JP5086176B2 - 携帯通信端末および無線通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のネットワークを通じて無線通信可能な携帯通信端末および無線通信方法に関する。
近年、携帯電話やPHS(Personal Handy phone System)端末に代表される携帯通信端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質なネットワークが取り入れられるようになってきた。
このような携帯通信端末等ノード間の情報伝達を行うネットワーク(他にもネットワークメディアや無線通信方式といった言い方もある。)の一つとして、CDMA(Code Division Multiple Access)やWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)がある。
CDMAは、複数の信号にそれぞれ異なる符号を乗算、全ての信号を合成し1つの周波数を用いて送信する方式である。一方、WiMAXは、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access:直交周波数分割多元接続)方式を用いた通信方式の一つであり(例えば、非特許文献1)、OFDM方式は、データの多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。
このようなネットワークを単体でのみ用いる場合に限らず、複数のネットワークを並行して利用することでさらなる高速化を図ることができる。かかる構成では、1つのデータから生成された複数のパケットをそれぞれのネットワークに分散して送信することが可能であり、転送速度または帯域がそれぞれのネットワーク単体の場合の和になるといった効果を奏する。
また、特許文献1には、複数のネットワークを利用可能な環境下で、アプリケーションを利用するのに適さないネットワークを除外し1つのネットワークを選択する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2006−60579号公報 「Mobile WiMAX ? Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf
通常用いられる通信プロトコルでは、携帯通信端末のリンクレイヤは、ネットワークからパケットを受信し、本来受信すべきパケットが欠落しているとその欠落したパケットの再送要求を行う。こうして再送されたパケットの補完によって完全なデータが再生される。また、上述したように複数のネットワークを通じ、並行してパケットを受信する場合でも、共通のリンクレイヤによってパケットの欠落判断が為され、再送要求が行われる。
しかし、複数のネットワークを1つのデータリンクとして用いた場合、送信されるパケットは複数のネットワークに順次振り分けられ、それぞれ独立して送信されるため、パケットの受信タイミングは非同期となる。従って、パケットが到達する前にそのパケットを欠落していると判断してしまい、パケットの再送を要求してしまうといった問題が生じていた。複数のネットワークにおいて、データ転送方式、通信帯域、通信品質の変動推移等が違うことがその原因である。
例えば、送信側において送信すべきパケットは、再生される時間に従って付されたシリアル番号順に各ネットワークに振り分けられる。このように、振分時には時系列に並んでいるパケットもネットワークが異なると、その送信単位(フレーム)等の違いによって受信時刻に差が生じてしまう。従って、ネットワークによっては、パケットを先に振り分けて送信したが、後に受信されるといった現象が生じ得る。
上記の場合、パケットが欠落しているとリンクレイヤが判断し再送要求を行った後に元のパケットが到達するので、再送要求とそれに対応した再送パケットが無駄になる。このように複数のネットワークからのパケットの欠落を互いに独立して判断していると、不要な再送要求や不要な再送対応パケットの受信が実行されてしまう。
かかる問題は、パケット欠落を判断するまでの待機時間を延長することで解決できるが、欠落判断が終了するまでの間、保持されているパケットを利用できなくなるので、単に待機時間を延長するだけではリアルタイム性を失う結果を招いてしまう。
本発明は、このような問題に鑑み、複数のネットワークを1つのデータリンクとして使用する場合においても、パケット欠落判断のための適切な待機時間により、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能な、携帯通信端末および無線通信方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、複数のネットワークと接続可能な携帯通信端末であって、複数のネットワークから受信したパケットを保持する保持部と、複数のネットワークそれぞれのフレーム時間に応じて決まる所定待機時間後に保持部で保持されているパケットの欠落の有無を判断する欠落判断部と、欠落判断部が欠落有りと判断した場合、欠落したパケットの再送を要求する再送要求部と、を備えることを特徴とする。
