JP6085156B2 - 無線通信システム、移動局、無線基地局、および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信方式により通信を行う無線通信システム、移動局、無線基地局、および無線通信方法に関するものである。

近年、無線通信におけるトラフィック増大に対応する手段として、３ＧやＷｉＭＡＸ（登録商標）などの複数の無線通信部を搭載した移動端末（デュアル端末）が開発されている。しかしながら、それぞれの無線通信部が独立したシステムである場合、異なるシステムの基地局間で端末情報の共有を行うことができない。そのため、端末から見た場合に、異なる無線通信システムを同時に処理しなければならず、その結果消費電力の増大を招いている。そこで、デュアル端末において消費電力を低減するための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１６９３７９号公報

今後、さらなるトラフィックの増大が予測される。そして、その対応手段として、移動端末（移動局）を、より高次の変調方式に対応させたり、複数アンテナを搭載させたり、複数の無線処理部を搭載させたりすることが検討されている。しかし、これらの対応手段は、移動局の消費電力をより増大させる傾向にある。この移動局の消費電力の増大に対し、移動局のバッテリ容量を増大させることが検討されているが、移動局のハード面の制約により、バッテリ容量を容易に増大させることができない。そのため、上記対応手段を講じるためにも、移動局の消費電力のさらなる低減が望まれている。

本発明の目的は、上記問題を解決するため、移動局の消費電力を低減しつつ、増加するトラフィックに対応することができる無線通信システム、移動局、無線基地局、及び無線通信方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信システムは、
複数の通信方式により通信可能な移動局と、当該複数の通信方式の各々に対応する無線基地局とを備える無線通信システムにおいて、
移動局は、無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局から取得した各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて、無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信することを特徴とする。

さらに、本発明に係る無線通信システムにおいて、
前記無線信号情報は、前記各通信方式に対応する無線基地局が無線信号を送信する際の送信電力情報であり、
前記通信能力情報は、無線信号の変調方式、送信周期、および送信周波数の帯域幅に関する情報を含む情報であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る無線通信システムにおいて、
前記移動局は、前記受信電力値と、前記無線信号情報および前記通信能力情報とをもとに、各通信方式に対応する無線基地局に無線信号を送信する際の消費電力量を算出し、算出した各消費電力量と、前記基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行うことを特徴とする。

さらに、本発明に係る無線通信システムにおいて、
前記移動局は、算出した各通信方式に対応する無線基地局に無線信号を送信する際の消費電力と、前記無線信号を送信する際の動作モードを表示する表示部を備え、
ユーザの操作に応じて選択された前記動作モードをもとに、前記基準情報を設定することを特徴とする。

さらに、本発明に係る無線通信システムにおいて、
前記無線基地局は、前記移動局から前記指示情報を受信すると、受信した指示情報と、自局および他の通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、前記指示情報に含まれる前記基準情報に応じた無線リソース制御を行うことを特徴とする。

さらに、本発明に係る無線通信システムにおいて、
前記無線信号を送信する際の動作モードは、消費電力低減を優先させるか通信速度を優先させるかの動作モードであることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る移動局は、
複数の通信方式により通信可能な移動局であって、
無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局から取得した各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無線基地局は、
複数の通信方式により通信可能な移動局と通信を行う無線基地局であって、
前記移動局から、無線信号の受信電力値、各通信方式に対応する無線基地局の各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とを含む指示情報を受信し、前記指示情報と、自局および他の通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、前記指示情報に含まれる前記基準情報に応じた無線リソース制御を行うことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信方法は、
複数の通信方式により通信可能な移動局と、当該複数の通信方式の各々に対応する無線基地局とを備える無線通信システムによる無線通信方法であって、
各通信方式に対応する各無線基地局により、各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報を前記移動局に送信するステップと、
移動局により、無線信号の受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信するステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、移動局の消費電力を低減しつつ、増加するトラフィックに対応することができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける移動局の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける移動局の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおいて通信速度を優先させる場合の通信を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおいて消費電力低減を優先させる場合の通信を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。無線通信システムは、携帯端末などの１以上の移動局１０と、１以上の無線基地局２０とを備える。図１では１つの移動局１０と、２つの無線基地局２０−１，２０−２のみ示している。

