JP2012044269A - 無線端末および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて、基地局と無線端末との間の接続性を改善する。
【解決手段】無線端末は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される。無線端末は、第1および第2の送信部を備える。第1の送信部は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する。第2の送信部は、無線端末が送信データを有しているときは、上記要求信号に対して基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、上記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを基地局へ送信する。第2の送信部は、基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、無線端末が送信データを有していないときであっても、基地局へ要求メッセージを送信する。
【選択図】図2
【解決手段】無線端末は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される。無線端末は、第1および第2の送信部を備える。第1の送信部は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する。第2の送信部は、無線端末が送信データを有しているときは、上記要求信号に対して基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、上記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを基地局へ送信する。第2の送信部は、基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、無線端末が送信データを有していないときであっても、基地局へ要求メッセージを送信する。
【選択図】図2
Description
本発明は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末、および無線通信方法に係わる。
無線移動通信においては、基地局(BS:Base Station)と移動局(MS:Mobile Station)との間の距離が離れているときに、基地局から移動局には電波が届くが、移動局から基地局へは電波が届かない状況が発生することがある。このような状況が発生すると、移動局から基地局に対してアクセス権または送信権を要求することができなくなる。
例えば、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式を採用するWiMAX(IEEE802.16e)においては、移動局は、通信スロットの割り当てを要求するCDMA rangingを、基地局に対して送信する。すなわち、移動局は、通信スロットが割り当てられていないときにデータを送信するためには、基地局へCDMA rangingを送信する必要がある。
ところが、CDMA rangingを送信するために使用するサブキャリアの数は多い。たとえば、10Mbit/s帯域の場合、移動局は、CDMA rangingを送信するために144本のサブキャリアを使用する。これに対して、通常のデータ送信においては、移動局は、最も少ない場合、24本のサブキャリアでデータを送信することができる。
ここで、移動局から出力される無線信号の電力は、規格等により、最大値が設けられている。このため、サブキャリアの数が多くなると、各サブキャリアに対して割り当て可能な最大電力は小さくなる。すなわち、CDMA rangingを送信する際に使用される各サブキャリアの最大電力は小さい。したがって、移動局から基地局へ少ないサブキャリアでデータを送信すれば基地局がそのデータを受信できる環境においても、CDMA rangingが基地局に到達しないことがある。この場合、移動局と基地局との間でデータ送受信が可能であるにもかかわらず、移動局は、基地局との通信を開始または維持できない。また、移動局からのデータ送信が一時的に途切れると、基地局は、移動局に対して通信スロットの割り当てを停止する。この場合、移動局は、送信のためにCDMA rangingを送信する必要がある。このとき、新たなCDMA rangingが基地局に到達しなければ、基地局と移動局との間の通信は切断されてしまう。この場合、基地局は、この移動局を「圏外」と判定する。
上述の問題は、WiMAX(IEEE802.16e)のみに係わるものではない。すなわち、上述の問題は、複数のサブキャリアを利用してデータ送信が行われ、かつ、無線端末からの要求に応じて基地局が無線端末にアクセス権または送信権を割り当てる、無線通信システムにおいて発生し得る。
関連技術として、基地局の通信圏外に位置する加入者局に対して公平な無線リソースの割当てを効率的に行う無線通信方法および中継局が提案されている。この方法では、中継局は、加入者局からのサービス要求情報を受信し、加入者局との通信状況に基づいて、サービス要求情報が示すサービスに必要な第1の所要無線リソースを算出すると共に、基地局との通信状況に基づいて、サービス要求情報が示すサービスに必要な第2の所要無線リソースを算出し、第1の所要無線リソースおよび第2の所要無線リソースの合計以上の第3の所要無線リソースの割当てを要求するサービス要求情報を基地局へ送信する。(例えば、特許文献1)
上述したように、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいては、無線端末と基地局との間でデータ送信が可能であるにもかかわらず、無線端末が基地局との通信を開始または維持できないことがある。すなわち、基地局と無線端末との間の接続性が悪いことがある。
したがって、本発明の課題は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて、基地局と無線端末との間の接続性を改善することである。
本発明の1つの態様の無線端末は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用され、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備える。前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する。
本出願において開示される方法または構成によれば、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて、基地局と無線端末との間の接続性が改善される。
図1は、実施形態の無線端末が使用される無線通信システムの一例を示す図である。図1に示す例では、無線通信システムは、WiMAX(IEEE802.16e)システムである。WiMAXでは、OFDMAが採用されており、周波数の異なる複数のサブキャリアを利用してデータが送信される。
無線通信システムは、基地局(BS)1を備える。すなわち、基地局1により無線アクセス網(すなわち、WiMAX網)が構築されている。図1に示す例では、無線通信システムは、複数の基地局1を備えている。複数の基地局1は、例えば、光ファイバケーブルまたはメタルケーブルを介して、互いに接続されている。また、複数の基地局1は、ゲートウェイ装置に接続されている。ゲートウェイ装置は、無線アクセス網と外部ネットワークとを接続する。
無線端末(MS)2は、実施形態に係わる無線端末であり、基地局1に接続される。そして、無線端末2は、基地局1から送信されるダウンリンク信号を受信する。なお、基地局1から無線端末2へ信号を送信するためのリンクをダウンリンクと呼ぶ。無線端末2から基地局1へ信号を送信するためのリンクをアップリンクと呼ぶ。また、無線端末2は、基地局1を介して他の端末へデータを送信する。送信先の端末は、例えば、無線アクセス網に接続される他の無線端末2である。或いは、送信先の端末は、外部ネットワークに接続される端末である。
図2は、無線端末2の機能ブロック図である。なお、図2では、基地局1へアクセスする動作に係わる一部の機能が示されている。また、基地局1は、各無線端末2のアクセス権および通信リソースの割当てを管理する。
無線端末2は、第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13を備える。第1の送信部11は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局1へ送信する。基地局1は、無線端末2から要求信号を受信すると、その無線端末2に対してアクセス権を与える。複数の無線端末2から同時に要求信号を受信したときは、基地局1は、所定のアルゴリズムで無線端末間の競合を調停する。
第2の送信部12は、要求信号に対して基地局1により割り当てられたアクセス権を利用して、通信リソースを要求する要求メッセージを基地局1へ送信する。第2の送信部12は、送信部11が要求信号を送信するときよりも少ないサブキャリアで、この要求メッセージを送信可能である。このとき、要求メッセージは、例えば、送信データの大きさに対応する帯域を要求する。基地局1は、無線端末2から要求メッセージを受信すると、要求された通信リソースを割り当てることができるか否かを判定する。そして、要求された通信リソースを割り当てることができるときは、基地局1は、無線端末2に対して割り当てた通信リソース(例えば、通信スロット)を無線端末2に通知する。これにより、無線端末2は、通知された通信リソースを利用してデータを送信する。
