JP6009122B2 - 無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、ホワイトスペースの周波数を用いる無線アクセスシステムにおける無線通信端末に係り、特にハンドオーバ機能を持たないシステムにおいても、通信品質と基地局の負荷状況に応じて柔軟に基地局を選択して接続することができる無線通信端末に関する。

［先行技術の説明］
近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。
これに伴い、携帯電話やモバイルデータ通信事業者などは、大小様々なのセルサイズの基地局の増設や、新たな通信方式の導入によってトラヒックの収容を図っている。

また、ライセンス帯域において、時間的または空間的に利用されていないホワイトスペースと呼ばれる周波数を二次的に利用する技術や、複数の通信方式を具備する端末が、複数の通信方式を具備する基地局又は異なる通信方式の基地局の中で最適な通信方式を選択するヘテロジニアス型のコグニティブ無線技術の開発なども進められている。

このように、無線通信端末（以下、「端末」とする）は、周波数、タイミング、通信方式、接続先などを動的に選択しながら、目的とする通信を実現することが求められている。

端末が、どの基地局に接続して通信を行うかを決定する場合、セル選択の基準として、セルの負荷状況、すなわち混雑度又は空き状況を用いることが考えられる。
ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）システムでは、基地局が無線リソースの空き状況（Available Radio Resource）を定期的にブロードキャストしているため、端末が、接続前に基地局から空き状況を取得して、これに基づいて当該基地局に接続するかどうかの判定を行うことができる。
これによって、ある基地局にアクセスが集中していた場合には、リソースに空きのある他の基地局に接続を行うことができる。

［ハンドオーバ］
また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＷｉＭＡＸなどモバイル通信を前提とする多くのセルラシステムでは、端末の接続状態を維持したまま通信品質の良い基地局や、混雑度（負荷）の低い基地局に接続を切り替える仕組み（ハンドオーバ）がある。

このため、端末が、初期接続時に通信品質の悪い基地局や混雑度の高い基地局に接続したとしても、ハンドオーバによって混雑度の低い基地局に接続を切り替えることができる。
基地局がハンドオーバを開始することをサポートするシステムもあれば、端末が開始することをサポートするシステムもある。

［ハンドオーバを想定していないシステム］
ところが、システムによっては、ハンドオーバを想定していないものもある。
例えば、ホワイトスペースを利用する新しい無線方式の標準規格であるIEEE 802.22は、固定局同士の無線通信システムであり、端末の設置時に、接続したい基地局に対してアンテナの指向性を合わせて設置する。
このため、設置時点あるいは初期接続をした時点で、当該端末局と接続する基地局が固定されることになり、通信開始後に、通信品質や混雑度に応じた基地局の切り替えを行うことはできない。

また、混雑度を得るためのインターフェースも規定されていないため、ＷｉＭＡＸ等のように基地局から無線リソースの空き情報が端末に通知されることはない。

［関連技術］
尚、無線通信システムに関する技術としては、特開２００５−３３２８５号公報「無線情報端末及び無線通信システム」（株式会社日立製作所、特許文献１）、特開２００９−２１２８１７号公報「移動局、処理モジュール、無線通信システム、及び接続確立方法」（株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ、特許文献２）、特開２０１１−４２６２号公報「移動無線端末装置」（株式会社東芝、特許文献３）、3GPP R1-100701 Importance of Serving Cell Association in Heterogeneous Networks，2010年（非特許文献１） がある。

特許文献１には、アクセスポイントが、無線情報端末に混雑情報や受信電界強度の情報を与え、無線情報端末の使用者が、これらの情報に基づいて最適なアクセスポイントを選択することが記載されている。

特許文献２には、移動局が、通信接続の確立後に、下りデータ受信用制御信号を所定の時間内に抽出できるか否かによって通信接続の正常性を繰り返し判断し、抽出できない場合には、無線フレームを再度探索し、新たに抽出した下りデータ受信用制御信号を用いて通信を維持することが記載されている。

特許文献３には、移動無線端末装置が、受信電力レベルだけでなく、システム帯域幅やDownlink map；下りリンクマップ情報）を受信して、これらに基づいて混雑度を求め、予測レートを算出し、ユーザに報知することが記載されている。

