に記録し、その旨を無線基地局１２に通知する。なお、移動速度Ｖｎは、対応する無線基地局に対して、例えば、離れる方向を負、近づく方向を正とする。

無線基地局抽出部１２は、メモリ部３に記憶された最新の無線基地局情報の移動速度Ｖｎに基づいて、通信中無線基地局に対する移動速度Ｖ１を基準とする他の各無線基地局に対する相対速度（絶対値）Ｖｒｎを求め、その相対速度Ｖｒｎからドップラ周波数Ｆｒｎを算出する。このドップラ周波数Ｆｒｎは、ハンドオーバ時に求められる周波数補正量となるので、無線基地局抽出部１２は、算出したドップラ周波数Ｆｒｎと、無線部１のデータチャネルにおけるデータチャネルでの周波数追従性能Ｆｍａｘとを比較して、Ｆｍａｘよりも小さいＦｒｎを持つ無線基地局、すなわち周波数追従性能を満たす無線基地局、を抽出する。この抽出した無線基地局の相対速度Ｖｒｎ、ドップラ周波数Ｆｒｎ、無線基地局識別子ＢＳＩＤは、ハンドオーバ先の無線基地局候補情報としてメモリ部３に記録し、その旨を無線基地局決定部１３に通知する。

無線基地局決定部１３は、メモリ部３に記憶されたハンドオーバ先の各無線基地局候補の受信電界レベルＲＳＳＩｎ、ドップラ周波数Ｆｒｎ、および相対速度Ｖｒｎに対応する重み係数とに基づいて、ハンドオーバ先として最適な無線基地局を選択する。このため、無線基地局決定部１３は、メモリ部３に記憶されている無線基地局候補情報の相対速度Ｖｒｎに基づいて、受信電界レベルＲＳＳＩｎおよびドップラ周波数Ｆｒｎに対する重み係数α_ｎを設定する。ここで、重み係数α_ｎは、図２に示すように、相対速度Ｖｒｎが低速の所定速度ＶＬまでは高い値αＨとし、高速の所定速度ＶＨ以上では低い値αＬとし、相対速度ＶｒｎがＶＬからＶＨに速くなるのに反比例して、αＨからαＬに連続的に減少するように、すなわち、相対速度Ｖｒｎが遅いほど高くなるように、設定する。なお、この重み係数α_ｎは、メモリ部３に予め格納しておく。

また、無線基地局決定部１３は、メモリ部３に記憶されている無線基地局情報から、各無線基地局候補の受信電界レベルＲＳＳＩｎを取得するとともに、メモリ部３に記憶されている無線基地局候補情報から各無線基地局候補のドップラ周波数Ｆｒｎを取得する。そして、各無線基地局候補に対して、取得した受信電界レベルＲＳＳＩｎに対応するスコアＸ_{ＲＳＳＩｎ}およびドップラ周波数Ｆｒｎに対応するスコアＸ_Ｆｒｎと、重み係数α_ｎとを用いて、評価値Ｄｎを、Ｄｎ＝α_ｎ・Ｘ_{ＲＳＳＩｎ}＋（１−α_ｎ）Ｘ_Ｆｒｎ、により算出し、評価値Ｄｎが最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定する。なお、受信電界レベルＲＳＳＩｎおよびドップラ周波数Ｆｒｎにそれぞれ対応する対応するスコアＸ_{ＲＳＳＩｎ}およびドップラ周波数ＸＦｒｎは、予めテーブルとしてメモリ部３に格納しておく。この決定したハンドオーバ先の無線基地局は、メモリ部３に更新しながら記憶する。

ハンドオーバ実行部１４は、例えば、メモリ部３に格納されている自無線通信装置の最新の移動速度Ｖ１が所定値以上の高速になる等のハンドオーバ要因が発生すると、無線基地局決定部１３において決定されてメモリ部３に格納されている最新のハンドオーバ先の無線基地局に対して、プロトコルに規定されるハンドオーバ処理を行う。例えば、無線部１からハンドオーバ先の無線基地局に対してＣＱＩレポート情報を送信し、それを基点として無線部１のハンドオーバを実行する。

このように、本実施の形態では、先ず、移動速度算出部１１において、報知チャネルの受信結果に基づいて、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な無線基地局に対する移動速度を算出する。次に、無線基地局抽出部１２において、現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とするハンドオーバ可能な無線基地局に対する相対速度Ｖｒｎを算出して、相対速度Ｖｒｎによるドップラ周波数Ｆｒｎが、無線部１のデータチャネルにおける周波数追従性能Ｆｍａｘよりも小さい無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出する。その後、抽出されたハンドオーバ先の各無線基地局候補について、無線基地局決定部１３により、相対速度Ｖｒｎが遅い場合は大きくなり、速い場合は小さくなる重み係数α_ｎと、各無線基地局に対応する受信電界レベルＲＳＳＩｎおよびドップラ周波数Ｆｒｎとを用いて評価値Ｄｎを、Ｄｎ＝α_ｎ・Ｘ_{ＲＳＳＩｎ}＋（１−α_ｎ）Ｘ_Ｆｒｎ、により算出し、その評価値Ｄｎが最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定する。