ただし、無線端末2の位置によっては、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが低下する。例えば、基地局1のセルのエッジに近い領域に無線端末2が位置するときは、基地局1は、無線端末2から送信される信号を受信できないことがある。このとき、無線端末2から送信される要求信号が基地局1に到達しなければ、無線端末2は、アクセス権を受けることができない。
そこで、無線端末2の第2の送信部12は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、無線端末2が送信データを有していないときであっても、通信リソースを要求する要求メッセージを基地局1へ送信する。閾値としては、特に限定されるものではないが、例えば、無線端末2から最大送信電力で送信される要求信号が基地局1によって受信されるか否かを判定する値が使用される。この場合、「基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低い」は、基地局1が要求信号を受信できない状態に相当する。なお、無線端末2の最大送信電力Pmaxは、規格等によって決められているものとする。また、無線端末2は、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが閾値よりも低いか否かを判定する判定部13を備えるようにしてもよい。
要求メッセージを送信するために使用するサブキャリアの数は、上述したように、要求信号を送信するために使用するサブキャリアの数よりも少ない。このため、無線端末2の送信電力が同じであるものとすると、要求メッセージは、要求信号と比較して、基地局1へ到達しやすい。例えば、144本のサブキャリアを利用して要求信号が送信され、24本のサブキャリアを利用して要求メッセージが送信されるものとする。この場合、要求信号を送信するための各サブキャリアの電力は、最大で「Pmax/144」である。一方、要求メッセージを送信するための各サブキャリアの電力は、最大で「Pmax/24」である。すなわち、無線端末2の位置(例えば、基地局1のセルのエッジに近い領域)によっては、要求信号は基地局1には到達しないが、要求メッセージは基地局1へ到達する。
このように、無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、基地局1へ送信するデータが無い場合であっても、基地局1へ要求メッセージを送信する。このとき、第2の送信部は、例えば、定期的に繰り返し、基地局1へ要求メッセージを送信する。そして、基地局1は、要求メッセージを受信する毎に、無線端末2に対して通信リソースを割り当てる。したがって、無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、送信データの有無にかかわらず、基地局1との間の通信を維持することができる。この結果、無線端末2は、通信の開始時などにおいて「圏外」と判定されにくくなる。
第1の送信部11、第2の送信部12にて生成された送信信号あるいは送信要求は、他の制御情報やユーザデータとともに用いられる無線プロトコルで定められる送信フレーム構造に多重され送信される。
第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13は、例えば、上述の手順を提供するプログラムを実行することによって実現される。この場合、無線端末2は、第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13に対応するプログラムを実行するプロセッサ14を備える。また、第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13に対応するプログラムは、メモリ15に格納される。
第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13は、必ずしもプログラムで実現されなくてもよい。すなわち、第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13は、上述の手順を提供するハードウェア回路により実現されてもよい。また、第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13は、ハードウェア回路およびソフトウェアの組合せにより実現されてもよい。
図3は、無線端末2の構成を示す図である。無線端末2は、この実施例では、ホスト部20およびI/F部30を備える。
ホスト部20は、オペレーティングシステム(OS)21、アプリケーション(AP)22、ドライバ23を備える。オペレーティングシステム21は、ハードウェアを抽象化したインタフェースを、アプリケーション22に提供する。すなわち、各アプリケーション22は、オペレーティングシステム21の上で動作する。アプリケーション22は、無線端末2のユーザが無線端末2を用いて実施したい機能を有するプログラムである。例えば、アプリケーション22は、ユーザからの指示に応じて送信データを生成する。また、アプリケーション22は、例えば、他の端末からの受信データをユーザに提供する。ドライバ23は、オペレーティングシステム21と周辺機器との間に設けられ、周辺機器の動作を制御する。なお、この例では、周辺機器は、I/F部30である。
ホスト部20は、オペレーティングシステム(OS)21、アプリケーション(AP)22、ドライバ23を備える。オペレーティングシステム21は、ハードウェアを抽象化したインタフェースを、アプリケーション22に提供する。すなわち、各アプリケーション22は、オペレーティングシステム21の上で動作する。アプリケーション22は、無線端末2のユーザが無線端末2を用いて実施したい機能を有するプログラムである。例えば、アプリケーション22は、ユーザからの指示に応じて送信データを生成する。また、アプリケーション22は、例えば、他の端末からの受信データをユーザに提供する。ドライバ23は、オペレーティングシステム21と周辺機器との間に設けられ、周辺機器の動作を制御する。なお、この例では、周辺機器は、I/F部30である。
I/F部30は、RF−RX部31、ベースバンド部(BB)32、RF−TX部33を備える。RF−RX部31は、受信アンプ31aおよびPLL回路31bを備え、受信電波からベースバンド信号を再生する。このとき、受信アンプ31aの利得は、ベースバンド部32が備えるAGC部46により制御される。また、PLL回路31bは、発振器34から出力されるクロックを利用して同期を確立する。RF−TX部33は、送信アンプ33aを備え、ベースバンド部32により生成される送信信号を、アンテナを介して出力する。
ベースバンド部32は、受信信号からデータを再生してホスト部20に転送する。すなわち、A/D変換器41は、RF−RX部31の出力信号をデジタル信号に変換する。FFT部42は、このデジタル信号を周波数領域信号に変換する。周波数領域信号は、各サブキャリアにより伝送された信号を表す。検出部43は、同期部44により得られる同期信号を利用して、各サブキャリアの信号からデータ列を再生し、パケット再構成部47に送る。そして、パケット再構成部47は、再生されたデータ列からパケットを再構成してホスト部20へ送信する。これにより、ホスト部20は、他の端末から送信されたデータを受信する。
同期部44は、FFT部42から出力される周波数領域信号から同期を検出し、同期信号を出力する。AFC部45は、同期信号を利用して、発振器34の周波数を制御するためのAFC信号を生成する。これにより、発振器34の周波数は最適値に制御される。また、AGC部46は、A/D変換器41から出力されるデジタル信号の振幅を所定の範囲内に制御するためのAGC信号を生成する。すなわち、AGC部46は、RF−RX部31が備える受信アンプ31aの利得を制御する。
また、ベースバンド部32は、ホスト部20により生成されるデータから送信信号を生成してRF−TX部33へ転送する。すなわち、パケット分解部48は、送信データを格納するパケットを分解してデータ列を生成する。変調部49は、パケット分解部48により得られるデータ列に応じて、MAC層制御部52により指定される変調方式で変調信号を生成する。IFFT部50は、この変調信号を時間領域信号に変換する。図2における第1の送信部11、第2の送信部12の送信信号あるいはメッセージは、この段階で時間領域信号として多重化される。D/A変換器51は、この時間領域信号をアナログ信号に変換する。そして、RF−TX部33は、ベースバンド部32の出力信号を増幅して送信する。
MAC層制御部52は、MAC層の信号処理を実行する。このとき、MAC層制御部52は、ホスト部20とI/F部30との間のデータの送受信を制御する。また、MAC層制御部52は、パケット再構成部47およびパケット分解部48を制御する。さらに、MAC層制御部52は、後述するシーケンスで基地局1との間で制御信号および制御メッセージを送受信する。さらに、図2における第1の送信部11、第2の送信部12、判定部13の処理は、例えば、MAC層制御部52によって実行してもよい。
なお、I/F部30は、特に限定されるものではないが、無線端末2に内蔵される無線インタフェースモジュールとして実現されるようにしてもよい。或いは、ベースバンド部32が無線インタフェースモジュールとして実現されるようにしてもよい。
図4は、基地局1と無線端末2との間で使用されるフレームを模式的に示す図である。この例では、無線通信システムはWiMAXシステムである。すなわち、図4は、WiMAXで使用されるOFDMフレームを模式的に示している。
図4において、フレーム100は、時間軸および周波数軸により表わされている。時間軸方向には、所定の間隔(すなわち、シンボル間隔)でシンボルが配置される。また、周波数軸方向には、サブキャリアが配置されている。
