JP5226586B2

JP5226586B2 - 無線通信端末および通信方式選択方法

Info

Publication number: JP5226586B2
Application number: JP2009087336A
Authority: JP
Inventors: 浩輔山▲崎▼; 一生菅野
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: US20100248646A1; US8385842B2; JP2010239548A

Description

本発明は、複数の通信方式を選択可能な無線通信端末および最適な通信方式を選択する通信方式選択方法に関する。

同一端末で複数の無線通信方式を選択可能なマルチモード対応端末が知られている。マルチモード対応端末を用いれば、無線通信システムの異なる地域においても同一の端末で通信が可能となり、複数の無線通信システムが混在する地域においては、より最適なシステムに乗り換えて通信することもできる。

たとえば、特許文献１記載のマルチモード無線通信装置は、通信方式を選択する際に、通信方式の切り替えに必要な切替電力および各通信方式で通信した場合の消費電力を参照している。これらの切替電力および消費電力の数値は別途設けられた記憶部にあらかじめ係数として保持されている。この消費電力の数値は、単位時間あたりの消費電力として保持され、通信時間を乗算した値が評価値として利用される。

また、特許文献２記載の通信端末装置は、同様に通信方式を切り替える際に電力値管理テーブルにおいて詳細に管理した消費電力情報を利用している。電力値管理テーブルでは待ち受け時の電力、音声通話時の電力、パケット通信時の通信速度と電力、送信電力制御時のＲＦ部の電力、間欠受信時のＲＦ部およびベースバンド部の電力、ならびに音声符号化に伴う電力などを管理する。これらから、状況に応じて最も省電力な通信方式を選択している。

特開２００７−１１６６７２号公報特開２００８−１１４５２号公報

上記の特許文献に記載された技術を用いることにより各段階において最も省電力な通信方式を選択することが可能である。しかしながら、従来技術には各通信方式で実現されうるデータレートに関する評価値が無く、選択された通信方式が省電力であっても性能面で要求を満していない場合がある。また、電池残量に対する情報を考慮していないため、電源が豊富であり消費電力が増大したとしても高いデータレートを適用すべき場合などに対応できない。

マルチモード対応端末において最適な無線通信方式を選択する場合、各無線通信方式を使用した際の消費電力だけでなくデータレートも重要な指標となる。たとえば、高周波数帯において広帯域を確保することにより高速な無線通信が可能であるが、消費電力が極端に増大することは好ましくない。一方でデータレートを下げることで消費電力を低減できるが、必要なデータレート自体を確保できず、サービス自体が破綻するか非常に長時間の通信が強いられ最終的な消費電力が増大する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、残電力や通信履歴に応じて決まる水準のデータレートの維持を図りつつ消費電力が小さい無線通信方式を選択することができる無線通信端末および通信方式選択方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の無線通信端末は、複数の通信方式を選択可能な無線通信端末であって、満たすべきデータレートとして、残電力および通信履歴に応じて要求データレートを算出する要求データレート算出部と、測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとを比較して通信方式を選択する通信方式選択部と、を備えることを特徴としている。

このように、本発明の無線通信端末は残電力に応じて要求データレートを算出する。これにより、残電力や通信履歴に応じて決まる水準のデータレートの維持を図りつつ消費電力が小さい無線通信方式を選択することができる。たとえば、電池残量が多い場合には高いデータレートの通信方式を、電池残量が少ない場合には低いデータレートの通信方式を適応的に使い分けることができる。

（２）また、本発明の無線通信端末は、前記要求データレート算出部は、残電力の増加関数として要求データレートを算出することを特徴としている。これにより、残電力が減少すると要求データレートも減少し、消費電力の低い通信方式の選択が可能となる。

（３）また、本発明の無線通信端末は、前記通信方式選択部が、前記測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートのうち、前記算出された要求データレート以上のデータレートの通信方式がある場合には、その中から通信方式を選択することを特徴としている。これにより、まず、データレートが要求データレートを満たしているか否かを判定し、要求データレートを満たす通信方式を優先的に選択することができる。

（４）また、本発明の無線通信端末は、前記通信方式選択部が、前記測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとの比較により、唯一の通信方式が決まらない場合には、通信量あたりの消費電力を基準に通信方式を選択することを特徴としている。これにより、通信量あたりの消費電力を基準に通信方式を絞り込むことができ、要求されるデータレートをできるだけ確保しつつ省電力化を進めることができる。