複数のネットワーク間のデータ転送におけるタイムラグにより遅れて受信されるパケットを本来欠落パケットと見なすべきではない。そこで、本発明では、ネットワークにおけるフレーム時間、即ち、パケットが振り分けられてから実際にそのパケットが送信されるまでの時間を考慮し、所定量のパケットの受信が完了するまで再送要求を抑制することで、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能となる。
所定待機時間は、複数のネットワークそれぞれのフレーム完了タイミングが実質的に一致する間隔であってもよい。
フレーム完了タイミングが実質的に一致する間隔でパケットの欠落を確認することで、ネットワーク間のフレームの終端の時間差をある程度埋めることができ、無駄な再送要求を削減することが可能となる。
欠落判断部は、欠落有りと判断した場合、所定時間後さらに追加されたパケットを合わせて欠落の有無を再度判断してもよい。
上述したようにフレーム完了タイミングが実質的に一致する間隔単位で所定待機時間を定めると、パケットの誤った欠落判断が為される場合が生じ得る。ここで、欠落判断部は、欠落有りと判断した場合にのみ、いずれか一方のネットワークからフレームをさらに受信し、そのフレームにおける欠落とみなされたパケットの有無を再度判断してから最終的な欠落結果を示す。かかる構成により欠落誤判断を防止すると共に、仮に誤判断があったとしても再送要求を伴うことなく迅速に欠落判断を訂正することが可能となる。
所定待機時間は、複数のネットワークそれぞれのフレーム時間の最小公倍数に相当する時間であってもよい。
フレーム時間の最小公倍数に相当する時間が経過した時点では、各ネットワークのフレーム終端が揃うので受信すべきパケットのタイムラグが吸収され、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を確実に削除することが可能となる。
本発明の代表的な他の構成は、複数のネットワークから並行してパケットを受信する無線通信方法であって、複数のネットワークから受信したパケットを保持し、複数のネットワークそれぞれのフレーム時間に応じて決まる所定待機時間後に保持されているパケットの欠落の有無を判断し、パケットの欠落有りと判断された場合、欠落したパケットの再送を要求することを特徴とする。
上述した携帯通信端末の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該無線通信方法にも適用可能である。
以上説明したように本発明によれば、複数のネットワークを1つのデータリンクとして使用する場合においても、パケット欠落判断のための適切な待機時間により、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
複数のネットワークを1つのデータリンクとして用いた場合、複数のネットワークそれぞれに振り分けられたパケットが各ネットワークのフレーム時間に従った相異するタイミングで受信される。このような状況下において、従来では、一方のネットワークからのパケットのシリアル番号を参照し、他方のネットワークで未達のパケットを欠落判断してしまうといった現象が生じていた。本実施形態は、このような欠落誤判断による不要な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することを目的としている。以下、本実施形態の理解を容易にするため、まず無線通信システム全体を説明し、その後、携帯通信端末の具体的構成を説明する。
(無線通信システム100)
図1は、無線通信システム100の概略的な接続関係を示した説明図である。当該無線通信システム100は、携帯通信端末110と、基地局120(120A、120B)と、ルータ130と、ISDN(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網140と、アプリケーションサーバ150とを含んで構成される。
携帯通信端末110は、携帯電話、PHS端末、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、DVDプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器で構成され、ユーザはかかる携帯通信端末110を用いてアプリケーションサーバ150等を有するサービス事業者から様々なサービスを受けることができる。詳細な構成は後程述べる。
基地局120は、携帯通信端末110とネットワークを通じて無線通信を確立し、携帯通信端末110の他の携帯通信端末との通話や、通信網140を通じたデータ通信等を制御する。ここでは、特に基地局120AはCDMAによって無線通信を確立し、基地局120BはWiMAXによって無線通信を確立する。本実施形態では、このようにネットワークとしてCDMAおよびWiMAXを挙げているが、かかる場合に限られず、WLAN(Wireless Local Area Network)やPHS MoU(Memorandum of Understanding)、LTE(Long Term Evolution)等様々なネットワークを用いることも可能である。
ルータ130は、携帯通信端末110から2つのネットワークを通じて入力されたデータを1つに纏めて(1つのデータリンクとして)アプリケーションサーバ150に送信し、また、アプリケーションサーバ150からのデータを2つのネットワークに適切な転送速度で振り分ける。また、変調方式の変更により転送速度やフレーム時間が変化するとそれに応じてパケットの振り分けも適応的に変化させる。