フレーム100は、プリアンブル、ダウンリンク(DL)領域、アップリンク(UL)領域を含む。プリアンブルは、予め決められたパターンの信号であり、通信の初期段階において基地局1と無線端末2との間で同期を確立するために使用される。また、プリアンブルは、基地局1から送信されるフレーム100の品質をモニタするために使用されることもある。
DL領域は、フレーム制御ヘッダ(FCH:Frame Control Header)、ダウンリンクマップ情報(DL−MAP:Down Link Mapping message)、アップリンクマップ情報(UL−MAP:Up Link Mapping message)、DLサブフレーム領域を含む。FCHは、無線端末2がDL−MAPおよびUL−MAPを受信するための情報(例えば、DL−MAPおよびUL−MAPの変調方式や符号化方式等を表す情報)を含む報知情報である。
DL−MAPは、ダウンリンクデータを送信するための通信リソースおよび通信方式などを表す制御情報である。ここで、DL−MAPは、DLサブフレーム領域に配置される各データの「位置」を表す情報を含む。例えば、ダウンリンンクデータがDLサブフレーム領域内に「バースト」として格納されるときは、DL−MAPは、バーストの特性を表す制御情報を含む。各バーストの特性は、例えば、バーストのサイズ、位置、変調方式、符号化方式、送信電力を指定するゲイン等で表わされる。なお、バーストの特性を表す制御情報は、例えば、DIUC(Downlink Interval Usage Code)等のバーストプロファイル情報である。
同様に、UL−MAPは、アップリンクデータを送信するための通信リソースおよび通信方式などを表す制御情報である。そして、UL−MAPは、アップリンクデータに対応するバーストの特性を表す制御情報を含む。ただし、UL−MAP内の制御情報は、例えば、UIUC(Uplink Interval Usage Code)等のバーストプロファイル情報を含む。
なお、図4において、バーストの「位置」は、データを送信するための複数のサブキャリアおよびそのデータを送信する時間帯を表す。すなわち、「位置」は、データを送信するための通信スロットを特定する。
DLサブフレーム領域には、ダウンリンクを介して基地局1から所望の無線端末2へ送信されるデータが配置される。図4に示す例では、基地局1から無線端末MS1、MS2へ送信されるダウンリンクデータが配置されている。また、各無線端末2へ送信されるデータは、それぞれ「バースト」としてDLサブフレーム領域に格納される。各バーストのサイズ、位置、変調方式、符号化方式、送信電力を指定するゲイン等は、上述したように、DL−MAPにより指定される。
UL領域は、レンジング領域およびULサブフレーム領域を含む。なお、DL領域とUL領域との間には、所定の時間に対応するGAPが設けられている。
レンジング領域は、無線端末2から基地局1へレンジング信号を送信するために使用される。無線端末2から基地局1へ送信されるレンジング信号は、例えば、初期レンジング信号(Initial Ranging)、帯域レンジング信号(BW ranging)などである。また、ULサブフレーム領域には、アップリンンクを介して無線端末2から基地局1へ送信されるデータが配置される。図4に示す例では、無線端末MS1、MS2から基地局1へ送信されるアップリンクデータがULサブフレーム領域に配置されている。ULサブフレーム領域に格納される各バーストのサイズ、位置、変調方式、符号化方式、送信電力を指定するゲイン等は、UL−MAPにより指定される。
レンジング領域は、無線端末2から基地局1へレンジング信号を送信するために使用される。無線端末2から基地局1へ送信されるレンジング信号は、例えば、初期レンジング信号(Initial Ranging)、帯域レンジング信号(BW ranging)などである。また、ULサブフレーム領域には、アップリンンクを介して無線端末2から基地局1へ送信されるデータが配置される。図4に示す例では、無線端末MS1、MS2から基地局1へ送信されるアップリンクデータがULサブフレーム領域に配置されている。ULサブフレーム領域に格納される各バーストのサイズ、位置、変調方式、符号化方式、送信電力を指定するゲイン等は、UL−MAPにより指定される。
図5は、基地局1と無線端末2との間の初期接続シーケンスを示す図である。なお、このシーケンスに係わる処理は、無線端末2においては、MAC層制御部52により実行される。
無線端末2は、通信の開始時には、初期レンジング信号(Initial Ranging)を基地局1へ送信する。このとき、無線端末2は、初期レンジング信号に対応する応答を基地局1から受信するまで、初期レンジング信号を繰り返し送信する。基地局1は、無線端末2から初期レンジング信号を受信すると、対応する応答(RNG_RES)を返送する。
無線端末2は、初期レンジング信号に対応する応答を基地局1から受信すると、レンジング要求(RNG_REQ)を基地局1へ送信する。そして、基地局1は、無線端末2からレンジング要求を受信すると、対応する応答(RNG_RES)を返送する。
無線端末2は、レンジング要求に対応する応答を基地局1から受信すると、帯域レンジング信号(BW ranging)を基地局1へ送信する。このとき、無線端末2は、図4に示すフレーム100のレンジング領域を利用して、帯域レンジング信号(BW ranging)を送信する。この帯域レンジング信号(BW ranging)は、例えば、帯域幅が10MHzであるシステムにおいては、144本のサブキャリアを利用して基地局1へ送信される。なお、帯域レンジング信号(BW ranging)は、図2に示す第1の送信部11により送信される要求信号に相当する。
基地局1は、無線端末2から帯域レンジング信号(BW ranging)を受信すると、UIUC(Uplink Interval Usage Code)を返送する。UIUCは、通信スロットを指定する情報を含む。この例では、基地局1は、無線端末2へUIUC14を返送する。
無線端末2は、受信したUIUCの値に対応する通信スロットを利用して、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。このとき、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、UIUC14で割り当てられる通信スロットを使って送信するため、帯域レンジング信号(BW ranging)よりも少ない本数のサブキャリアで送信される。たとえば、帯域幅が10MHzである場合、無線端末2は、144本よりも少ないサブキャリアで、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。1つの実施例としては、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、24本のサブキャリアで無線端末2から基地局1へ送信される。
なお、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、無線端末2が送信するデータの情報量に対応する帯域を要求する。また、この帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、図2に示す第2の送信部12により送信される要求メッセージに相当する。
基地局1は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)により要求された帯域を提供できる場合には、無線端末2にUL−MAPを返送する。UL−MAPは、上述したように、無線端末2から基地局1へデータを送信するための制御情報を含んでいる。したがって、無線端末2は、このUL−MAPにより、基地局1へデータを送信するための通信スロットおよび通信方式等を認識する。
さらに、無線端末2は、基地局1へSBC−REQを送信する。そして、基地局1は、SBC−REQを受信すると、無線端末2へSBC−RESを返送する。この後、無線端末2は、認証サーバにアクセスする。そして、認証が成功すると、無線端末2は基地局1に接続される。
図6は、無線端末2のデータ送信シーケンスを示す図である。なお、図6は、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが閾値以上であるときのデータ通信シーケンスを示している。「通信レベルが閾値以上」は、この例では、無線端末2から送信される帯域レンジング信号(BW ranging)が基地局1によって受信可能な状態を意味する。また、図6に示すシーケンスは、図5に示す初期接続シーケンによって無線端末2が基地局1に接続された後に実行されるものとする。さらに、この例では、ホスト部20が備えるアプリケーションが、データ1およびデータ2を生成して通信先の相手端末に送信するものとする。
ホスト部20は、データ1を生成してI/F部30へ送信する。そして、MAC層制御部52は、データ1が生成されたことを検出する。そうすると、MAC層制御部52は、帯域レンジング信号(BW ranging)を作成して基地局1へ送信する。この帯域レンジング信号(BW ranging)は、上述したように、図4に示すレンジング領域を利用して送信される。そして、基地局1は、帯域レンジング信号(BW ranging)を受信すると、無線端末2へUIUC14を返送する。
無線端末2は、UIUC14を受信すると、データ1を送信するために必要な通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。このとき、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、UIUC14によって指定された通信スロットを利用して送信される。そして、基地局1は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を受信すると、無線端末2へUL−MAPを返送する。このUL−MAPは、無線端末2から基地局1へデータ1を送信するための制御情報を含んでいる。