（５）また、本発明の無線通信端末は、前記要求データレート算出部が、ユーザの通信履歴により得られるデータレートの累積確率分布を用いて、所定の累積確率におけるデータレートを参照して要求データレートを算出することを特徴としている。これにより、ユーザの履歴を参照して適切な要求データレートを調整でき、各ユーザに応じた通信方式の選択を可能にする。

（６）また、本発明の無線通信端末は、前記要求データレート算出部が、ユーザの通信履歴に応じて設定される基本データレートと残電力の増加関数である安全係数との積として、前記要求データレートを算出することを特徴としている。これにより、通信履歴と残電力のそれぞれに応じて要求データレートを算出することができる。

（７）また、本発明の通信方式選択方法は、最適な通信方式を選択する通信方式選択方法であって、満たすべきデータレートとして、残電力および通信履歴に応じて要求データレートを算出するステップと、測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとを比較して通信方式を選択するステップと、を含むことを特徴としている。これにより、残電力や通信履歴に応じて決まる水準のデータレートの維持を図りつつ消費電力が小さい無線通信方式を選択することができる。

本発明によれば、残電力や通信履歴に応じて決まる水準のデータレートの維持を図りつつ消費電力が小さい無線通信方式を選択することができる。

本発明の無線通信端末の構成を示すブロック図である。本発明の無線通信端末の動作を示すフローチャートである。通信品質に対するデータレートおよび消費電力を示すテーブルである。データレートと累積確率との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（無線通信端末の構成）
図１は、無線通信端末１００の構成を示すブロック図である。無線通信端末１００は、複数の通信方式を選択可能ないわゆるマルチモード対応端末である。図１に示すように、無線通信端末１００は、残電力検知部１１０、要求データレート算出部１２０、通信履歴管理部１３０、通信品質測定部１４０および通信方式選択部１５０を備えている。

残電力検知部１１０は、要求データレート算出部１２０の要求を受けて残電力を検知し、残電力比率Ｂ（ｔ）を算出する。そして、要求データレート算出部１２０に残電力比率Ｂ（ｔ）を通知する。残電力比率Ｂ（ｔ）は、無線通信端末１００の１００％充電時の残電力に対する残電力の検出値の比率である。

要求データレート算出部１２０は、無線通信端末１００が満たすべきデータレートとして、残電力比率Ｂ（ｔ）および通信履歴に応じて要求データレートＤＲｒｅｑ（ｔ）を算出する。その際には、残電力比率Ｂ（ｔ）の増加関数として要求データレートを算出する。これにより、残電力が減少すると要求データレートも減少し、消費電力の低い通信方式の選択が可能となる。

また、要求データレート算出部１２０は、たとえばユーザの通信履歴に応じて設定される基本データレートＤＲｂａｓｅｄ（ｔ）と残電力の増加関数である安全係数ＳＦ（ｔ）との積として、要求データレートを算出できる。通信履歴管理部１３０に基本データレートを通知するよう要求し、残電力検知部１１０に残電力比率Ｂ（ｔ）を通知するよう要求し、通知された基本データレートおよび残電力比率Ｂ（ｔ）を用いて要求データレートＤＲｒｅｑ（ｔ）を算出する。要求データレートの具体例については後述する。なお、安全係数ＳＦ（ｔ）は１以上の値をとる。

通信履歴管理部１３０は、ユーザの通信履歴を管理し、これまでに利用されたデータレートに基づいて補正された基本データレート（ＤＲｂａｓｅｄ（ｔ））を通知する。ユーザの通信履歴には、データレートの累積確率分布等が挙げられる。データレートの累積確率分布については、通信履歴を利用する例として後述する。

通信品質測定部１４０は、各通信方式の通信品質を測定する。そして、通信方式選択部１５０から要求があったときには、通信方式選択部１５０へ通信品質を通知する。通信品質の指標には、ＲＳＳＩやＣＩＮＲ等がある。