図2は、ルータ130の動作を説明するための説明図である。ここで、数字が付されたボックス160はパケットを示し、数字はそのパケットのシーケンス番号を示す。以後、個々のパケットをその数字を用いて例えば1番パケットと呼ぶ。
アプリケーションサーバ150から送信されたデータは、ルータ130においてパケット化され、図2(a)に示すように各ネットワークに振り分けられる。かかる振り分け手順はルータ130の実装に依存するが、本実施形態では理解を容易にするため、基地局120A即ちCDMAのネットワークに奇数パケットを、基地局120B即ちWiMAXのネットワークに偶数パケットを振り分けている。
CDMAではフレーム毎に4つのパケットを含めることができるとすると、8つのパケットを振り分けた図2(a)の時点で送信可能なフレーム170が生じ、図2(b)のように携帯通信端末110に送信される。また、WiMAXではフレーム毎に6つのパケットを含めることができるとすると、図2(b)の時点で送信可能なフレーム172が生じ、図2(c)のように追って携帯通信端末110に送信される。
かかる図2を参照して理解できるように、各ネットワークに均等にパケットを振り分けた場合であっても、ネットワーク毎のフレーム時間が相異すると、例えば、図2(b)の如く7番パケットが携帯通信端末110に到達した後で、図2(c)の如く2番パケットが到達するといった到達順が前後する場合が生じる。かかる課題は後述する携帯通信端末110によって解決される。
アプリケーションサーバ150は、通信網140を通じて携帯通信端末110と接続され、携帯通信端末110からの要求に応じてデータ転送等様々なサービスを提供する。
(携帯通信端末110)
図3は、携帯通信端末110のハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図4は、携帯通信端末110としての携帯電話を例示した斜視図である。携帯通信端末110は、端末制御部210と、端末メモリ212と、表示部214と、操作部216と、音声入力部218と、音声出力部220と、端末無線通信部222とを含んで構成される。
端末制御部210は、中央処理装置(CPU)を含む半導体集積回路により携帯通信端末110全体を管理および制御し、端末メモリ212のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、TV視聴機能も遂行する。端末メモリ212は、ROM、RAM、EEPROM、不揮発性RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成され、端末制御部210で処理されるプログラムや通信データ等を記憶する。
表示部214は、液晶ディスプレイ、EL(Electro Luminescence)等で構成され、端末メモリ212に記憶された、または通信網140を介してアプリケーションサーバ150から提供されるアプリケーションデータ、他のWebサーバから提供される、Webコンテンツ、アプリケーションのGUI(Graphical User Interface)等を表示することができる。
操作部216は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等の可動スイッチで構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
音声入力部218は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時に入力されたユーザの音声を携帯通信端末110内で処理可能な電気信号に変換する。音声出力部220は、スピーカで構成され、携帯通信端末110で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部216の操作音、アラーム音等も出力できる。
端末無線通信部222は、共通のリンクレイヤにおいてCDMAやWiMAX等のネットワークを通じた基地局120との無線通信を確立し、通信相手との音声通信やアプリケーションサーバ150とのデータ通信を遂行する。また、通信対象としての2つのネットワークを例えば、CDMAを音声通信として、WiMAXをデータ通信として固定的に配分することもできる。
また、上述した端末無線通信部222は、ネットワーク制御部250(250A、250B)、ネットワークリソース管理部252、保持部254、欠落判断部256、プロトコルスタック部258、再送要求部260として機能する。
ネットワーク制御部250は、それぞれのネットワークとの通信を遂行する。ここで、ネットワーク制御部250AはCDMAによる通信を、ネットワーク制御部250BはWiMAXによる通信を確立する。そしてそれぞれ受信したフレームからパケットを取り出し保持部254に転送する。
ネットワークリソース管理部252は、上位アプリケーションが要求する通信品質に応じたネットワーク制御部250のリソース配分を行う。例えば、上位アプリケーションから6Mbpsの転送速度によるデータ通信の要求があった場合、CDMAとWiMAXとにそれぞれ2.4Mbps、3.6Mbpsの転送速度を割り当てることで6Mbpsを実現する。このような転送速度の割当により決定されるネットワークそれぞれのフレーム時間を欠落判断部256に伝達する。