無線端末2は、UL−MAPを受信すると、そのUL−MAPに含まれている制御情報に基づいてデータ1を基地局1へ送信する。そして、基地局1は、無線端末2から送信されたデータ1を通信先の端末へ転送する。これにより、通信先の端末は、無線端末2から送信されるデータ1を受信する。
続いて、無線端末2は、データ2を送信する。ただし、図6に示す例では、MAC層制御部52によるデータ1の送信が終了した後に、ホスト部20がデータ2を生成するものとする。この場合、無線端末2は、再度、帯域レンジング信号(BW ranging)を基地局1へ送信する。
そうすると、無線端末2および基地局1は、データ1を送信するための手順と同様に、UIUC14、帯域要求メッセージ(BW_REQ)、UL−MAPを送受信する。そして、無線端末2は、受信したUL−MAPに従って、データ2を基地局1へ送信する。これにより、通信先の端末は、無線端末2から送信されるデータ2を受信する。
このように、ホスト部20が送信データを生成すると、無線端末2は、帯域レンジング信号(BW ranging)および帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。そして、無線端末2は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)に対応するUL−MAPに従ってデータを送信する。
図7は、通信環境が劣化した場合における無線端末2のデータ送信シーケンスを示す図である。この例では、無線端末2が通信先の端末へデータ1〜データ3を送信するものとする。また、無線端末2は、基地局1との間の通信環境を推定する機能を備えているものとする。
ホスト部20によりデータ1が生成されると、MAC層制御部52は、帯域レンジング信号(BW ranging)を基地局1へ送信する。そうすると、無線端末2および基地局1は、図6を参照しながら説明したように、UIUC14、帯域要求メッセージ(BW_REQ)、UL−MAPを送受信する。なお、図7において、「BW−REQ(1)」は、データ1を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)である。「UL−MAP(帯域1)」は、BW−REQ(1)に対応する制御情報を含むアップリンクマップ情報である。
無線端末2は、上述したように、基地局1との間の通信環境を定期的にまたは継続的にモニタしている。そして、この例では、無線端末2は、図7に示す手順M1の実行時に、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが閾値よりも低いことを検出するものとする。また、手順M1の実行時において、無線端末2には、通信リソースが割り当てられていない送信データは存在していないものとする。なお、手順M1の実行時において、データ1には、UL−MAP(帯域1)によって通信リソースが割り当てられている。
この場合、無線端末2は、手順M1において、データ1に加えてBW−REQ(a)を基地局1へ送信する。「BW−REQ(a)」は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)である。
図7に示す例では、説明を簡単にするために、無線端末2は、UL−MAP(帯域1)により割り当てられた通信リソースを利用して「データ1およびBW−REQ(a)」を基地局1へ送信できるものとする。なお、帯域要求メッセージ(BW_REQ)(ここでは、BW−REQ(a))の情報量は、一般に、送信データ(ここでは、データ1)と比較して十分に小さい。
基地局1は、データ1およびBW−REQ(a)を受信すると、データ1を通信先の端末へ転送する。また、基地局1は、無線端末2へUL−MAP(帯域a)を返送する。ここで、「UL−MAP(帯域a)」は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための制御情報を含んでいる。
続いて、無線端末2は、手順M2において、UL−MAP(帯域a)に従って基地局1へBW−REQ(a)を送信する。そうすると、基地局1は、UL−MAP(帯域a)を無線端末2へ返送する。
この後、ホスト部20は、データ2を生成する。そうすると、無線端末2は、手順M3において、BW−REQ(2)を基地局1へ送信する。BW−REQ(2)は、データ2を送信するための通信リソースを要求する。また、基地局1は、UL−MAP(帯域2)を無線端末2へ返送する。UL−MAP(帯域2)は、無線端末2から基地局1へデータ2を送信するための制御情報を含む。
さらに、無線端末2がデータ2を基地局1へ送信する前に、ホスト部20は、データ3を生成する。この場合、無線端末2は、手順M4において、データ2に加えてBW−REQ(3)を基地局1へ送信する。BW−REQ(3)は、データ3を送信するための通信リソースを要求する。
基地局1は、データ2およびBW−REQ(3)を受信すると、データ2を通信先の端末へ転送する。これにより、通信先の端末は、無線端末2から送信されるデータ2を受信する。また、基地局1は、無線端末2へUL−MAP(帯域3)を返送する。UL−MAP(帯域3)は、無線端末2から基地局1へデータ3を送信するための制御情報を含む。
さらに、無線端末2は、手順M5において、UL−MAP(帯域3)に従ってデータ3を基地局1へ送信する。このとき、無線端末2は、通信リソースが割り当てられていない送信データを有していない。したがって、無線端末2は、データ3に加えてBW−REQ(a)を基地局1へ送信する。
基地局1は、データ3およびBW−REQ(a)を受信すると、データ3を通信先の端末へ転送する。これにより、通信先の端末は、無線端末2から送信されるデータ3を受信する。また、基地局1は、無線端末2へUL−MAP(帯域a)を返送する。以降、無線端末2と基地局1との間で、BW−REQ(a)およびUL−MAP(帯域a)が送受信される。
このように、無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低い環境において送信データを有していないときは、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するためのBW−REQ(a)を繰り返し送信する。これにより、無線端末2は、対応するUL−MAP(帯域a)を基地局1から繰り返し受信する。すなわち、無線端末2は、送信データを有していない期間であっても、基地局1からUL−MAPを継続的に受信することができる。したがって、無線端末2は、レンジング信号(図6〜図7に示すシーケンスでは、帯域レンジング信号(BW ranging))を送信しなくとも、継続的に受信するUL−MAPを利用して、基地局1との接続を維持することができる。
ところで、無線端末2は、通信環境に応じて送信電力を制御する機能を備えている。例えば、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが低下したときは、無線端末2の電力制御系は、送信電力を大きくする。図8に示す例では、通信レベルがL1からL2に劣化すると、各サブキャリアの所要電力は、Pa1からPa2に増加する。また、通信レベルがL3にまで劣化すると、各サブキャリアの所要電力は、Pa3に増加する。ここで、通信レベルは、例えば、予め決められた電力で無線端末2から送信された信号の基地局1における受信レベルに基づいて検出される。そして、基地局1は、この受信レベルを所定レベルにするための制御情報を無線端末2に通知する。これにより、無線端末2から送信されるOFDM信号の各サブキャリアの電力は、基地局1が受信できるように制御される。
帯域レンジング信号(BW ranging)および帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、それぞれ、複数のサブキャリアを利用して送信される。したがって、通信レベルがL1からL3へ劣化すると、帯域レンジング信号(BW ranging)の所要送信電力はPb1からPb3へ増加し、帯域要求メッセージ(BW_REQ)の所要送信電力はPc1からPc3へ増加する。
ところが、無線端末2の送信電力は、規格等により、最大値Pmaxが設定されている。このため、通信レベルの劣化に伴って無線端末2の所要送信電力が増加すると、無線端末2は、その所要送信電力で無線信号を送信できないことがある。例えば、図8に示す例では、通信レベルがL3まで劣化すると、帯域レンジング信号(BW ranging)の所要送信電力Pb3は、最大送信電力Pmaxを超えてしまう。この場合、無線端末2は、帯域レンジング信号(BW ranging)の送信電力を最大送信電力Pmax以下に抑える必要がある。このため、各サブキャリアの電力は、基地局1が要求する所要値よりも低くなる。この結果、基地局1は、帯域レンジング信号(BW ranging)を受信できなくなる。
他方、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、メッセージ長が短く小さい帯域割当で送信できる。したがって、無線端末2は、帯域レンジング信号(BW ranging)よりも少ないサブキャリア割り当てがなされた場合でも、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信できる。このため、帯域要求メッセージ(BW_REQ)の所要送信電力Pc1〜Pc3は、帯域レンジング信号(BW ranging)の所要送信電力Pb1〜Pb3よりも低い。よって、図8に示す例では、通信レベルがL3まで劣化した場合であっても、帯域要求メッセージ(BW_REQ)の所要送信電力Pc3は、最大送信電力Pmaxよりも低くなっている。そうすると、無線端末2は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための各サブキャリアの送信電力を、基地局1から要求された値とすることができる。この結果、基地局1は、通信レベルがL3まで劣化した場合であっても、無線端末2から送信される帯域要求メッセージ(BW_REQ)を受信できる。