通信方式選択部１５０は、測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと算出された要求データレートとを比較して通信方式を選択する。すなわち測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートのうち、算出された要求データレート以上のデータレートの通信方式がある場合には、その中から通信方式を選択する。通信方式選択部１５０は、算出された要求データレート以上のデータレートの通信方式がない場合には、すべての通信方式の中から通信方式を選択する。これにより、まず、データレートが要求データレートを満たしているか否かを判定し、要求データレートを満たす通信方式を優先的に選択することができる。

要求データレートとの比較により通信方式が一つに決まらなかった場合、通信方式選択部１５０は、周辺の電波状況を確認するため、各通信方式について通信品質の通知を通信品質測定部１４０に要求する。そして、通信方式選択部１５０は、通知された通信品質に基づいて、要求データレートを満たす通信方式のうち、最も省電力な通信方式を選択する。

このように、測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと算出された要求データレートとの比較により、唯一の通信方式が決まらない場合には、各通信方式の通信量あたりの消費電力を基準に通信方式を選択する。これにより、通信量あたりの消費電力を基準に通信方式を絞り込むことができ、要求されるデータレートをできるだけ確保しつつ省電力化を進めることができる。

（無線通信端末の動作）
次に、上記のように構成された無線通信端末１００の動作を説明する。図２は、無線通信端末１００の動作を示すフローチャートである。まず、通信方式の選択要求が発生する（ステップＳ１）。これは定期的なタイマであっても良く、現在提供されているデータレートと実際に使われているデータレートの乖離に対して設定された閾値を超えた場合などにしても良い。以下、時刻ｔにおいて通信方式選択の要求が発生したものとして説明する。

次に、残電力比率Ｂ（ｔ）を算出する（ステップＳ２）。安定した電源供給がある場合には残電力比率Ｂ（ｔ）が１００％となる。そして、（１）式に示すように、残電力比率Ｂ（ｔ）を引数として安全係数ＳＦを算出する（ステップＳ３）。

次に、設定された基本データレート（ＤＲｂａｓｅｄ（ｔ））を確認する（ステップＳ４）。これは端末出荷時に予め設定されていても良く、端末購入時にユーザが設定しても良い。また後述の例で示す通り、無線通信端末１００の使用中に集積した、実際に使用されたデータレートの履歴（通信履歴）を用いて随時補正をかけても良い。なお、基本データレートは最低限満たされるべきデータレートであり、残電力が十分であれば上記の安全係数を乗算することによりさらに高速なデータレートの要求が可能である。

このようにして、要求データレートＤＲｒｅｑ（ｔ）を算出する（ステップＳ５）。たとえば、以下の（２）式で基本データレートに安全係数を乗算することによって要求データレートを算出できる。

次に、各通信方式の通信品質を確認する（ステップＳ６）。すなわち、使用可能な通信方式で周辺電波を捕捉し、通信品質を測定し、測定された通信品質に従って各通信方式で提供可能なデータレートを算出する（ステップＳ７）。そして、使用可能な通信方式についてすべてデータレートを算出し終えたか否かを判定する（ステップＳ８）。使用可能な通信方式についてすべてデータレートを算出し終えてない場合には、ステップＳ６に戻る。使用可能な通信方式についてすべてデータレートを算出し終えた場合には、算出されたデータレートと算出された要求データレートとを比較し、算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式があるか否かを判定する（ステップＳ９）。なお、算出にはテーブルを用いた抽出も含む。

算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式がないと判定された場合には、通信量あたりの消費電力の小さい通信方式を選択し（ステップＳ１０）、ステップＳ１２に進む。なお、ステップＳ１０でビット当たりの消費電力を算出する際には、データレートを用いて消費電力を除算し、その通信方式におけるビット当たりの消費電力を算出する。

一方、算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式があると判定された場合には、算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式が複数あるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

そして、算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式が複数あると判定された場合には、ステップＳ１０へ進み、通信量あたりの消費電力の小さい通信方式を選択し、ステップＳ１２に進む。一方、算出されたデータレートが要求データレート以上の通信方式が唯一であると判定された場合には、その通信方式を採用するように決定する（ステップＳ１２）。

このように、要求データレートを満たす通信方式が複数ある場合には、その通信方式のうち、通信量あたりの消費電力が最小のものを選択するとともに、要求データレートを満たす通信方式が存在しない場合には、全ての通信方式内、ビット当たりの消費電力が最小のものを選択する。なお、上記の判定において、要求データレート以上か否かを判定しているが、要求データレートより大か否かの判定であってもよい。