非特許文献１では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムにおいて、無線通信端末が、複数の基地局の中から接続する基地局を選択する場合に、受信電力が最も大きい基地局に接続するのが一般的であるが、基地局のバックホールリンクの品質（リンク容量）や隣接するセルからの干渉などの条件によっては、送信電力が低い基地局などを使って中継伝送した方が、より高いスループットを得られる場合があることが記載されている。

特開２００５−３３２８５号公報 特開２００９−２１２８１７号公報 特開２０１１−４２６２号公報

3GPP R1-100701 Importance of Serving Cell Association in Heterogeneous Networks，2010年

上述したように、従来のホワイトスペースを利用した無線通信システムでは、無線通信端末において、混雑度（負荷状況）に応じた基地局の選択や切り替えを行うことはできず、柔軟に基地局を選択して、ユーザが体感する通信品質（Quality of Experience : ＱｏＥ；体感品質）を一層向上させることはできないという問題点があった。

尚、特許文献１〜３及び非特許文献１には、ハンドオーバ機能を備えない無線システムにおいて、端末が、セルのリソース利用状況を示す指標として、空きリソース量×符号化率や、（１／端末数）×符号化率を算出し、指標値が最大となる基地局に接続することは記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、ハンドオーバの仕組みを備えていない無線通信システムにおいても、通信品質と負荷状況に応じて柔軟に基地局の選択を行って、ユーザが体感する通信品質を向上させることができる無線通信端末を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として平均空きリソース量を取得するＭＡＣ処理部と、基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率と、平均空きリソース量とを乗算して第１の指標値を算出し、第１の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として単位時間当たりの端末数を取得するＭＡＣ処理部と、基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率を、端末数で除して第２の指標値を算出し、第２の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記無線通信端末であって、基地局に接続している状態において、基地局選択部が、当該基地局以外に接続可能な別の基地局について期待伝送レートの指標値を算出し、別の基地局の期待伝送レートが接続している基地局よりも大きい場合、別の基地局を接続先として選択し、主制御部が、接続している基地局との接続を切断して、別の基地局に接続する制御を行うことを特徴としている。

本発明によれば、ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として平均空きリソース量を取得するＭＡＣ処理部と、基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率と、平均空きリソース量とを乗算して第１の指標値を算出し、第１の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えた無線通信端末としているので、ハンドオーバ機能を備えず、基地局からリソースの空き状況が通知されないシステムにおいても、通信品質とセルのリソース使用状況に応じて接続する基地局を柔軟に選択することができ、良好な通信サービスを提供して、ユーザの体感品質を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として単位時間当たりの端末数を取得するＭＡＣ処理部と、基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率を、端末数で除して第２の指標値を算出し、第２の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えた無線通信端末としているので、ハンドオーバ機能を備えず、基地局からリソースの空き状況が通知されないシステムにおいても、通信品質とセルのリソース使用状況に応じて接続する基地局を柔軟に選択することができ、良好な通信サービスを実現して、ユーザの体感品質を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、基地局に接続している状態において、基地局選択部が、当該基地局以外に接続可能な別の基地局について期待伝送レートの指標値を算出し、別の基地局の期待伝送レートが接続している基地局よりも大きい場合、別の基地局を接続先として選択し、主制御部が、接続している基地局との接続を切断して、別の基地局に接続する制御を行う上記無線通信端末としているので、運用開始後であっても、状況に応じて常に最適な基地局に接続することができ、一層良好な通信サービスを実現できる効果がある。

本発明の実施の形態に係る無線通信端末を備えた無線通信システムの構成例を示す説明図。 端末１３〜１６の構成ブロック図。 本端末における起動時の基地局選択の動作の概略を示すフローチャート。 図３の処理１０４に示した期待伝送レート算出処理を示すフローチャート。 本端末における運用後の動作を示すフローチャート。

