JP4909914B2

JP4909914B2 - 無線端末

Info

Publication number: JP4909914B2
Application number: JP2008005590A
Authority: JP
Inventors: 史郎眞澤; 道雄井口; 崇律守友; 雅夫葉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: EP2081410A1; JP2009171100A; US20090180438A1; CN101489272B; US8036607B2; EP2081410B1; CN101489272A

Description

本発明は、無線端末および無線基地局に関し、特に、無線端末の送信タイミングの制御が無線基地局側で制御可能な第１の移動無線通信システムと第２の移動無線通信システムとの間における同時通信が可能な無線端末および無線基地局に関する。
〔背景技術〕

無線通信に対する需要の急激な増加に対応すべく、新しい無線通信システムが続々と誕生している。それに伴い、無線通信システムを切り替える方法（以下、システム間ハンドオフ）についても、いろいろな方法が実現されている。システム間ハンドオフには、移動無線通信システム間のハンドオフと、移動無線通信システム−固定無線通信システム間のハンドオフが存在する。前者の例としては、ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ−ＤＯとｃｄｍａ２０００１ｘとの間、後者の例としてはｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ−ＤＯと無線ＬＡＮとの間がある。

システム間ハンドオフの実現方式としては、大きく分けて２通り存在する。一つは、切替元無線通信システムと切替先無線通信システムが独立しており、無線端末がシステム間ハンドオフが必要であると判断した際に自律的に通信対象のシステムを切り替え、その後に切替先の無線通信システムとの通信を開始する方式である。

もう一方は、切替元無線通信システムと切替先無線通信システムがネットワークで接続されており、切替元無線通信システムを通して切替先無線通信システムとの通信を事前に開始してから切り替える方式である。後者は、事前に通信を開始することから切替時間が短いという利点がある。非特許文献１には、ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ−ＤＯ上でｃｄｍａ２０００１ｘの通信をトンネリングして通信する方法が記載されている。

3gpp2、C.S0082 ver 1.0、Circuit Services Notification Application Specification for cdma2000 High Rate Packet Data

無線端末が自律的に通信対象のシステムを切り替えた後に切替先無線通信システムと通信を開始する方式の場合、切替先無線通信システムとのパラメータ取得／交換、認証などの間データ通信が停止することから、ユーザの視点からみたサービスの停止時間が長くなるという欠点があった。

一方、切替元無線通信システム上で切替先無線通信システムとの通信を事前に行ってから切り替える方式の場合、パラメータ取得／交換、認証などを事前に行うためサービスが停止しないという利点がある。しかし、後者は、ネットワーク同士を事前に接続しておく必要があり、さらに、切替元無線通信システム側に切替先無線通信システムとの通信をトンネリングする仕組みを作っておく必要がある。このことから、後者は、使用できるケースが限られているという欠点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、切替先無線通信システムと切替元無線通信システムの時分割通信を実現することにより、ネットワークを相互に接続することなく、双方のシステムと同時に通信可能な無線端末および無線基地局を提供する。
〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、切替元無線通信システムがパケットの送信タイミングやデータレートを無線基地局側で制御可能な無線通信システムである場合において、無線端末が切替元無線通信システムに対して切替先無線通信システムと通信するタイミングの情報を事前に通知し、切替先／切替元無線通信システムと時分割での通信を開始し、タイミング情報を通知された切替元無線通信システムは、それにしたがって送信タイミングとデータレートとを制御する。

上述した課題は、無線システムのベースバンド信号を高周波信号に変換するＲＦ送信部と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御ｃｈ変調部と、制御ｃｈ変調部を制御して、無線通信システムの基地局による上り送信タイミングを制御する制御部とを含む無線端末により、達成できる。

また、上り高周波信号を上りベースバンド信号に変換するＲＦ受信部と、上りベースバンド信号から上り制御情報を取り出す制御ｃｈ復調部と、上り制御情報に基づいて上り送信対象の無線端末を選択する上り割当制御部とを含む無線基地局により、達成できる。

本発明によれば、相互接続されていない二つの無線通信システム間での時分割通信を実現することができる。
〔発明を実施するための最良の形態〕

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。ここで、以下の実施例においては、３ｇｐｐ２にて標準化が行われているＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）Ｒｅｖ.０から１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａへのシステム間ハンドオフをベースに説明する。しかし、無線通信システムは、これらに限定されない。