移動局１０は、複数の無線通信部を備え、複数の無線通信方式により通信可能である。複数の無線通信方式とは、ＬＴＥやＷｉＭＡＸ（登録商標）などである。図１に示す例では、移動局１０では、無線通信方式Ａに対応した無線基地局２０−１、および無線通信方式Ｂに対応した無線基地局２０−２と通信を行うことができる。

移動局１０は、各無線基地局２０から受信した無線信号の受信電力値を求める。また、移動局１０は、各無線基地局２０から、各無線信号に関する無線信号情報（例えば、各無線信号の受信電力をもとにして各無線通信方式にて無線信号を送信する際の送信電力情報）、および各無線基地局２０に無線信号を送信する際に用いる通信能力情報（例えば、無線信号の変調方式、送信周期、および送信周波数の帯域幅に関する情報）を取得する。そして、移動局１０は、受信電力値と、無線信号情報および通信能力情報と、移動局１０が無線信号を送信する際の動作モード（例えば、消費電力低減を優先させるか通信速度を優先させるかの動作モード）を示す基準情報とに基づいて、無線信号の送信制御を行う。また、移動局１０は、無線信号の受信電力値と、無線信号情報および通信能力情報と、基準情報とを含む指示情報を生成し、指示情報を無線基地局２０に送信する。移動局１０の詳細については、図２を参照して後述する。

無線基地局２０は、複数の無線通信方式の各々に対応する基地局である。無線基地局２０は、移動局１０から無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局から取得した各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、当該移動局１０が無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とを含む指示情報を受信する。そして、無線基地局２０は、受信した指示情報と、自局および他の無線通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、指示情報に含まれる基準情報に応じた無線リソース制御を行うようにしてもよい。無線基地局２０の詳細については、図３を参照して後述する。

図２は、移動局１０の概略構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、移動局１０は、受信部１１と、送信部１２と、ベースバンド部１３と、電力計算部１４と、制御部（ＣＰＵ）１５と、記憶部１６と、表示部１７とを備える。移動局１０は、無線通信方式ごとに受信部１１と、送信部１２と、ベースバンド部１３とを備える。図２では、受信部１１−１、送信部１２−１、およびベースバンド部１３−１は無線通信方式Ａに対応し、受信部１１−２、送信部１２−２、およびベースバンド部１３−２は無線通信方式Ｂに対応する。なお、以下の説明では無線通信方式がＡとＢの２つの場合について記載するが、無線通信方式の数は２つに限定されるものではない。また、制御部１５により電力計算部１４の機能を実現してもよい。

受信部１１−１は、無線通信方式Ａに対応する無線基地局２０−１から、受信アンテナを介して無線信号を受信する。同様に、受信部１１−２は、無線通信方式Ｂに対応する無線基地局２０−２から、受信アンテナを介して無線信号を受信する。

送信部１２−１は、無線信号を送信アンテナを介して無線通信方式Ａに対応する無線基地局２０−１に送信する。同様に、送信部１２−２は、無線信号を送信アンテナを介して無線通信方式Ｂに対応する無線基地局２０−２に送信する。

ベースバンド部１３は、無線基地局２０からの下りの同期信号または参照信号の受信電力値を求める。受信電力値は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）値であってもよい。図４に示すように無線基地局２０との距離が遠い移動局１０−２は、無線基地局２０から受信する電力が小さくなるため、上りの通信を行うためには移動局１０−２の送信電力を大きくする必要がある。送信電力を大きくすると消費電力が増えるため、移動局１０−２は、無線基地局２０と距離が近い移動局１０−１に比べて消費電力が大きくなる。