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。［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線通信端末（本端末）は、ハンドオーバを備えていないセルラシステムにおいて、基地局に初期接続する際に、接続可能な基地局について、当該基地局が自局のセル内の端末に対して通知する各端末のリソース割り当て情報を傍受し、各セルの負荷状況（リソース使用状況）を推定して、負荷状況と通信品質に基づいて期待伝送レートを算出し、期待伝送レートが最も大きい基地局を選択して初期接続を行うものであり、ハンドオーバを行わない固定通信のシステムにおいて、通信品質だけでなく、混雑度に応じて基地局の選択を行うことができ、ユーザに良好な通信サービスを提供することができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線通信端末は、ある基地局に接続中の状態において、非通信時あるいは定期的に、接続可能な別の基地局の通信品質の測定と負荷状況の推定を行って期待伝送レートを算出し、現在接続中の基地局よりも期待伝送レートが大きく、通信に好適な基地局があった場合には、現在接続中の基地局との接続を切断して、より好適な基地局に接続を切り替えるものであり、状況に応じて柔軟に基地局を切り替えて、一層良好な通信サービスを提供することができるものである。

［無線通信システムの構成：図１］
本発明の実施の形態に係る無線通信端末を備えた無線通信システム（本無線通信システム）の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信端末を備えた無線通信システムの構成例を示す説明図である。
図１に示すように、本無線通信システムは、セルラー方式のシステムであり、例えば、基地局１１，１２と、無線通信端末（以下、端末とする）１３，１４，１５，１６とを備えている。
本無線通信システムは、ハンドオーバの機能を備えていない無線通信システムであり、例えば、ホワイトスペースを利用するIEEE 802.22による固定系の通信システムがある。

基地局１１，１２は、IEEE 802.22に従って自己が管理するセル内の端末と無線通信を行う。
基地局１１，１２は、異なる周波数でセルを運用する周波数分割方式でセル間の干渉を回避する場合と、近隣に存在する他のセルとの共存を図るSelf-coexistence機能によって各セルのアクティブなタイミング（アクティブフレーム）を分割する時分割方式で干渉を回避する場合とがある。
周波数分割による方法は、システムにおいて利用可能なチャネルが多数ある場合に有効であり、時分割による方法は、利用可能なチャネルが１チャネルしかない場合や、セルの数に対して利用可能なチャネルの数が少ない場合に有効である。

また、本発明の実施の形態に係る端末１３，１４，１５，１６は、本システムの特徴部分であり、固定設置され、IEEE 802.22によりいずれかの基地局と通信を行うものである。
図１の例では、端末１３は基地局１１と接続し、端末１４，１５は基地局１２と接続している。
端末１６は、基地局１１と基地局１２の両方のセル内に位置するため、いずれのセルにも接続可能である。本端末は、このような場合に、通信品質だけでなくセルの利用状況を推定して、それに基づいてより高速の通信を実現できる可能性が高いセルを選択して接続するものである。

［端末の構成：図２］
次に、端末１３〜１６の構成について図２を用いて説明する。図２は、端末１３〜１６の構成ブロック図である。尚、端末１３〜１６は全て同じ構成であるため、ここでは、端末１３について説明する。
図２に示すように、端末１３は、基本的な構成は従来のIEEE 802.22システムにおける端末と同様であり、アンテナ部２１と、ＲＦ部２２と、ベースバンド信号処理部（ＢＢ信号処理部）２３と、ＭＡＣ（Media Access Control）処理部２４と、主制御部２５と、インターフェース部２７と、外部ネットワーク端子２８とを備えている。
そして、端末１３は、従来と異なる構成として基地局選択部２６を備えており、基地局選択部２６における基地局選択の動作が特徴となっている。基地局選択部２６の処理については、後述する。

各部について具体的に説明する。
アンテナ部２１は、電波を送受信するものであり、本端末の特徴として、特定方向への指向性を持たない無指向性アンテナである。
無指向性アンテナとすることにより、接続先を特定の基地局に限定することなく、柔軟な基地局の選択を可能とし、また、アンテナ設置の作業が容易となる。
ＲＦ部２２は、ベースバンド信号を無線周波数帯の高周波信号に変換し、また高周波信号をベースバンド信号に変換する。

ベースバンド信号処理部２３は、誤り訂正符号化／復号化処理、及び変復調処理を行うものである。また、ベースバンド信号処理部２３は、受信電力の測定やＣＩＮＲ（Carrier-to-Interference and Noise Ratio；搬送波レベル対干渉・雑音比）等の通信品質の測定を行う。
ＭＡＣ処理部２４は、自局が使用する周波数チャネルやデータ送受信タイミングの制御、パケットへの自局識別子の付加、及びデータ送信元の無線装置の認識（識別、特定）等の処理を行う。
更に、ＭＡＣ処理部２４は、受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況を示す情報として、平均空きリソース量や、単位時間当たりの端末数を取得する。