ここで、ＵＭＢＲｅｖ.０は、上り／下り共にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多重アクセス）を使用している移動無線通信方式である。一方、１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａは、下りはＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重アクセス）とＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多重アクセス）のハイブリッド、上りはＣＤＭＡを使用している移動無線通信方式である。図１を参照して、無線通信システムの構成を説明する。ここで、図１は無線通信システムのブロック図である。図１において、無線通信システム１００は、ＵＭＢ用のネットワークとＥＶ−ＤＯ用のネットワークが存在し、それぞれがインターネット５００に接続されている。かつ、無線通信システム１００は、ＵＭＢネットワークのエリアがＥＶ−ＤＯネットワークのエリアに包含されている。

ＵＭＢネットワークにおいては、ＵＭＢ用無線基地局であるｅＢＳ（Evolved Base Station）３００が、インターネットとのゲートウェイであるＡＧＷ（Access GateWay）３５０を介してインターネット５００に接続されている。ＥＶ−ＤＯネットワークにおいては、ＥＶ−ＤＯ用無線基地局であるＡＰ（Access Point）４００が、インターネットとのゲートウェイであるＰＤＳＮ（Packet Data Switching Node）４５０を経由してインターネット５００に接続されている。無線端末であるＡＴ（Access Terminal）２００は、エリア１１０に存在し、ｅＢＳ３００および／またはＡＰ４００−１と通信する。

図２を参照して、無線端末の構成を説明する。ここで、図２は無線端末の機能ブロック図である。図２において、無線端末２００は、ＵＭＢ用の処理ブロック２２０と、ＥＶ−ＤＯ用の処理ブロック２１０と、共通制御部２４０と、アプリケーション処理部２３０と、受信アンテナ２０２と、送受信アンテナ２０１と、送受信アンテナ２０１の送信元および受信先を切替えるスイッチ２０３とから構成される。

ＵＭＢ用処理ブロック２２０とＥＶ−ＤＯ用処理ブロック２１０とは、アンテナ２０１、２０２を共用する。アンテナ２０１は、送受信共用であり、ＵＭＢ／ＥＶ−ＤＯのどちらの信号を送信するかを切り替えるためのスイッチ２０３に接続されている。アンテナ２０２は、受信専用であり、ＵＭＢ／ＥＶ−ＤＯの双方に接続されている。これにより、送信はＵＭＢ／ＥＶ−ＤＯのどちらか一方、受信はＵＭＢ／ＥＶ−ＤＯ双方同時で可能である。

ＵＭＢ用処理ブロック２２０は、高周波信号と低周波のベースバンド信号間を変換するＲＦ部２２１、２２２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータｃｈ変調部２２３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御ｃｈ変調部２２４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御ｃｈ復調部２２５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータｃｈ復調部２２６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ２２７とから、構成される。

ＥＶ−ＤＯ用処理ブロック２１０は、高周波信号と低周波のベースバンド信号間を変換するＲＦ部２１１、２１２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータｃｈ変調部２１３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御ｃｈ変調部２１４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御ｃｈ復調部２１５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータｃｈ復調部２１６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ２１７と、バッファ量や制御ｃｈ復調結果を元に送信を制御する送信制御部２１８とから、構成される。

共通制御部２４０は、ＵＭＢまたはＥＶ−ＤＯの送信タイミングに応じてスイッチ２０３を制御する。共通制御部２４０は、送信制御部２１８にＥＶ-ＤＯで使用する送信タイミングを通知する。さらに、共通制御部２４０は、制御ｃｈ変調部２２４にＵＭＢで使用するタイミング情報を通知する。制御ｃｈ変調部２２４は、このタイミング情報について無線回線を通じて、ｅＢＳ３００に通知する。
また、無線端末２００は、ＵＭＢ／ＥＶ−ＤＯ共通にアプリケーションを処理するアプリケーション処理部２３０を備える。

無線端末２００は、受信アンテナ２０２とＲＦ部２１２、２２２を備えているので、アンテナ２０１からＵＭＢのＲＦ部２２１が上りを送信しているときでも、ＥＶ-ＤＯのＲＦ部２１２で下り信号を受信できる。逆に、アンテナ２０１からＥＶ−ＤＯのＲＦ部２１１が上りを送信しているときでも、ＵＭＢのＲＦ部２２２で下り信号を受信できる。