このように本発明では端末の電池残量に応じて要求データレートを設定する。通信方式選択はこの要求データレートを満たすように選択されるため、電池残量が多い場合には高いデータレートの通信方式を、電池残量が少ない場合には低いデータレートの通信方式を適応的に使い分けることが可能となる。

（安全係数の例１）
次に具体例を説明する。残電力比率Ｂ（ｔ）から安全係数ＳＦ（ｔ）を算出する関数ｆ（Ｂ（ｔ））としては、以下の（３）式のようなステップ関数が考えられる。

ＤＲｂａｓｅｄ（ｔ）＝２［Ｍｂｐｓ］であるユーザにおいて、ある時刻ｔにおいて残電力比率Ｂ（ｔ）が０．６であった場合ｆ（Ｂ（ｔ））＝１．０であり、ＤＲｒｅｑ（ｔ）は２Ｍｂｐｓとなる。

通信方式選択部１５０は、各通信方式の通信品質に対応付けてデータレートを管理している。図３は、通信品質に対するデータレートおよび消費電力を示すテーブルである。あらかじめ通信品質測定部１４０が、各通信方式について周辺の電波状況を確認する。ＥＶ−ＤＯにおけるＣＩＮＲが１０ｄＢ、ＷｉＭＡＸにおけるＣＩＮＲが１５ｄＢという非常に雑音の少ない環境下に無線通信端末１００がある場合を考える。

この場合には、図３に従って判断すれば、双方の通信方式において２Ｍｂｐｓの要求データレートを確保可能である。そして、ビット当たりの消費電力を比較した場合、ＥＶ−ＤＯのものよりＷｉＭＡＸのものの方が大きいことから、通信方式選択部１５０は、より省電力通信が可能であるＥＶ−ＤＯを選ぶ。

ある時刻ｔ１において無線通信端末１００にＡＣ電源が接続された場合には、Ｂ（ｔ）＝１．０となる。したがって、ｆ（Ｂ）＝５．０となり、要求データレート算出部１２０は、ＤＲｒｅｑ（ｔ１）を１０．０Ｍｂｐｓと算出する。

このときＥＶ−ＤＯにおけるＣＩＮＲが１０ｄＢ、ＷｉＭＡＸにおけるＣＩＮＲが同様に１０ｄＢであり、双方ともに雑音の少ない良好な通信環境である場合を考える。この場合には、図３に従って判断すれば、ＤＲｒｅｑ（ｔ１）＝１０．０Ｍｂｐｓを満たす通信方式はＷｉＭＡＸのみであるため、通信方式選択部１５０は、より高速通信が可能なＷｉＭＡＸを選ぶ。

一方、ある時刻ｔ２において例えばホスト上でのアプリケーションの実行などの理由から残電力比率Ｂ（ｔ）が大きく低下しており、Ｂ（ｔ）＝０．０５である場合には、（３）式からｆ（Ｂ（ｔ））＝０．１となる。したがって、電波環境が許す限りにおいて通信方式選択部１５０は、より省電力通信が可能なＥＶ−ＤＯを選ぶ。

（安全係数の例２）
安全係数（ＳＦ（ｔ））として、次のような関数ｆ（Ｂ（ｔ））を採用することもできる。たとえば関数ｆ（Ｂ（ｔ））は、以下の（４）式のような残電力比率（Ｂ（ｔ））に依存する連続関数であっても良い。なお、ＥＶ−ＤＯにおけるＣＩＮＲが１０ｄＢ、ＷｉＭＡＸにおけるＣＩＮＲが１０ｄＢであり、双方ともに雑音の少ない良好な通信環境である場合を考える。

（４）式のＳＦ_ＭＡＸは初期に定義される定数であり、安全係数の最大値である。定期的に、またはイベント時に（４）式に基づいてｆ（Ｂ（ｔ））を算出し、より現実に即した要求データレートを算出する。

ＤＲｂａｓｅｄ（ｔ）＝２．０［Ｍｂｐｓ］であるユーザにおいて通信方式の選択要求が発生した時刻ｔにおいてＢ（ｔ）＝０．９であった場合を考える。ここでＳＦ_ＭＡＸ＝５．０とすると、要求データレート算出部１２０は、以下の計算により要求データレートＤＲｒｅｑ（ｔ）を得る。