主制御部２５は、各部を集中制御して装置全体の制御を行うと共に、各部間のインターフェースの役割を備えている。
また、主制御部２５は、ベースバンド信号処理部２３において測定した通信品質に基づいて、変調方式及び誤り訂正符号の組み合わせを決定し、ベースバンド信号処理部２３に通知する。
更に、主制御部２５は、後述する基地局選択部２６で選択された基地局に対して接続を行うよう、ＭＡＣ処理部２４、ベースバンド信号処理部２３に指示を出力する。

インターフェース部２７は、外部ネットワークとのデータのやり取りを行うインターフェースである。
外部ネットワーク端子２８は、外部ネットワークに接続する端子である。

基地局選択部２６は、本端末の特徴部分であり、当該端末が接続する基地局を選択する処理を行う。
具体的には、基地局選択部２６は、複数の基地局からの受信信号に基づいて、ベースバンド信号処理部２３から提供される受信電力やＣＩＮＲ等の通信品質の情報、及びＭＡＣ処理部２４から提供されるリソースの割り当て情報を元に、セル毎のリソースの使用状況（負荷状況）を推定し、通信品質とリソースの使用状況とに基づいて、接続に最も適している基地局を選択する。基地局選択部２６の動作については後述する。

［期待伝送レート］
本端末の基地局選択部２６では、基地局を選択する際に、接続可能なセル毎に、当該基地局に接続した場合に期待できる伝送レート（期待伝送レート）を比較する。
具体的には、基地局選択部２６では、通信品質とリソースの使用状況とに基づいて、各基地局について期待伝送レートを表す指標値を算出して比較し、最適な基地局（セル）を選択する。
本端末の基地局選択部２６は、期待伝送レートの指標として２種類の指標値を算出可能としている。

［期待伝送レートの指標値（１）］
まず、第１の指標値について具体的に説明する。
第１の指標値は、次式で与えられる。
第１の指標値＝平均空きリソース量×符号化率 平均空きリソース量は、ＭＡＰ情報から得られる情報であり、単位時間当たりの未使用のリソースサイズである。例えば、各セルにおける１秒あたりの未使用のサブキャリア数とする。

また、符号化率は、ベースバンド信号処理部２３で測定された平均受信電力値又は平均ＣＩＮＲ値に基づいて適用可能となる変調方式と誤り訂正の符号化方式の組み合わせを用いた場合のトータルの符号化率である。

例えば、あるセルについて、平均空きリソース量が１秒当たり1000000 slot（1サブキャリア×1 OFDMシンボル）で、変調方式に１slotあたり６ビット伝送可能な６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、誤り訂正符号の符号化率は５／６を用いることができる場合、全体の符号化率は、５bit/slotとなるため、当該セルについての第１の指標値は、1000000×5＝5000000bit/sec となる。

そして、基地局選択部２６は、接続可能なセルについて第１の指標値を算出して比較し、その値が大きいほど、セルの負荷が低く期待伝送レートが大きいと判断して、第１の指標値が最も大きいセルを選択し、選択結果を主制御部２５に通知する。

［期待伝送レートの指標値（２）］
次に、第２の指標値について具体的に説明する。
第２の指標値は、次式で与えられる。
第２の指標値＝（１／端末数）×符号化率 端末数は、所定の観測期間内に観測された端末の数であり、端末ＩＤ（Station ID）の数、又は端末のアドレスの数である。Station IDは、基地局のリソース割り当て情報であるＭＡＰ情報や、ポーリング情報（IEEE 802.11のCF-Poll、IEEE 802.15.4のビーコン内のGTS descriptorに相当する）に含まれる。
符号化率は、第１の指標値と同様に、ベースバンド信号処理部２３で測定された通信品質に応じた適用可能な変調方式と誤り訂正符号の組み合わせによるトータルの符号化率である。