保持部254は、複数のネットワークから受信したパケットを一時的に保持するバッファとして機能する。
欠落判断部256は、複数のネットワークそれぞれの転送速度(帯域)およびフレーム長から導かれるフレーム時間に応じて所定待機時間を計算し、計算された所定待機時間後に保持部254で保持されている対象パケットの欠落の有無を判断する。
図5は、欠落判断部256の動作例を示した説明図である。ここでパケットの表現は図2に従う。例えば、CDMAのフレーム時間が4msecであり、WiMAXのフレーム時間が6msecであるとする。そして、図2に示したように、基地局120AからCDMAを通じた奇数パケットを含むフレームを、基地局120BからWiMAXを通じた偶数パケットを含むフレームを受信すると仮定する。ここで、フレーム時間は、それぞれのネットワーク(CDMA、WiMAX)における物理レイヤがデータを処理する単位時間を示す。
例えば、図5(a)に示す時点においては、CDMAを通じたフレーム310とWiMAXを通じたフレーム312が既に受信され、保持部254に保持されている。ここでは、10番および12番パケットは存在するが、まだフレーム314が到達していないので9番および11番パケットが欠落パケットと判断されてしまう。
本実施形態においては、異なるネットワークのフレーム時間に応じて決定された所定待機時間、例えば、それぞれのフレーム時間の最小公倍数に相当する時間だけ待機する。従って、図5の例では所定待機時間は12msecとなる。このような最小公倍数に相当する時間毎のパケット群を1つの処理単位とし、その間に受信されたパケットを対象として欠落を判断すると、図5(b)のように、切りよくフレーム310、312、314、316、318が受信され、各ネットワークのフレーム316、318の終端が揃うのでパケットのタイムラグが吸収される。
このように、ネットワークにおけるフレーム時間、即ち、パケットが振り分けられてから実際にそのパケットが送信されるまでの間隔を考慮し、所定量のパケットの受信が完了するまで再送要求を抑制することで、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能となる。
また、所定待機時間は、複数のネットワークそれぞれのフレーム完了タイミングが実質的に一致する間隔であってもよい。
図6は、欠落判断部256の他の動作例を示した説明図である。ここでもパケットの表現は図2に従う。図6においては、例えば、CDMAのフレーム時間が3msecであり、WiMAXのフレーム時間が16msecであるとする。そして、図6では、図5同様、基地局120AからCDMAを通じた奇数パケットを含むフレームが、基地局120BからWiMAXを通じた偶数パケットを含むフレームが受信されると仮定する。
上記の条件においても図5同様最小公倍数に相当する時間を計算すると3×16=48msecを費やしてしまう。後述するプロトコルスタック部258は、欠落判断部256の欠落判断が終了するまで保持部254のパケットを利用することができないので、単純に最小公倍数に相当する時間を用いるとリアルタイム性を失う結果を招く場合がある。しかし、3msecと16msecとの関係から言うと、フレーム時間の大きい16msecで欠落を判断したとしても、図6に示すように、そのフレーム間の差分dは1msecであり、最大でも2msecに収まる。
このように、フレーム完了タイミングが完全には合ってないとしても、実質的に一致する間隔でパケットの欠落を確認することで、ネットワーク間のフレームの終端の時間差をある程度埋めることができ、無駄な再送要求を著しく削減することが可能となる。
また、欠落判断部256は、一度欠落有りと判断した場合であっても、所定時間後さらに追加されたパケットを合わせて欠落の有無を再度判断してもよい。
図7は、欠落判断部256の他の動作例を示した説明図である。かかる動作は図6の続きとして説明することができる。例えば、図6の状況下で、欠落判断部256は、所定待機時間16msec後にパケットの欠落の有無を判断し、仮に31番パケットが欠落していると判断する。このとき欠落判断部256は、直ぐに再送要求を出さず、所定時間、ここでは、フレームの終端が所定待機時間と重なっていないネットワーク側(CDMA側)の1フレーム320だけさらに待機し、1フレーム320分のパケットが保持部254に確保されると、その1フレーム320の31番パケットを処理単位であるパケット群に追加して、追加されたパケット群322に対して欠落を判断する。
このように、欠落判断部256は、欠落有りと判断した場合にのみ、いずれか一方のネットワークからフレームをさらに受信し、そのフレームにおける欠落とみなされたパケットの有無を再度判断してから最終的な欠落結果を示す。かかる構成により欠落誤判断を防止すると共に、仮に誤判断があったとしても再送要求を伴うことなく、また、最小公倍数に相当する時間待つことなく、高いリアルタイム性を維持して迅速に欠落判断を訂正することが可能となる。
プロトコルスタック部258は、欠落判断部256がパケットの欠落を検知しなかった場合、保持部254からそれまでのパケット群を1つの処理単位として取得し、上位アプリケーションで利用可能なようにスタックする。このとき、パケットの並び替えを行うとしてもよい。