このように、実施形態の無線通信システムにおいては、例えば、無線端末2の送信電力が最大値に制御されているときに、帯域レンジング信号(BW ranging)は基地局1に到達できないが、帯域要求メッセージ(BW_REQ)は基地局1に到達できる状況が発生し得る。
そこで、実施形態の無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが所定の閾値よりも低い環境(この実施例では、基地局1が指示する送信電力で帯域レンジング信号(BW ranging)を送信できない環境)においては、送信データを有しているか否かに関わらず、基地局1へ帯域要求メッセージ(BW_REQ)を繰り返し送信する。これにより、無線端末2は、基地局1との間の接続を維持することができ、帯域レンジング信号(BW ranging)を送信することなく、新たなデータを送信することができる。なお、無線端末2は、上述の環境下で送信データを有していないときは、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信する。したがって、必要以上に大きなリソースが予約されることはなく、他の無線端末への影響は小さい。
図9は、無線端末2と基地局1との間の接続を維持する動作を説明する図である。ここでは、フレーム#1〜#7が描かれている。各フレームにおいて、DLは、基地局1から無線端末2へ送信されるダウンリンクデータを表し、ULは、無線端末2から基地局1へ送信されるアップリンクデータを表す。そして、この例では、時刻T1以降、基地局1と無線端末2との間の通信レベルが閾値よりも低くなっている。
無線端末2から送信される各サブキャリアの電力は、上述したように、通信環境に応じて制御される。例えば、基地局1は、無線端末2から送信される信号に基づいて通信環境(例えば、受信レベルまたは誤り率など)を検出する。そして、基地局1は、無線端末2から送信される信号を受信できるように、無線端末2の送信電力を指示する制御情報を無線端末2に通知する。これにより、無線端末2は、各サブキャリアの電力を調整する。
基地局1と無線端末2との間の通信レベルが低下すると、各サブキャリアの電力を大きくする制御が行われる。この場合、無線端末2の送信電力が増加する。そして、図9に示す例では、時刻T1において、帯域レンジング信号(BW ranging)を送信するために要求される送信電力が、無線端末2の最大送信電力Pmaxを超えている。すなわち、時刻T1以降は、無線端末2は、十分な電力で帯域レンジング信号(BW ranging)を送信できなくなる。このため、無線端末2は、時刻T1以降は、図7を参照しながら説明した方法で、基地局1との間の接続を維持する。
以下の説明では、フレーム#1のUL−MAPにより、データ1を送信するための制御情報が、基地局1から無線端末2に通知される。フレーム#1のUL−MAPは、フレーム#1よりも前に無線端末2から基地局1に送信された帯域要求メッセージ(BW_REQ)に対応して、基地局1により作成されているものとする。
無線端末2は、フレーム#1のUL−MAPを受信すると、フレーム#2において、そのUL−MAPに従ってデータ1を送信する。このとき、無線端末2は、新たな送信データを有していない。ところが、基地局1と無線端末2との間の通信レベルは、閾値よりも低下している。よって、無線端末2は、フレーム#2において、データ1に加えて、次の帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。
基地局1は、フレーム#2において受信したデータ1を、通信先の端末へ転送する。また、基地局1は、フレーム#2の帯域要求メッセージ(BW_REQ)を受信すると、フレーム#4において、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための制御情報を含むUL−MAPを無線端末2へ送信する。そうすると、無線端末2は、フレーム#4のUL−MAPを受信する。
無線端末2は、受信したUL−MAPに従って、フレーム#5において、さらに次の帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。以降の手順は同様である。
このように、無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低下すると、送信データを有していないときであっても、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ繰り返し送信する。これにより、帯域要求メッセージ(BW_REQ)と比較して大きな送信電力を必要とする帯域レンジング信号(BW ranging)を使用することなく、無線端末2は、基地局1との間の接続を維持できる。したがって、無線端末2は、フレーム#7以降において新たな送信データが生成されると、帯域レンジング信号(BW ranging)が基地局1へ到達しない環境下であっても、そのデータを基地局1へ送信することができる。
図10は、無線端末2の送信手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、MAC層制御部52により実行される。
ステップS1において、MAC層制御部52は、データを送信するための通信リソースが割当ての有無を判定する。ここで、データを送信するための通信リソースは、基地局1から無線端末2へUL−MAPにより通知される。そして、通信リソースが割り当てられていれば、処理はステップS2に進む。一方、通信リソースが割り当てられていなければ、処理は終了する。
ステップS1において、MAC層制御部52は、データを送信するための通信リソースが割当ての有無を判定する。ここで、データを送信するための通信リソースは、基地局1から無線端末2へUL−MAPにより通知される。そして、通信リソースが割り当てられていれば、処理はステップS2に進む。一方、通信リソースが割り当てられていなければ、処理は終了する。
ステップS2において、MAC層制御部52は、新たな送信データが存在するか否かを判定する。すなわち、ホスト部20が新たな送信データを生成すると、ステップS2は「Yes」と判定され、処理はステップS6へ移行する。一方、新たな送信データが存在しないときは、処理はステップS3へ移行する。
ステップS3においてMAC層制御部52は、無線端末2と基地局1との間の通信環境が弱電界モードか否かを判定する。弱電界モードは、無線端末2と基地局1との間の通信レベルが閾値よりも小さいことを表す。例えば、帯域レンジング信号(BW ranging)が基地局1へ到達しないときは、通信環境が弱電界モードであると判定される。そして、通信環境が弱電界モードと判定されると、処理はステップS5へ移行する。一方、通信環境が弱電界モードでないとき(ここでは、帯域レンジング信号(BW ranging)が基地局1へ到達すると見込まれるとき)は、処理はステップS4へ移行する。
ステップS4において、MAC層制御部52は、ホスト部20により生成されてバッファメモリに格納されている送信データ(以下、「現送信データ」と呼ぶことがある。)から送信データ信号への変換を指示する。具体的には、MAC層制御部52は、先のフレームで基地局1から通知されているUL−MAPに基づいて、現送信データに対して符号化処理、変調処理、逆FFT処理、D/A変換処理などの実行を指示する。
新たな送信データが存在せず(ステップS2:No)、且つ、通信環境が弱電界モードであるときは(ステップS3:Yes)、ステップS5が実行される。ステップS5において、MAC層制御部52は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を生成する。
新たな送信データが存在する場合は(ステップS2:Yes)、ステップS6が実行される。ステップS6において、MAC層制御部52は、新たな送信データのための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)を生成する。
ステップS7において、MAC層制御部52は、現送信データおよび帯域要求メッセージ(BW_REQ)を伝送するための送信データ信号を生成する。ここで、この帯域要求メッセージ(BW_REQ)は、ステップS5またはS6で生成されたものである。ただし、UL−MAPが現送信データのみに対応する通信リソースを割り当てているときは、この通信リソースで現送信データおよび帯域要求メッセージ(BW_REQ)の全てを送信できないことがある。すなわち、UL−MAPで割り当てられている通信リソースの一部を帯域要求メッセージ(BW_REQ)に割り当てると、現送信データの一部に対して通信リソースを割り当てられなくなる。例えば、図11に示す例では、現送信データのデータ部分a1に対して通信リソースが割り当てられているが、データ部分a2に対しては通信リソースが割り当てられない。
ステップS8において、MAC層制御部52は、アップリンクを介して送信データ信号を出力する。具体的には、MAC層制御部52は、ステップS4を実行したときは、現送信データを送信する。一方、ステップS7を実行したときは、MAC層制御部52は、現送信データおよび帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信する。