第２の指標値は、各端末に固定的に均等にリソースが配分される場合に特に有効である。
また、セル毎にＤＳ（Downstream）期間とＵＳ（Upstream）期間の割り当てが異なる場合には、フレームあたりのシンボル数に対するＤＳとＵＳのシンボル数の比を、上述した式で算出された第２の指標値に更に乗じてもよい。
例えば、１フレーム２６シンボルで、ＵＳに１３シンボル割り当てられている場合には、第２の指標値に１／２を乗じることにより、ＵＳの期待伝送レートに着目した評価を行うことが可能である。
基地局選択部２６は、接続可能なセルについて第２の指標値を算出し、最も値が大きいセルを選択し、主制御部２５に通知する。

尚、第１の指標値及び第２の指標値を算出するためには、少なくとも数フレームの統計情報が必要であるが、その期間は任意に設定可能である。
また、期待伝送レートを推定するために、第１の指標値又は第２の指標値のいずれを用いるかは、セルのリソース配分方式等に応じて任意に設定可能であり、基地局選択部２６に設定されている。たとえば、リソースを端末に固定的に割り当て、先に開始した通信に優先権を与えるシステムであれば、空きリソースの中から端末が必要とするリソースを獲得しなくてはならないため、第１の指標値が好適である。リソースを端末間で公平に割り当てるようなシステムであれば端末数をベースとする第２の指標が好適である。

［起動時の基地局選択の動作概略：図３］
次に、本端末における起動時の基地局選択の動作の概略について図３を用いて説明する。図３は、本端末における起動時の基地局選択の動作の概略を示すフローチャートである。尚、ここでは、図１において基地局１１及び基地局１２の両方から信号を受信している端末１６の起動時の動作について説明する。

端末１６は、起動後、所定の全チャネルについて基地局のサーチを行う。
基地局のサーチは、周波数を任意の順序でスイープさせながら、各スーパーフレームの先頭で送信されるスーパーフレームプリアンブルを検出することによって行われる。
スーパーフレームは、１０msecのフレームを１６フレーム毎にまとめた単位であり、基地局はスーパーフレーム毎に当該基地局の基本情報をブロードキャストしている。
これにより、端末１６は、基地局が使用する周波数を認識すると共に、同期を確立する。

端末１６は、図３に示すように、起動後、全てのチャネルについて基地局のサーチを行ったかどうか、つまり未確認のチャネルがあるかどうかを判断する（１００）。
未確認のチャネルがあった場合（Yesの場合）、端末１６は、当該チャネルについてスーパープリアンブルの検出に成功したかどうかを判断する（１０２）。
具体的には、端末１６は、スーパーフレームプリアンブルの受信を試み、その受信電力が閾値以上であった場合に、検出成功とする。ここで受信電力及び／又はＣＩＮＲが算出される。

処理１０２において、スーパープリアンブルの検出に成功しなかった場合（Noの場合）、端末１６は、処理１００に移行して次のチャネルについて基地局をサーチする。

また、処理１０２でスーパープリアンブルの検出に成功した場合（Yesの場合）、当該基地局は接続可能な基地局となる。
そして、端末１６は、サーチされた基地局について、期待伝送レートの指標値を算出する期待伝送レート算出処理を行う（１０４）。期待伝送レートの指標値は、上述した第１の指標値又は第２の指標値の内、予め設定されている指標値とする。端末１６は、算出された指標値を期待伝送レートとして、基地局の情報と対応付けて記憶しておく。

上述したように、期待伝送レートは、通信品質とセルの負荷状況を反映させた値であり、期待伝送レートが大きいほど、ユーザが体感する通信品質は良好となる。
期待伝送レート算出処理については、後で詳細に説明する。

そして、端末１６は、当該チャネルが他のセルと共用されているかどうか、つまり当該チャネルで他のセルを検出するかどうか判断する（１０６）。
基地局からの制御メッセージであるＳＣＨ（Superframe Control Header）には、１６フレームから成るスーパーフレームのうち、運用を行っているフレーム（アクティブフレーム）がFrame Allocation Mapとして示されており、端末１６はこの情報を利用する。

具体的には、１６フレームのうち、アクティブでないフレーム（アイドルフレーム）がある場合は、他のセルでアイドルフレームを運用している（チャネルを時分割で共用している）可能性がある。そこで、端末１６は、ＳＣＨでアイドルフレームの存在が確認された場合、他の基地局からのスーパーフレームプリアンブルを受信しないかを確認する。