したがって、ハンドオーバ先の無線基地局として、ハンドオーバの際の周波数偏差が小さくて、データチャネルにおける周波数追従性能を満たし、かつ受信電界レベルの高い無線基地局を決定することができるので、例えば、高速な自由移動時において、ハンドオーバ可能な無線基地局が進行方向に位置する場合は、ドップラ周波数の符号が反転する前に、すなわち、現在通信中の無線基地局およびハンドオーバ可能な無線基地局の双方に対して自無線通信装置が近づく状態で、前方の無線基地局を最適なハンドオーバ先として決定して、ハンドオーバ実行部１４により確実にハンドオーバすることができる。これにより、ナビゲーションシステムを用いることなく、ハンドオーバ性能を向上できるとともに、周波数追従性能の低いハードウェアでも高い移動性能を確保することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、無線基地局決定部１３によりハンドオーバ先の無線基地局を決定するにあたっては、既に、周波数追従性能を満たさない無線基地局は、ハンドオーバ先候補から除外されているので、重み係数α_ｎを用いることなく、受信電界レベルの最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定したり、あるいは、重み係数α_ｎを用いて、Ｄｎ＝α_ｎ・Ｘ_{ＲＳＳＩｎ}、を評価値として算出し、その評価値Ｄｎが最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定したりすることもできる。このようすれば、演算処理を軽減でき、ハンドオーバ先をより高速に決定することができる。

本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 ハンドオーバ先候補を決定する際に用いる受信電界レベルおよびドップラ周波数に対知る重み係数の特性図である。

符号の説明

１ 無線部
２ 制御部
３ メモリ部
１１ 移動速度算出部
１２ 無線基地局抽出部
１３ 無線基地局決定部
１４ ハンドオーバ実行部

Claims (6)

1. 無線基地局と通信を行う無線部と、
   前記無線部による受信信号に基づいて、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な複数の無線基地局に対する移動速度を算出する移動速度算出部と、
   前記移動速度算出部で算出された移動速度に基づいて、前記現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とする前記ハンドオーバ可能な複数の無線基地局の各々に対する相対速度を算出して、各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部の周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出する無線基地局抽出部と、
   前記無線基地局抽出部で抽出された前記ハンドオーバ先の無線基地局候補のなかから、前記無線部で受信した受信電界レベルに基づいてハンドオーバ先の無線基地局を決定する無線基地局決定部と、
   前記無線基地局決定部で決定された前記ハンドオーバ先の無線基地局にハンドオーバするハンドオーバ実行部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記無線基地局決定部は、前記ハンドオーバ先の各無線基地局候補について、対応する前記受信電界レベルと、前記ドップラ周波数と、前記相対速度に基づいて設定される重み係数とに基づいて評価値を演算し、その評価値に基づいて前記ハンドオーバ先の無線基地局を決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. 前記重み係数は、前記相対速度が遅いほど高くなるように設定し、
   前記無線基地局決定部は、前記ハンドオーバ先の各無線基地局候補について、対応する前記受信電界レベルのスコアをＸ_{ＲＳＳＩｎ}、前記ドップラ周波数のスコアをＸ_Ｆｒｎ、前記重み係数をα_ｎとするとき、前記評価値として、Ｄｎ＝α_ｎ・Ｘ_{ＲＳＳＩｎ}＋（１−α_ｎ）Ｘ_Ｆｒｎ、を算出し、前記評価値Ｄｎが最も高い無線基地局をハンドオーバ先として決定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記移動速度算出部は、前記無線部が報知チャネルを受信する毎に、受信信号の到達遅延時間に基づいて対応する基地局までの距離を算出し、該距離の時間変化に基づいて前記移動速度を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
5. 前記無線基地局抽出部は、前記各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部のデータチャネルにおける周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
6. 無線部による受信信号に基づいて、現在通信中の無線基地局に対する移動速度およびハンドオーバ可能な複数の無線基地局に対する移動速度を算出するステップと、
   算出された移動速度に基づいて、前記現在通信中の無線基地局に対する移動速度を基準とする前記ハンドオーバ可能な複数の無線基地局の各々に対する相対速度を算出して、各相対速度によるドップラ周波数が、前記無線部の周波数追従性能を満たす無線基地局をハンドオーバ先候補として抽出するステップと、
   抽出された前記ハンドオーバ先の無線基地局候補のなかから、前記無線部で受信した受信電界レベルに基づいてハンドオーバ先の無線基地局を決定するステップと、
   前記決定されたハンドオーバ先の無線基地局にハンドオーバするステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。

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