このとき通信方式選択部１５０は、図３のテーブルを参照して上記の要求データレートを満たすのはＷｉＭＡＸしかないことから、ＷｉＭＡＸを選択する。

一方、時刻ｔ１においてＢ（ｔ１）=０．１５であったとすると、要求データレート算出部１２０は、以下の計算により要求データレートＤＲｒｅｑ（ｔ）を得る。

このとき通信方式選択部１５０は、図３のテーブルを参照して、いずれの通信方式も上記の要求データレートを満たすことを確認し、通信量あたりの消費電力の少ないＷｉＭＡＸを選択する。この場合には、通信方式選択部１５０は、いずれの通信方式も要求データレートを満たすことを確認し、図３のテーブルを参照してＥＶ−ＤＯを選択する。

（基本データレートの例）
次に、基本データレートに通信履歴を反映させる動作の一例を説明する。図４は、データレートと累積確率との関係の一例を示すグラフである。通信履歴管理部１３０は、実際に使用されたデータレートを記憶しておき、基本データレート以下のデータレートの累積確率が所定値以下になったとき場合には基本データレートを上方修正する。これにより、ユーザの履歴を参照して適切な要求データレートを調整でき、各ユーザに応じた通信方式の選択を可能にする。

たとえば、Ｘを累積確率の基準値とし、Ｙをマージンとした場合に、基本データレートにおける累積確率が（Ｘ−Ｙ）％以下になった場合には基本データレートを、累積確率が（Ｘ＋Ｙ）％となる値にまで上方修正することができる。また、基本データレートにおける累積確率が（Ｘ＋Ｙ）％以上になった場合にはデータレートを下方修正し（Ｘ−Ｙ）％値にまで下方修正することができる。

ここで時刻ｔ０のデータレートにおける累積確率分布Ｐ１、時刻ｔ１でのデータレートにおける累積確率分布Ｐ２である。ＤＲｂａｓｅｄ（ｔ０）は、累積確率が９０％値となる値に設定されているが、時間経過とともに累積確率分布が変化し時刻ｔ１には累積確率が高々７０％値となる。基準値Ｘが８０％であり、上下に±１０％のマージンＹを持たせたとすると、このような場合にはＤＲｂａｓｅｄ（ｔ０）をＤＲｂａｓｅｄ（ｔ１）に更新し、その累積確率が基準値である８０％以上となるように制御する。

１００無線通信端末
１１０残電力検知部
１２０要求データレート算出部
１３０通信履歴管理部
１４０通信品質測定部
１５０通信方式選択部
ＤＲｂａｓｅｄ基本データレート
ＤＲｒｅｑ要求データレート
Ｐ１時刻ｔ０のデータレートにおける累積確率分布
Ｐ２時刻ｔ１のデータレートにおける累積確率分布
Ｘ基準値
Ｙマージン

Claims

複数の通信方式を選択可能な無線通信端末であって、
満たすべきデータレートとして、残電力および実際に使用されたデータレートの履歴に応じて要求データレートを算出する要求データレート算出部と、
測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとを比較して通信方式を選択する通信方式選択部と、を備えることを特徴とする無線通信端末。
前記要求データレート算出部は、残電力の増加関数として要求データレートを算出することを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
前記通信方式選択部は、前記測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートのうち、前記算出された要求データレート以上のデータレートの通信方式がある場合には、その中から通信方式を選択することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信端末。
前記通信方式選択部は、前記測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとの比較により、唯一の通信方式が決まらない場合には、通信量あたりの消費電力を基準に通信方式を選択することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信端末。
前記要求データレート算出部は、実際に使用されたデータレートの累積確率分布を用いて、所定の累積確率におけるデータレートを参照して要求データレートを算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信端末。
前記要求データレート算出部は、実際に使用されたデータレートの履歴に応じて設定される基本データレートと残電力の増加関数である安全係数との積として、前記要求データレートを算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信端末。
最適な通信方式を選択する通信方式選択方法であって、
満たすべきデータレートとして、残電力および実際に使用されたデータレートの履歴に応じて要求データレートを算出するステップと、
測定された通信品質に応じて決まる各通信方式のデータレートと前記算出された要求データレートとを比較して通信方式を選択するステップと、を含むことを特徴とする通信方式選択方法。