そして、処理１０６で他のセルを検出した場合（Yesの場合）、端末１６は、処理１０４に移行して当該他のセルについて期待伝送レート算出処理を行う。
また、処理１０６で他のセルを検出しなかった場合（Noの場合）、端末１６は、処理１００に移行して次のチャネルについて基地局のサーチを行う。

そして、処理１００において、全てのチャネルについて基地局のサーチを行ったと判断した場合、つまり未確認のチャネルがない場合（Noの場合）、端末１６は、記憶された全ての指標値に基づいて、期待伝送レートが最大の基地局を選択し（１０８）、当該選択された基地局に接続する（１１０）。また、接続された基地局の期待伝送レートは保持しておく。
これにより、端末１６は運用開始状態となる。

すなわち、端末１６は、ハンドオーバの仕組みがなく、基地局から無線リソースの空き状況の通知がないシステムであっても、通信品質で決まる符号化率とリソースの使用状況に応じた期待伝送レートに基づいて、最も高品質で空きリソースが多く、高速の伝送が可能なセルを選択して接続することができ、良好な通信サービスを提供して、ユーザが体感する通信品質を向上させることができるものである。
図１の例では、基地局１１には１台の端末が接続し、基地局１２には２台の端末が接続しているので、通信品質が同程度であれば、端末１６は基地局１１へ接続する。接続は、従来と同様に、IEEE 802.22に従って行われる。

［期待伝送レート算出処理：図４］
次に、図３の処理１０４に示した期待伝送レート算出処理について図４を用いて具体的に説明する。図４は、図３の処理１０４に示した期待伝送レート算出処理を示すフローチャートである。
図４に示すように、期待伝送レート算出処理において、端末１６は、サーチされた基地局についてセルの運用状況を取得する（２００）。
具体的には、端末１６は、基地局から送信された制御メッセージであるＳＣＨ、ＤＳ ＭＡＰ（Downstream Map）、ＵＳ ＭＡＰ（Upstream Map）、ＤＣＤ（DS Channel Descriptor）、ＵＣＤ（US Channel Descriptor）等から、基地局との通信開始に必要な最低限の情報を取得する。
取得する情報は、例えば、ＤＳ／ＵＳの期間の長さ、変調方式、符号化方式等である。

次に、端末１６は、当該基地局のセルについてリソースの使用状況（セルの負荷状況）を取得する（２０２）。
具体的には、端末１６は、リソースの使用状況として、ＤＳ ＭＡＰ及びＵＳ ＭＡＰに含まれる当該フレームにおける平均空きリソース量や一定期間内の端末数を取得する。

そして、端末１６は、受信電力又はＣＩＮＲに基づいて、適用可能な変調方式及び誤り訂正符号による符号化方式の組み合わせを選択し、当該組み合わせによって決定されるトータルの符号化率を求める（２０４）。

そして、端末１６は、期待伝送レートの指標値を算出する（２０６）。
期待伝送レートの指標値としては、上述した第１の指標値又は第２の指標値のうち、設定されている方を用いる。
第１の指標値を用いる場合、端末１６は、平均空きリソース量×符号化率により期待伝送レートの指標値を算出し、第２の指標値を用いる場合、（１／端末数）×符号化率により指標値を算出する。
そして、端末１６は、算出した指標値を期待伝送レートとして基地局の情報と対応付けて記憶する（２０８）。
このようにして、本端末における期待伝送レート算出処理が行われる。

［運用開始後の処理：図５］
端末では、一旦いずれかの基地局と接続を確立して運用が開始されても、接続中のセルの負荷状況が変わって、要求品質を満たさなくなる可能性があるため、本端末では、運用開始後も期待伝送レートを監視して常に最大伝送レートが得られるセルに接続を切り替える処理を行う。

本端末における運用開始後の処理について図５を用いて説明する。図５は、本端末における運用後の動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、起動時に基地局が選択されて運用が開始されると、端末１６は、現在の通信が切断を許容するものであるか否かを判断する（３００）。
これは、端末のアプリケーションや通信状況によっては、切断状態を極力避けることが望ましいものもあるため、接続中のチャネルとは異なるチャネルで基地局サーチを行った場合の切断が許容されるかどうかを判断するものである。許容するか否かを判断する方法としては、アプリケーションが判断する方法や、ユーザの操作によって強制的に基地局サーチをかけるという方法が考えられる。