電力計算部１４については、図５を参照して説明する。図５は、移動局１０の動作を示すフローチャートである。電力計算部１４は、ベースバンド部１３から受信電力値を取得する（ステップＳ１０１）。また、電力計算部１４は、無線基地局２０の制御チャネル情報から無線基地局２０の送信電力情報を取得する（ステップＳ１０２）。そして、電力計算部１４は、受信電力値と送信電力情報とに基づいて、上りの通信に必要な初期送信電力を決定する（ステップＳ１０３）。

無線基地局２０の送信電力が異なると、通信エリアも異なる。例えば、マクロセルとマイクロセルでは無線基地局２０の送信電力（通信エリア）が異なる。図１に示す例では、無線基地局２０−１のほうが無線基地局２０−２よりも送信電力が大きく、通信エリアも広くなっている。この場合、無線通信方式Ａに対応する無線基地局２０−１から受信する信号の受信電力が、無線通信方式Ｂに対応する無線基地局２０−２から受信する信号の受信電力Ｂと等しくても、移動局１０は無線基地局２０−１に対する送信電力を無線基地局２０−２に対する送信電力よりも大きくする必要がある。そのため、電力計算部１４は、受信電力だけでなく、無線基地局２０の送信電力情報も用いて送信電力を決定する。

無線基地局２０は、移動局１０とのリンク確立後、移動局１０の送信電力が小さい場合には上げるように指示し、送信電力が大きい場合には下げるように指示する指示情報を移動局１０に送信する。電力計算部１４は、この電力に関する指示情報を取得する（ステップＳ１０４）。この指示情報から得られた電力量の増減値により、電力計算部１４は送信アンテナ１本あたりの送信電力を決定することができる。送信アンテナを複数使って通信する場合は、送信電力量が乗算される。

消費電力は通信能力情報（無線信号の変調方式、送信周期、送信周波数の帯域幅、ＭＩＭＯやＳＩＳＯなどの通信システム情報など）により変動し、パケット通信の有無によりこれらの処理量が変動する。電力計算部１４は、無線通信方式ごとに消費電力の変動を管理する。

そこで電力計算部１４は、各無線通信方式に対応する各無線基地局２０の制御チャネルから、無線基地局２０の通信能力情報を得る（ステップＳ１０５）。例えば、無線通信方式ＡはＱＰＳＫ通信しかできないが、無線通信方式Ｂは６４ＱＡＭで通信可能であれば、後者の方が送信できるデータ量は多いので、ダウンロード時間は後者の方が短くなる。ダウンロード時間が短いと、処理にかかる絶対時間も短くなり、トータルの消費電力は軽減される。

また、電力計算部１４は、消費電力低減を優先させるか通信速度を優先させるかの動作モードを示す基準情報を取得する（ステップＳ１０６）。基準情報は、ユーザが決定してもよいし、移動局１０が予め決められた動作モードを決定しておいてもよい。また、移動局１０は初期状態では通信速度を優先させる動作モードにしておき、バッテリの容量が所定の閾値未満となったときに自動的に消費電力低減を優先させる動作モードに切り替えるようにしてもよい。

電力計算部１４は、受信電力値と、無線信号情報および通信能力情報とをもとに、各通信方式に対応する無線基地局２０に無線信号を送信する際の消費電力量を算出し、算出した各消費電力量と、基準情報とに基づいて送信電力を決定する（ステップＳ１０７）。制御部１５は、電力計算部１４により算出した各消費電力量と、基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行う。

無線基地局２０の負荷が大きい（ユーザをたくさん抱えている）と、通信環境が良好であっても、使用周波数のうち各移動局１０に割り当てられるエリアは小さいので、通信に要する時間が多くなる。そこで、移動局１０は、ステップＳ１０１にて取得した受信電力値、ステップＳ１０２にて取得した送信電力情報、ステップＳ１０５にて取得した通信能力情報に加えて、ステップＳ１０６にて取得した基準情報を無線基地局２０に送信する（ステップＳ１０８）。