再送要求部260は、欠落判断部256が欠落を検知した場合、2つのネットワークのうち、より通信品質の高い、安定したネットワークを選択して、そのネットワーク経由で欠落していると判断されたパケットの再送要求を送信する。
以上、説明した携帯通信端末110によると、複数のネットワークを1つのデータリンクとして使用する場合においても、パケット欠落判断のための適切な待機時間により、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能となる。
(無線通信方法)
次に、複数のネットワークから並行してパケットを受信する無線通信方法を説明する。
図8は、無線通信方法の全体的な流れを示したシーケンス図である。ここでは、基地局120Aおよび120Bから複数のネットワークを通じてパケットを取得する。具体的には、まず、携帯通信端末110が基地局120Aからの1、3、5、7番パケットを受信して保持し(S400)、基地局120Bからの2、4、6、8、10、12番パケットを受信して保持する(S402)。同様にして、基地局120Aからの9、11、13、15番パケットを受信して保持し(S404)、時を異ならせて基地局120Aからの17、19、21、23番パケットを受信して保持し(S406)、基地局120Bからの14、16、18、20、22、24番パケットを受信して保持する(S408)。
このとき、欠落判断を実行する所定待機時間が経過すると、欠落判断部256は、保持部254に保持されているパケットの欠落の有無を判断し(S410)、仮に欠落判断部256がパケット(21番パケット)の欠落有りと判断した場合、再送要求部260は、より通信品質の高いネットワーク、ここではWiMAXを選択して基地局120Bに対し、欠落した21番パケットの再送を要求する(S412)。
基地局120Bは、再送要求に応じて21番パケットを再送し(S414)、パケットが補完されると、その対象となるパケット群がプロトコルスタック部258に伝送される(S416)。
かかる無線通信方法においても、パケット欠落判断のための適切な待機時間により、リアルタイム性を維持しつつ無駄な再送要求を削除し、効率的な無線通信を遂行することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態においては、複数の異なるネットワークを挙げて説明しているが、通信経路が複数であれば、同一のネットワークだが接続する基地局が相異する場合や、ネットワークおよび基地局が同一だがOFDMのようにタイムスロットが相異する場合においても本実施形態を適用することが可能である。
なお、本明細書の無線通信方法における各工程は、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
本発明は、複数のネットワークを通じて無線通信可能な携帯通信端末および無線通信方法に利用することができる。
無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。 ルータの動作を説明するための説明図である。 携帯通信端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 携帯通信端末としての携帯電話を例示した斜視図である。 欠落判断部の動作例を示した説明図である。 欠落判断部の他の動作例を示した説明図である。 欠落判断部の他の動作例を示した説明図である。 無線通信方法の全体的な流れを示したシーケンス図である。
符号の説明
110 …携帯通信端末
254 …保持部
256 …欠落判断部
260 …再送要求部

Claims (5)

  1. 複数のネットワークと接続可能な携帯通信端末であって、
    前記複数のネットワークから受信したパケットを保持する保持部と、
    前記複数のネットワークそれぞれのフレーム時間に応じて決まる所定待機時間後に前記保持部で保持されているパケットの欠落の有無を判断する欠落判断部と、
    前記欠落判断部が欠落有りと判断した場合、欠落したパケットの再送を要求する再送要求部と、
    を備えることを特徴とする携帯通信端末。
  2. 前記所定待機時間は、前記複数のネットワークそれぞれのフレーム完了タイミングが実質的に一致する間隔であることを特徴とする請求項1に記載の携帯通信端末。
  3. 前記欠落判断部は、欠落有りと判断した場合、所定時間後さらに追加されたパケットを合わせて欠落の有無を再度判断することを特徴とする請求項2に記載の携帯通信端末。
  4. 前記所定待機時間は、前記複数のネットワークそれぞれのフレーム時間の最小公倍数に相当する時間であることを特徴とする請求項2に記載の携帯通信端末。
  5. 複数のネットワークから並行してパケットを受信する無線通信方法であって、
    前記複数のネットワークから受信したパケットを保持し、
    前記複数のネットワークそれぞれのフレーム時間に応じて決まる所定待機時間後に前記保持されているパケットの欠落の有無を判断し、
    パケットの欠落有りと判断された場合、欠落したパケットの再送を要求することを特徴とする無線通信方法。
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