処理３００において、現在通信中のアプリケーションのタイプが切断を許容するものである場合や、又は通信を行っていない場合等、切断が許容されると判断された場合（Yesの場合）、端末１６は、他のチャネルにおける他のセルをサーチし、サーチされた全てのセルについて期待伝送レートを算出する（３０２）。算出された期待伝送レートは、基地局の情報と共に記憶される。期待伝送レートの算出は、図４の処理に従って行われる。

更に、端末１６は、接続中のチャネルにおける他のセルをサーチし、サーチされたセルについて図４の処理に従って期待伝送レートを算出し、基地局の情報に対応付けて記憶しておく（３０４）。

また、処理３００において、切断が許容されない場合（Noの場合）、端末１６は、処理３０４に移行して、現在接続中のチャネルを時分割で使用している他のセルをサーチし、他のセルがあれば、その期待伝送レートを算出する。
処理３０４では、受信電力やＣＩＮＲの測定のためのチャネル切り替えが不要であるため、測定中における通信の切断を防ぐことができるものである。

そして、端末１６は、保持している現在接続中のセルの期待伝送レートと、他のセルの期待伝送レートを比較して、伝送レートを向上させることが可能かどうか、つまり現在接続中のセルより期待伝送レートが大きい他のセルがあるかどうかを判断する（３０６）。

処理３０６で、伝送レートが現在よりも向上可能であると推定される場合には、端末１６は、セルの切替を実施する（３０８）。なお、セルの切り替えによる切断期間は、複数のチャネルの状態について指標値が計算可能な一定期間実施する基地局サーチとは異なり、短い切断期間であるため、多くのアプリケーションはセルの切替の間の切断状態を許容することができると考えられるが、切替期間の切断を許容しない場合は、アプリケーションの通信が終了するか、現在の通信の品質が劣化し、アプリケーションが要求する品質を満たさなくなるまで、切替を待機することとなる。

IEEE 802.22 には、ハンドオーバのための処理が規定されていないため、端末１６は、現在接続中のセルから強制的に離脱し、新しいセルへ接続を行う。接続完了後は、運用開始状態に戻り、引き続き他のセルの監視を行う。現在接続中のセルと新しいセルとで、共通のＤＨＣＰサーバが端末１６から参照されるようになっていれば、端末１６のＩＰアドレスが変わることもない。
図５の処理は、定期的に行ってもよいし、非通信時に実行してもよい。
このようにして、本端末の運用開始後の処理が行われる。

これにより、本端末では、ハンドオーバの仕組みがなく、基地局から無線リソースの空き状況の通知がないシステムにおいて、端末の運用開始後であっても、セル毎の通信品質と負荷状況に応じて、伝送レートが最も速い基地局を柔軟に選択して接続を切り替えることができ、基地局の増設や廃止にも容易に対応可能であり、良好な通信サービスを提供してユーザの体感品質を向上させるものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線通信端末によれば、ハンドオーバの仕組みを備えておらず、基地局から無線リソースの空き状況が通知されないセルラシステムにおいて、端末の起動時に、ベースバンド信号処理部２３が、接続可能な基地局について、受信電力やＣＩＮＲ等の通信品質を算出すると共に、ＭＡＣ処理部２４が、当該基地局からのリソース割り当て情報やポーリング情報を傍受して、それに基づいてセルのリソース使用状況を推定し、基地局選択部２６が、通信品質とリソース使用状況とに応じて期待伝送レートの指標値を算出し、期待伝送レートの指標値が最大となる基地局を選択し、主制御部２５が、当該基地局に接続するようにしているので、固定系のシステムであっても、通信品質とリソース使用状況を考慮して基地局を柔軟に選択することができ、良好な通信サービスを提供して、利用者の体感品質を向上させることができる効果がある。

また、本端末によれば、基地局選択部２６は、期待伝送レートの指標値として、平均空きリソース量×符号化率、又は（１／単位時間当たりの端末数）×符号化率を用いているので、簡易な演算で基地局の期待伝送レートを算出して、最適な基地局を選択することができる効果がある。