通信速度は移動局１０が使用可能な周波数帯域、変調方式、および通信システムがＭＩＭＯかＳＩＳＯかなどにより決まる。基準情報が消費電力低減を優先させる動作モードを示している場合には、制御部１５は、移動局１０の送信電力を小さくするために、常に最も近い（受信電力値が大きい）無線基地局２０を選択して通信する。また、ＭＩＭＯ通信システムの場合には、送信アンテナ本数を制限するようにしてもよい。基準情報が通信速度を優先させる動作モードを示している場合は、電池の消費量は無視して、速度重視の方法を採用する。例えば、通信可能な全ての無線基地局２０と通信する。

記憶部１６は、移動局１０を動作させるためのプログラムなどを記憶するとともに、ワークメモリとしても機能する。

表示部１７は、ベースバンド部１３により検出された受信電力、および電力計算部１４により求めた消費電力を無線通信方式ごとに表示する。ユーザは、表示部１７に表示された無線通信方式ごとの消費電力を見て、消費電力を減らしたい場合には、無線通信方式をオン／オフしたり、送信アンテナ本数を減らしたり（＝上りの通信量を制限する）、フェージングの影響を受けにくい箇所に移動して通信速度を向上できるように最適化することが可能となる。

図３は、無線基地局２０の概略構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、無線基地局２０は、制御部（ＣＰＵ）２１と、無線通信部２２と、変復調部２３と、ネットワーク接続部２４と、記憶部２５とを備える。なお、アンテナの図示は省略している。

無線通信部２２は、送信信号を送信アンテナを介して移動局１０に送信する。また、無線通信部２２は、移動局１０から送信される無線信号を受信アンテナを介して受信する。

変復調部２３は、搬送波をベースバンド信号により変調（例えば、ＯＦＤＭ変調）して変調波を生成する。また、変復調部２３は、変調波を復調してベースバンド信号を生成する。

ネットワーク接続部２４は、他の無線基地局２０との接続を行う。

記憶部２５は、無線基地局２０を動作させるためのプログラムなどを記憶するとともに、ワークメモリとしても機能する。

制御部２１は、無線通信部２２、変復調部２３、ネットワーク接続部２４、および記憶部２５の動作を制御する。また、複数の通信方式に対応する移動局１０は、複数の無線基地局２０からデータを受信することができるが、各無線基地局２０の各制御部２１は、移動局１０と通信を行うかスリープモードとするかを決定する。移動局１０と通信している複数の無線基地局２０のうちのある無線基地局２０をスリープモードにすることにより、移動局１０の消費電力を低減させることができる。

無線基地局２０側（上位のネットワーク側）は、ネットワーク経由で各無線基地局２０の負荷状況を管理し、各移動局１０の指示情報（受信電力値、無線信号情報、通信能力情報、基準情報などを含む情報）を取得する。そして、取得した指示情報をもとに、無線基地局２０当たりの周波数利用効率が最大になるように負荷を分散させるように、ユーザ割り当ておよびパケット分散を行う。

図６は、通信速度を優先させる場合の通信を示す図である。基準情報が通信速度を優先させる動作モードを示している場合、移動局１０と通信可能な全ての無線基地局２０−１，２０−２は、移動局１０と通信を行う。

図７は、消費電力低減を優先させる場合の通信を示す図である。基準情報が消費電力低減を優先させる動作モードを示している場合、パケットデータ量に応じて、移動局１０と通信可能な全ての無線基地局のうちの一部の無線基地局をスリープモードとする。図７（ａ）の例では、無線基地局２０−１，２０−２のうち、無線基地局２０−１をスリープモードとし、移動局１０に最も近い無線基地局２０−２のみ移動局１０と通信を行う。ここで、スリープとは通信を維持するための最低限の無線基地局２０と移動局１０のやり取りを示す。この時、より消費電力を低減させるには、移動局１０が送信するアンテナ本数は１本であることが望ましい。

移動局１０に対するパケットデータ量が多くなり閾値を超えた場合には、図７（ｂ）に示すように、無線基地局２０−１はスリープを解除するようにしてもよい。このように、無線基地局２０側は、移動局１０と通信する通信方式をパケットデータ量および無線基地局２０の負荷状況をもとに、無線基地局２０側から自動的にオン／オフさせる。