図２において、ＵＭＢ用処理ブロック２２０とＥＶ−ＤＯ用処理ブロック２１０との違いは、送信制御部２１８の有無である。これは、ＵＭＢの上り回線は無線基地局（ｅＢＳ）により送信タイミングおよびデータレートが決定され、無線端末はそれに従うのみであるのに対し、ＥＶ−ＤＯの上り回線では無線端末自身が送信制御部２１８で送信タイミングおよびデータレートを決定するためである。なお、図２は、ＵＭＢ用処理ブロック２２０とＥＶ−ＤＯ用処理ブロック２１０とを完全に分離した機能ブロック図である。しかし、共用できる部分は共用しても構わない。また、共通制御部２４０は、ＥＶ−ＤＯの送信制御部２１８とＵＭＢの制御ｃｈ変調部２２４との送信タイミングを制御するが、ＥＶ−ＤＯの送信制御部２１８の送信タイミングに基づいて、ＵＭＢの制御ｃｈ変調部２２４との送信タイミングを制御しても良い。

図３を参照して、ＵＭＢ無線基地局の構成を説明する。ここで、図３はＵＭＢ基地局の機能ブロック図である。図３において、ＵＭＢ無線基地局３００は、エリア１１０内の無線端末２００との間で電波を送受信し、高周波電気信号に変換するアンテナ３０１、３０２と、高周波信号と低周波のベースバンド信号間を変換するＲＦ部３０３、３０４と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータｃｈ変調部３０５と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御ｃｈ変調部３０６と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御ｃｈ復調部３０７と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータｃｈ復調部３０８と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ３０９と、バッファ量や制御ｃｈ復調結果を元に下り送信先対象の無線端末を選択し、データレートと割当帯域を決定する下り割当制御部３１０と、制御ｃｈ復調結果を元に上り送信元対象の無線端末を選択し、そのデータレートと割当帯域を決定する上り割当制御部３１１と、ＡＧＷ３５０とのＩ／Ｆである回線処理部３２０とを備える。

図４を参照して、ＥＶ−ＤＯ無線基地局の構成を説明する。ここで、図４はＥＶ−ＤＯ基地局の機能ブロック図である。図４において、ＥＶ−ＤＯ無線基地局４００は、エリア１１０内の無線端末２００との間で電波を送受信し、高周波電気信号に変換するアンテナ４０１、４０２と、高周波信号と低周波のベースバンド信号間を変換するＲＦ部４０３、４０４と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータｃｈ変調部４０５と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御ｃｈ変調部４０６と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御ｃｈ復調部４０７と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータｃｈ復調部４０８と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ４０９と、バッファ量や制御ｃｈ復調結果を元に下り送信対象のユーザを選択する下り割当制御部４１０と、ＰＤＳＮ４５０とのＩ／Ｆである回線処理部４２０を備える。

ＥＶ−ＤＯ無線基地局４００において、ＵＭＢ無線基地局３００との差異は、２箇所存在する。一つは、下り割当制御部３１０、４１０の役割である。ＵＭＢ無線基地局３００の下り割当制御部３１０は、無線端末から受信した回線品質などの情報を元に、割当ユーザだけでなく、データレートおよび割当帯域を決定する。これに対し、ＥＶ−ＤＯでは、無線端末自身がデータレートを決定するため、無線基地局４００の下り割当制御部４１０は、割当ユーザの選択のみ行う。もう一つは、上り割当制御部３１１の有無である。ＵＭＢでは、無線端末から受信したバッファ量や測定した回線品質などの情報を元に、ＵＭＢ無線基地局３００の上り割当制御部３１１は、割当ユーザだけでなく、データレート、割当帯域を決定する。これに対し、ＥＶ−ＤＯでは、無線端末自身が送信タイミングおよびデータレートを決定する。

図５および図６を参照して、ＵＭＢＲｅｖ.０と、１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａの送受信タイミングを説明する。ここで、図５はＵＭＢＲｅｖ.０の下りと上りの送受信タイミングチャートである。図６は１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａの下りと上りの送受信タイミングチャートである。なお、図６（ａ）と図６（ｂ）とは、時間軸の尺度が異なる。

ＵＭＢＲｅｖ.０と１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａは、どちらも、上り／下り共にＨ−ＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）と呼ばれる技術を用いている。Ｈ−ＡＲＱは、データを受信した際、復号の成否をＡｃｋＣｈａｎｎｅｌという専用のチャネル上で通知する。受信失敗であった場合、Ｈ−ＡＲＱは、その旨を通知された送信側はデータを再送し、受信側で以前の送信時の軟判定値と再送時の軟判定値を合成して再度復号を試みる。このため、Ｈ−ＡＲＱを使用している無線通信システムでは、一つのデータ送信に対し、送信側が送信データを決定し符号化する時間、送信側がデータを送信する時間、受信側がデータを復号する時間、受信側がＡｃｋＣｈａｎｎｅｌを送信する時間、のそれぞれが必要であり、一定の周期で繰り返している。