なお、図11に示す例において、通信リソースが割り当てられなかったデータ部分a2は、以降のフレームにおいて基地局1へ送信される必要がある。ここで、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信することによって、送信されないデータ部分が残る場合には、MAC層制御部52は、ステップS5において「帯域要求メッセージ(BW_REQ)+残りのデータ部分」を送信するための通信リソースを要求するようにしてもよい。また、MAC層制御部52は、ステップS6において「新たな送信データ+残りのデータ部分」を送信するための通信リソースを要求するようにしてもよい。
例えば、図7に示す手順M1では、無線端末2は、データ1およびBW−REQ(a)を基地局1へ送信している。このとき、BW−REQ(a)を送信することに起因してデータ1の一部が送信されなかったものとする。そうすると、無線端末2は、手順M2において、「帯域要求メッセージ(BW_REQ)+残りのデータ部分」を送信するための通信リソースを要求する。
図10に示すフローチャートの処理は、図7に示す実施例では、以下のように実行される。すなわち、MAC層制御部52は、データ1に対してUL−MAP(帯域1)を受信しているので、ステップS1は「Yes」と判定される。また、データ1の後に新たな送信データは存在しないので、ステップS2は「No」と判定される。さらに、図7に示す例では、手順M1が実行される時点で、無線端末2と基地局1との間の通信レベルは閾値よりも低いので、ステップS3は「Yes」と判定される。そして、図7に示す手順M1では、無線端末2は、データ1およびBW−REQ(a)を基地局1へ送信する。このBW−REQ(a)は、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を送信するための通信リソースを要求する帯域要求メッセージ(BW_REQ)に相当し、ステップS5で生成される。
図7に示す手順M2、M5においても、基本的には同様の処理が実行される。ただし、手順M3、M4においては、それぞれ、ホスト部20が新たな送信データを生成している。したがって、この場合、ステップS2において「Yes」と判定され、ステップS6が実行される。そして、ステップS6において、新たな送信データのための帯域要求メッセージ(BW_REQ)が生成される。すなわち、手順M3では、データ2を送信するためのBW−REQ(2)が生成され、手順M4では、データ3を送信するためのBW−REQ(3)が生成される。
ところで、実施形態の無線端末2は、基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低くなると、送信データの有無にかかわらず帯域要求メッセージ(BW_REQ)を繰り返し送信するモードで動作する。ここで、無線端末2と基地局1との間の通信レベルが閾値よりも低いか否かを判定する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、以下の手順を含む。
WiMAX(OFDMA-PHY)においては、各サブキャリアの送信電力は、例えば、閉ループ(Closed Loop)制御または開ループ(Open Loop)制御で算出される。閉ループ制御では、各サブキャリアの送信電力PNewは、下式に従って更新される。
PNew =PLast+(C/NNew−C/NLast)
−(10log10(RNew)−10log10(RLast))+Offset
C/Nは、変調方式によって正規化されたノイズレベルを表す。Rは、リピティションを表す。
PNew =PLast+(C/NNew−C/NLast)
−(10log10(RNew)−10log10(RLast))+Offset
C/Nは、変調方式によって正規化されたノイズレベルを表す。Rは、リピティションを表す。
すなわち、各サブキャリアの送信電力PNewは、前回の送信時の各サブキャリアの送信電力、ノイズレベル、リピティション、および今回の送信に際してのノイズレベル、リピティションに基づいて算出される。また、WiMAXでは、レンジング信号を送信するためのサブキャリアの数は、システムの無線帯域幅によって決められている。例えば、10MHz帯域システムでは、無線端末は、144本のサブキャリアを使用してレンジング信号を送信する。したがって、レンジング信号を送信するために必要な送信電力は、各サブキャリアの送信電力にサブキャリア数を乗じることで計算される。
開ループ制御では、各サブキャリアの送信電力Pは、下式により算出される。
P(dBm)=L+C/N+NI−10log10(R)+Offset_SSperSS+Offset_BSperSS
Lは、無線端末2と基地局1との間のパスの損失を表す。Lは、例えば、基地局1の同報信号の送信レベルおよびその同報信号の無線端末2における受信レベルに基づいて算出される。NIは、基地局1における各サブキャリアのノイズおよび干渉の平均電力を表す。Offset_SSperSS+Offset_BSperSSは、固定値であり、予め算出される。
P(dBm)=L+C/N+NI−10log10(R)+Offset_SSperSS+Offset_BSperSS
Lは、無線端末2と基地局1との間のパスの損失を表す。Lは、例えば、基地局1の同報信号の送信レベルおよびその同報信号の無線端末2における受信レベルに基づいて算出される。NIは、基地局1における各サブキャリアのノイズおよび干渉の平均電力を表す。Offset_SSperSS+Offset_BSperSSは、固定値であり、予め算出される。
すなわち、開ループ制御においても、各サブキャリアの送信電力は、無線端末2において算出可能である。したがって、無線端末2は、レンジング信号を送信するための電力を算出できる。
ここで、例えば、無線端末2と基地局1との間の距離が大きくなると、無線端末2の送信信号の各サブキャリアの電力は大きくなる方向に制御される。ところが、無線端末2の送信電力は、最大値Pmaxよりも小さい範囲で制御される。このため、無線端末2の送信信号の各サブキャリアの送信電力Pscは、下記の条件を満たすように制御される。
N×Psc≦Pmax
なお、Nは、信号を送信するためのサブキャリアの数を表す。また、送信電力Pscは、例えば、上述の閉ループ制御では、PNewに相当する。
N×Psc≦Pmax
なお、Nは、信号を送信するためのサブキャリアの数を表す。また、送信電力Pscは、例えば、上述の閉ループ制御では、PNewに相当する。
ここで、レンジング信号を送信するためのサブキャリアの数をNrで表わすものとすると、算出されたNr×Pscが最大電力Pmaxよりも大きくなるときは、無線端末2から送信されるレンジング信号を基地局1が受信できない、と推定される。
したがって、無線端末2は、上述のようにして算出されるレンジング信号の所要送信電力(すなわち、Nr×Psc)を閾値と比較する。この閾値は、例えば、無線端末2の最大送信電力Pmaxである。或いは、この閾値は、無線端末2の最大送信電力Pmaxよりも少しだけ小さい値であってもよい。最大送信電力Pmaxよりも小さい閾値を使用すれば、無線端末2は、レンジング信号が基地局1に届かなくなる前に、図7に示す動作モードに移行することができる。
図12は、無線端末2と基地局1との間の通信レベルを判定する処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図10に示すステップS3に相当する。
ステップS11において、MAC層制御部52は、各サブキャリアの所要送信電力を算出する。各サブキャリアの所要送信電力は、例えば、上述した閉ループ制御または開ループ制御に基づいて算出される。ステップS12において、MAC層制御部52は、レンジング信号の所要送信電力を算出する。ステップS13〜S14において、MAC層制御部52は、レンジング信号の所要送信電力と閾値(無線端末2の最大送信電力Pmax)とを比較する。この結果、レンジング信号の所要送信電力が閾値よりも大きければ、MAC層制御部52は基地局1がレンジング信号を受信できないと判定(または、推定)し、処理はステップS5へ移行する。一方、レンジング信号の送信所要電力が閾値以下であれば、MAC層制御部52は基地局1がレンジング信号を受信できると判定し、処理はステップS4へ移行する。
ステップS11において、MAC層制御部52は、各サブキャリアの所要送信電力を算出する。各サブキャリアの所要送信電力は、例えば、上述した閉ループ制御または開ループ制御に基づいて算出される。ステップS12において、MAC層制御部52は、レンジング信号の所要送信電力を算出する。ステップS13〜S14において、MAC層制御部52は、レンジング信号の所要送信電力と閾値(無線端末2の最大送信電力Pmax)とを比較する。この結果、レンジング信号の所要送信電力が閾値よりも大きければ、MAC層制御部52は基地局1がレンジング信号を受信できないと判定(または、推定)し、処理はステップS5へ移行する。一方、レンジング信号の送信所要電力が閾値以下であれば、MAC層制御部52は基地局1がレンジング信号を受信できると判定し、処理はステップS4へ移行する。
実施形態の無線端末2は、他の方法で基地局1との間の通信レベルをモニタするようにしてもよい。例えば、無線端末2は、図3に示すAGC部46により算出されるゲインに基づいて、通信レベルを推定してもよい。或いは、無線端末2は、基地局1または無線端末2において検出される誤り率などに基づいて、通信レベルを推定してもよい。
なお、データを送信するために必要な送信電力が閾値(例えば、無線端末2の最大送信電力)よりも大きくなるときは、無線端末2は、UL−MAPで通知された数よりも少ないサブキャリアでそのデータを送信するようにしてもよい。この場合、無線端末2は、例えば、基地局1が受信できるように各サブキャリアの電力を大きくする。そして、無線端末2は、各サブキャリアの電力をそのようにして決定したときに、総送信電力が最大送信電力を超えないようにサブキャリアの本数を決定する。