上述したように、移動局１０は、無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局２０からから取得した各無線信号に関する無線信号情報および各無線基地局２０の通信能力情報と、基準情報とに基づいて、無線信号の送信制御を行う。無線基地局２０は、移動局１０から、無線信号の受信電力値、各通信方式に対応する無線基地局の各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、基準情報とを含む指示情報を受信し、指示情報と、自局および他の通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、基準情報に応じた無線リソース制御を行う。これにより、本発明に係る無線通信システムによれば、移動局１０の消費電力を低減しつつ、増加するトラフィックに対応することができるようになる。

また、移動局１０は表示部１７に、算出した各通信方式に対応する無線基地局２０に無線信号を送信する際の消費電力を無線通信方式ごとに表示するとともに、無線信号を送信する際の動作モード（基準情報）を表示する。これによりユーザは、表示部１７に表示された無線通信方式ごとの消費電力を見て、無線通信方式をオン／オフしたり、送信アンテナ本数を減らしたり（つまり、上りの通信量を制限する）、動作モードを変更したりすることにより、ユーザの意思で消費電力を低減することができるようになる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１０ 移動局
１１ 受信部
１２ 送信部
１３ ベースバンド部
１４ 電力計算部
１５ 制御部
１６ 記憶部
１７ 表示部
２０ 無線基地局
２１ 制御部
２２ 無線通信部
２３ 変復調部
２４ ネットワーク接続部
２５ 記憶部

Claims (9)

1. 複数の通信方式により通信可能な移動局と、当該複数の通信方式の各々に対応する無線基地局とを備える無線通信システムにおいて、
   移動局は、無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局から取得した各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて、無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線信号情報は、前記各通信方式に対応する無線基地局が無線信号を送信する際の送信電力情報であり、
   前記通信能力情報は、無線信号の変調方式、送信周期、および送信周波数の帯域幅に関する情報を含む情報であることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記移動局は、前記受信電力値と、前記無線信号情報および前記通信能力情報とをもとに、各通信方式に対応する無線基地局に無線信号を送信する際の消費電力量を算出し、算出した各消費電力量と、前記基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記移動局は、算出した各通信方式に対応する無線基地局に無線信号を送信する際の消費電力と、前記無線信号を送信する際の動作モードを表示する表示部を備え、
   ユーザの操作に応じて選択された前記動作モードをもとに、前記基準情報を設定することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記無線基地局は、前記移動局から前記指示情報を受信すると、受信した指示情報と、自局および他の通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、前記指示情報に含まれる前記基準情報に応じた無線リソース制御を行うことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記無線信号を送信する際の動作モードは、消費電力低減を優先させるか通信速度を優先させるかの動作モードであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
7. 複数の通信方式により通信可能な移動局であって、
   無線信号の受信電力値と、各通信方式に対応する各無線基地局から取得した各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信することを特徴とする移動局。
8. 複数の通信方式により通信可能な移動局と通信を行う無線基地局であって、
   前記移動局から、無線信号の受信電力値、各通信方式に対応する無線基地局の各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とを含む指示情報を受信し、前記指示情報と、自局および他の通信方式に対応する無線基地局から取得したネットワーク側のトラフィックの負荷状況とに応じて、前記指示情報に含まれる前記基準情報に応じた無線リソース制御を行うことを特徴とする無線基地局。
9. 複数の通信方式により通信可能な移動局と、当該複数の通信方式の各々に対応する無線基地局とを備える無線通信システムによる無線通信方法であって、
   各通信方式に対応する各無線基地局により、各無線信号に関する無線信号情報および当該各無線基地局の通信能力情報を前記移動局に送信するステップと、
   移動局により、無線信号の受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、無線信号を送信する際の動作モードを示す基準情報とに基づいて無線信号の送信制御を行い、前記受信電力値と、前記無線信号情報と、前記通信能力情報と、前記基準情報とを含む指示情報を生成し、当該指示情報を前記無線基地局のいずれかに対して送信するステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。

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