図５において、ＵＭＢの場合、送受信の時間単位をＰＨＹＦｒａｍｅと呼び、１回のデータ送信（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ含む）が１ＰＨＹＦｒａｍｅ、長さは０.９１１ｍｓである。上り、下りとも、Ｈ−ＡＲＱを繰り返す１周期が８ＰＨＹＦｒａｍｅである。ＵＢＳは、データ開始送信からＡＣＫ送信開始までが５ＰＨＹＦｒａｍｅ、ＡＣＫ送信開始からデータ再送開始までが３ＰＨＹＦｒａｍｅとなっている。また、図５（ｂ）において、ＵＭＢは、上り回線も無線基地局が割当制御し、上り割当制御情報送信開始から上りデータ送信開始までの時間も３ＰＨＹＦｒａｍｅとなっている。また、上り割当情報には、タイミングだけではなく、上り送信データレートを含んでいる。

図６において、ＥＶ−ＤＯの場合、送受信の時間単位をＳｌｏｔと呼び、１Ｓｌｏｔの長さは１.６７ｍｓである。図６（ａ）の下りデータ送信の場合、Ｈ−ＡＲＱを繰り返す周期が４Ｓｌｏｔであり、１回のデータ送信が１Ｓｌｏｔ、下りデータ送信開始からＡＣＫ／ＮＡＫ送信開始まで３Ｓｌｏｔ、ＡＣＫ／ＮＡＫ送信開始から下りデータ再送開始までが１Ｓｌｏｔとなっている。また、上りＡＣＫ／ＮＡＫは、０.５Ｓｌｏｔである。図６（ｂ）の上りデータ送信の場合、Ｈ−ＡＲＱを繰り返す周期が１２Ｓｌｏｔであり、１回のデータ送信が４Ｓｌｏｔ、上りデータ送信開始からＡＣＫ／ＮＡＫ送信開始まで８Ｓｌｏｔ、ＡＣＫ／ＮＡＫ送信開始から上りデータ再送開始までが４Ｓｌｏｔとなっている。また、下りＡＣＫ／ＮＡＫは、３Ｓｌｏｔである。

図７を参照して、無線端末の上りデータ送信タイミングを説明する。ここで、図７は無線端末の上りデータ送信タイミングチャートである。図７において、図７（ａ）は、ＥＶ−ＤＯ上りデータ送信可能タイミングである。図７（ｂ）は、ＵＭＢ上りデータ送信可能タイミングである。図７（ｃ）は、無線端末の上りデータ送信タイミングである。図７から明らかなように、無線端末２００は、上り回線の１２Ｓｌｏｔ周期のうち、４ＳｌｏｔをＥＶ−ＤＯ送信に使用し、残り８ＳｌｏｔをＵＭＢ送信に使用する。これにより、ＥＶ−ＤＯとＵＭＢの時分割上りデータ送信を実現している。すなわち、ＥＶ−ＤＯでは、無線端末自身が送信タイミングおよびデータレートを決定しているので、ＥＶ−ＤＯの上りデータ送信タイミングを優先し、空いた送信タイミングで、ＵＭＢの無線基地局３００に上りデータ送信タイミングを割当させるものである。

ＵＭＢ無線基地局３００と通信中の無線端末２００は、ＵＭＢ無線基地局３００に対し、時分割通信対象であるＥＶ−ＤＯのトータル通信周期Ｔｔ、周期内の送信開始時刻Ｔｓ、周期内の送信終了時刻Ｔｅ、送信システム切替にかかる時間Ｔｍを通知する。

通知を受信したＵＭＢ無線基地局３００の上り割当制御部３１１は、２つの処理を行う。第１の処理は、送信開始タイミングＴおよび送信終了タイミングＴ＋０.９１１が、ＥＶ−ＤＯ送信タイミングと重複する場合、すなわち、
Ｔｓ−Ｔｍ ≦ Ｔ＋０.９１１かつ
Ｔ ≦ Ｔｅ＋Ｔｍ
である場合、上り割当制御部３１１は、無線端末がそのタイミングにおいてＵＭＢではなくＥＶ−ＤＯを受信しているとみなし、その無線端末をそのＰＨＹＦｒａｍｅにおける送信割当制御対象から外す。