また、本端末によれば、端末が基地局と接続して運用を開始した後に、他に接続可能な基地局があれば、基地局選択部２６が、それらの基地局について期待伝送レートを算出して、現在接続中の基地局よりも期待伝送レートが大きければ、主制御部２５が、現在接続中の基地局から、期待伝送レートの大きい基地局に接続を切り替えるものであり、運用中であっても、接続可能な基地局のリソース使用状況を監視して、最適な基地局を選択して接続を切り替えることができ、良好な通信サービスを提供して、利用者の体感品質を一層向上させることができる効果がある。

尚、ここでは、IEEE 802.22 システムを例として説明したが、その他のリソース割り当て情報を通知するシステムにおいても、上記と同様の思想で適用することが可能であり、例えば、IEEE 802.11 のポーリングにおけるCF-Pollメッセージや、IEEE 802.15.4のポーリングにおけるビーコンメッセージ内に含まれるGTS（Guaranteed Time Slots）descriptor等を用いてセルの負荷状況を推定することができ、通信品質に基づく符号化率と組み合わせることにより、本実施の形態と同様に期待伝送レートを算出して接続先の判定に用いることが可能である。

更に、本端末によれば、ＢＳ（基地局）１−ＣＰＥ（端末）１−ＢＳ２−ＣＰＥ２のようなＣＰＥ１とＢＳ２を有線で接続した中継局を用いる多段中継時において、何らかの理由で接続が切れた場合に、ＣＰＥが誤った方のＢＳに接続しないための仕組みとしても応用することができる。
例えば、１ホップ目（ＢＳ１−ＣＰＥ１）が切断された場合、ＣＰＥ１は、ＢＳ１とＢＳ２の両方のＭＡＰ情報からリソース割り当て情報を取得し、期待伝送レートを算出する。

この例では、２ホップ目のＢＳ２は接続が確立されているため、ＭＡＰ情報にリソース割り当て情報（平均空きリソース量、端末ＩＤ等）が記載されている。
一方、１ホップ目のＢＳ１は切断状態であるため、リソース割り当て情報は示されていないため、期待伝送レートはＢＳ１のほうが大きくなり、ＣＰＥ１はＢＳ１に接続することができるものである。

本発明は、ハンドオーバの仕組みを備えていない無線通信システムにおいても、通信品質と負荷状況に応じて柔軟に基地局を選択して接続できる無線通信端末に適している。

１１，１２...基地局、 １３，１４，１５，１６...端末、 ２１...アンテナ、 ２２...ＲＦ部、 ２３...ベースバンド信号処理部、 ２４...ＭＡＣ処理部、 ２５...主制御部、 ２６...基地局選択部、 ２７...インターフェース部、 ２８...外部ネットワーク端子

Claims (3)

1. ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、
   接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、
   前記基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として平均空きリソース量を取得するＭＡＣ処理部と、
   前記基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、前記通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率と、前記平均空きリソース量とを乗算して第１の指標値を算出し、前記第１の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、
   前記選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えたことを特徴とする無線通信端末。
2. ハンドオーバ機能を備えない無線通信システムにおける無線通信端末であって、
   接続可能な基地局からの受信信号に基づいて、通信品質を算出するベースバンド信号処理部と、
   前記基地局から受信したＭＡＣ情報から、リソース使用状況として単位時間当たりの端末数を取得するＭＡＣ処理部と、
   前記基地局に接続した場合に期待される期待伝送レートの指標値として、前記通信品質に応じた変調方式及び符号化方式の組み合わせによる符号化率を、前記端末数で除して第２の指標値を算出し、前記第２の指標値が最大となる基地局を接続先として選択する基地局選択部と、
   前記選択された基地局に接続する制御を行う主制御部とを備えたことを特徴とする無線通信端末。
3. 基地局に接続している状態において、
   基地局選択部が、前記基地局以外に接続可能な別の基地局について期待伝送レートの指標値を算出し、前記別の基地局の期待伝送レートが前記接続している基地局よりも大きい場合、前記別の基地局を接続先として選択し、
   主制御部が、前記接続している基地局との接続を切断して、前記別の基地局に接続する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信端末。

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