例えば、UL−MAPで通知されたサブキャリア数が72であるものとする。また、データ送信のために使用されるサブキャリア数の最小単位が24であるものとする。更に、基地局1が受信できるように要求されたサブキャリアの電力をPscとする。このとき、48Psc≦Pmax<72Pscであれば、無線端末2は、48本のサブキャリアを利用して送れるデータまで送信し、残りのサブキャリアを利用する送信スロットには信号を載せないようにする。また、24Psc≦Pmax<48Pscであれば、24本のサブキャリアを利用して送れるデータまで送信する。この場合、基地局は、送信に使われなかったサブキャリアを利用するスロットに対し受信エラーを検出するが、送信に用いたサブキャリア分については正しく受信できることが期待できる。ただし、Pmax<24Pscであるときは、無線端末2は、総送信電力がPmax以下になるように各サブキャリアの電力を要求値よりも小さく制御すると共に、24本のサブキャリアを利用してデータを送信する。
次に、無線端末2と基地局1との間の通信レベルが回復して閾値よりも高くなる場合について説明する。通信レベルが閾値以上に回復すると、基地局1は、無線端末2から送信されるレンジング信号を受信することができる。この場合、無線端末2は、送信データが生成されたことを契機として帯域レンジング信号を基地局1に送信すれば、通信を開始することができる。すなわち、無線端末2は、基地局1との間の通信を維持しておかなくても、生成されたデータを送信できる。したがって、通信レベルが閾値以上に回復したときには、無線端末2は、例えば下記の手順で、帯域要求メッセージ(BW_REQ)を継続的に基地局1へ送信する動作モードを終了する。
すなわち、通信レベルが閾値以上に回復したときは、無線端末2は、必要な通信リソースがゼロであることを表す帯域要求メッセージ(BW_REQ)を基地局1へ送信する。基地局1は、このメッセージを受信すると、無線端末2に対して通信リソースの割り当てを行わない。或いは、通信レベルが閾値以上に回復したときは、無線端末2は、先の帯域要求メッセージ(BW_REQ)に対して基地局1によって割り当てられた通信スロットを利用して、予め決められたデータパターンを送信する。基地局1は、このデータパターンを受信すると、通信レベルが回復したことを認識する。なお、このデータパターンは、例えば、ヌルデータ(すべてのビットがゼロ)である。
以上、説明したように、実施形態の無線端末2は、レンジング信号が基地局1に到達しない環境下でも、帯域要求を繰り返し基地局1へ送信することにより、基地局1との間の通信を維持できる。したがって、無線端末2は、「圏外」と判定される確率が低くなる。
なお、上述の説明では、無線通信システムがWiMAXを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信する他の無線通信システムにも適用可能である。例えば、本発明は、所定数のサブキャリアを利用して基地局にアクセス権を要求すると共に、上記所定数よりも少ないサブキャリアで基地局に通信リソースを要求する、無線通信システムに適用可能である。
以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末であって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記2)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いときは、前記第2の送信部は、前記基地局へ前記要求メッセージを繰り返し送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記3)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が送信データを有していないときは、前記第2の送信部は、前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記4)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が既に通信リソースが割り当てられている送信データを有しているときは、前記第2の送信部は、前記送信データの少なくとも一部、および前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージ、を前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記5)
付記1に記載の無線端末であって、
前記第2の送信部は、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースを利用して、新たな要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記6)
付記1に記載の無線端末であって、
前記要求信号を前記基地局へ送信するための送信電力に基づいて、前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いか否かを判定する判定部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記7)
付記6に記載の無線端末であって、
前記判定部は、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースにおいて前記要求信号を前記基地局へ送信するための送信電力に基づいて、前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いか否かを判定し、
前記第2の送信部は、前記判定部により前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いと判定されると、前記通信リソースを利用して前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記8)
付記7に記載の無線端末であって、
前記判定部により算出される前記送信電力に基づいて決まる数のサブキャリアで、前記通信リソースを利用して前記基地局へデータを送信する第3の送信部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記9)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値以上に回復したときには、前記第2の送信部は、必要な通信リソースがゼロであることを表す要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記10)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値以上に回復したときに、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースを利用して予め決められたデータパターンを送信する第4の送信部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記11)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備える無線インタフェースモジュールであって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線インタフェースモジュール。
(付記12)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備えるプロセッサに、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する手順、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する手順、
前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する手順、
を実行させることを特徴とするデータ送信プログラム。
(付記13)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムに使用される無線通信方法であって、
無線端末は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信し、
前記基地局は、前記要求信号に応じて前記無線端末にアクセス権を割り当て、
前記無線端末は、送信データを有しているときは、前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信し、
前記無線端末は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信し、
前記基地局は、前記要求メッセージに応じて、前記無線端末に通信リソースを割り当てる
ことを特徴とする無線通信方法。