第２の処理は、割り当てる際、上り割当制御部３１１は、Ｈ−ＡＲＱで送信される回数のうち、何回ＥＶ−ＤＯ送信タイミングと重複するかを計算し、その回数に応じて割当データレートを下げる。換言すれば、最大８回再送のうち、４回がＥＶ−ＤＯ送信タイミングと重複する場合、拡散比率が半分となっていることから、データレートを通常割当の半分にする。

図８を参照して、ＵＭＢ無線基地局のスケジューリングを説明する。ここで、図８は３台無線の無線端末とＵＭＢ無線基地局のタイミングチャートである。図８において、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ無線端末２００Ａ、Ｂ、Ｃの送信タイミングである。また、図８（ｄ）は、ＵＭＢ無線基地局のそのタイミングでのＰＨＹＦｒａｍｅに割当可能な端末名称である。

無線端末２００Ａ、Ｂ、Ｃは、ＥＶ−ＤＯで使用しているインターレースが異なり、異なるタイミングでＥＶ−ＤＯ上りデータ信号を送信している。無線端末２００Ａ、Ｂ、Ｃから、それぞれのＥＶ−ＤＯのトータル通信周期Ｔｔ、周期内の送信開始時刻Ｔｓ、周期内の送信終了時刻Ｔｅ、送信システム切替にかかる時間Ｔｍを受信したＵＭＢ無線基地局３００の上り割当制御部３１１は、無線端末２００Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの送信開始タイミングＴおよび送信終了タイミングＴ＋０.９１１が、ＥＶ−ＤＯ送信タイミングと重複する場合、そのＰＨＹＦｒａｍｅにおける送信割当制御対象から外すスケジューリングを実施する。この結果、残った端末を図８（ｄ）に示している。

本実施例に拠れば、ＵＭＢを通してＥＶ−ＤＯの通信を事前に開始してから切り替えるので、パラメータ取得／交換、認証などを事前に行うことができ、サービスが停止しない。このため、切替時間の短いＵＭＢ、ＥＶ−ＤＯ間のハンドオフを提供することができる。

無線通信システムのブロック図である。無線端末の機能ブロック図である。ＵＭＢ基地局の機能ブロック図である。ＥＶ−ＤＯ基地局の機能ブロック図である。ＵＭＢＲｅｖ.０の下りと上りの送受信タイミングチャートである。１ｘＥＶ−ＤＯＲｅｖ.Ａの下りと上りの送受信タイミングチャートである。無線端末の上りデータ送信タイミングチャートである。３台無線の無線端末とＵＭＢ無線基地局のタイミングチャートである。

符号の説明

１００…無線通信システム、１１０…エリア、２００…無線端末（ＡＴ）、２０１…送受信アンテナ、２０２…受信アンテナ、２０３…スイッチ、２１０…ＥＶ−ＤＯ用処理ブロック、２２０…ＵＭＢ用処理ブロック、２３０…アプリケーション処理部、２４０…共通制御部、３００…ＵＭＢ無線基地局（ｅＢＳ）、３５０…ＡＧＷ（Access GateWay）、４００…ＥＶ−ＤＯ無線基地局（ＡＰ）、４５０…ＰＤＳＮ（Packet Data Switching Node）、５００…インターネット。

Claims

第１の無線通信システムおよび第２の無線通信システムと選択的に接続可能な無線端末であって、
前記第１の無線通信システムへ送信する制御信号を変調する第１の制御ｃｈ変調部と、前記第１の無線通信システムへ送信するデータを変調する第１のデータｃｈ変調部と、前記第１の制御ｃｈ変調部および前記第１のデータｃｈ変調部の出力を高周波信号に変換する第１のＲＦユニットと、
前記第２の無線通信システムへ送信する制御信号を変調する第２の制御ｃｈ変調部と、前記第２の無線通信システムへ送信するデータを変調する第２のデータｃｈ変調部と、前記第２の制御ｃｈ変調部および前記第２のデータｃｈ変調部の出力を高周波信号に変換する第２のＲＦユニットと、前記第２の無線通信システムへの送信タイミングを制御する送信制御部と、
前記第１のＲＦユニットの出力と前記第２のＲＦユニットの出力とを選択するＳＷと、
前記第１の制御ｃｈ変調部と前記送信制御部と前記ＳＷとを制御する共通制御部を含み、
前記共通制御部は、前記第１の制御ｃｈ変調部を使用して、前記第２の無線通信システムに対する上り送信タイミング情報を、前記第１の無線通信システムに通知し、
前記第1の無線通信システムは、通知された前記第２の無線通信システムに対する前記上り送信タイミング情報に基づいて、上り送信タイミングを制御することを特徴とする無線端末。