(付記1)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末であって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記2)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いときは、前記第2の送信部は、前記基地局へ前記要求メッセージを繰り返し送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記3)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が送信データを有していないときは、前記第2の送信部は、前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記4)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が既に通信リソースが割り当てられている送信データを有しているときは、前記第2の送信部は、前記送信データの少なくとも一部、および前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージ、を前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記5)
付記1に記載の無線端末であって、
前記第2の送信部は、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースを利用して、新たな要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記6)
付記1に記載の無線端末であって、
前記要求信号を前記基地局へ送信するための送信電力に基づいて、前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いか否かを判定する判定部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記7)
付記6に記載の無線端末であって、
前記判定部は、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースにおいて前記要求信号を前記基地局へ送信するための送信電力に基づいて、前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いか否かを判定し、
前記第2の送信部は、前記判定部により前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いと判定されると、前記通信リソースを利用して前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記8)
付記7に記載の無線端末であって、
前記判定部により算出される前記送信電力に基づいて決まる数のサブキャリアで、前記通信リソースを利用して前記基地局へデータを送信する第3の送信部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記9)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値以上に回復したときには、前記第2の送信部は、必要な通信リソースがゼロであることを表す要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。
(付記10)
付記1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値以上に回復したときに、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースを利用して予め決められたデータパターンを送信する第4の送信部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。
(付記11)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備える無線インタフェースモジュールであって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線インタフェースモジュール。
(付記12)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備えるプロセッサに、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する手順、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する手順、
前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する手順、
を実行させることを特徴とするデータ送信プログラム。
(付記13)
複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムに使用される無線通信方法であって、
無線端末は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信し、
前記基地局は、前記要求信号に応じて前記無線端末にアクセス権を割り当て、
前記無線端末は、送信データを有しているときは、前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信し、
前記無線端末は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信し、
前記基地局は、前記要求メッセージに応じて、前記無線端末に通信リソースを割り当てる
ことを特徴とする無線通信方法。
1 基地局(BS)
2 無線端末(MS)
11 第1の送信部
12 第2の送信部
13 判定部
14 プロセッサ
15 メモリ
20 ホスト部
30 I/F部
52 MAC層制御部
2 無線端末(MS)
11 第1の送信部
12 第2の送信部
13 判定部
14 プロセッサ
15 メモリ
20 ホスト部
30 I/F部
52 MAC層制御部
Claims (10)
- 複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末であって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いときは、前記第2の送信部は、前記基地局へ前記要求メッセージを繰り返し送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が送信データを有していないときは、前記第2の送信部は、前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低く、且つ、前記無線端末が既に通信リソースが割り当てられている送信データを有しているときは、前記第2の送信部は、前記送信データの少なくとも一部、および前記要求メッセージを送信するために必要な通信リソースを要求する要求メッセージ、を前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記第2の送信部は、先の要求メッセージに対して前記基地局により割り当てられた通信リソースを利用して、新たな要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記要求信号を前記基地局へ送信するための送信電力に基づいて、前記基地局との間の通信レベルが前記閾値よりも低いか否かを判定する判定部、をさらに備える
ことを特徴とする無線端末。 - 請求項1に記載の無線端末であって、
前記基地局との間の通信レベルが前記閾値以上に回復したときには、前記第2の送信部は、必要な通信リソースがゼロであることを表す要求メッセージを前記基地局へ送信する
ことを特徴とする無線端末。 - 複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備える無線インタフェースモジュールであって、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する第1の送信部と、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する第2の送信部、を備え、
前記第2の送信部は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する
ことを特徴とする無線インタフェースモジュール。 - 複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムにおいて使用される無線端末が備えるプロセッサに、
所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信する手順、
前記無線端末が送信データを有しているときは、前記要求信号に対して前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信する手順、
前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、前記無線端末が送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信する手順、
を実行させることを特徴とするデータ送信プログラム。 - 複数のサブキャリアを利用してデータを送信する無線通信システムに使用される無線通信方法であって、
無線端末は、所定数のサブキャリアを利用して、アクセス権を要求する要求信号を基地局へ送信し、
前記基地局は、前記要求信号に応じて前記無線端末にアクセス権を割り当て、
前記無線端末は、送信データを有しているときは、前記基地局により割り当てられたアクセス権を利用して、前記所定数よりも少ないサブキャリアで送信可能な、通信リソースを要求する要求メッセージを前記基地局へ送信し、
前記無線端末は、前記基地局との間の通信レベルが閾値よりも低いときは、送信データを有していないときであっても、前記基地局へ前記要求メッセージを送信し、
前記基地局は、前記要求メッセージに応じて、前記無線端末に通信リソースを割り当てる
ことを特徴とする無線通信方法。
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