JP5186355B2

JP5186355B2 - 通信特性測定装置及び無線端末

Info

Publication number: JP5186355B2
Application number: JP2008329901A
Authority: JP
Inventors: 明山口; 勘四郎樫木; 貴藤本; 和則竹内
Original assignee: KDDI R&D Laboratories Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: US8391170B2; JP2010154201A; US20100165864A1

Description

本発明は、通信特性測定装置及び無線端末に関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や携帯電話網などの様々な無線メディアが開発されている。それら複数の無線メディアをシームレスに統合するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された技術では、複数の無線メディアに対応したコグニティブ端末及びコグニティブ基地局を用いて異種無線システムを統合する。コグニティブ基地局は、無線環境を認識し、その認識結果に基づいて使用する無線メディアを選択する。

また、非特許文献１に記載の技術では、無線環境を認識するための指標の一つとして、複数の無線システム間で遅延時間差を測定している。具体的には、基地局の上位局であるゲートウェイから端末宛に複数の無線システム経由で測定専用パケットを送信して、無線システム間の遅延時間差を求める。

非特許文献２に記載の技術は、３．９世代モバイルシステムである「Long Term Evolution：ＬＴＥ」のＭＡＣ（Media Access Control）層の標準規格であり、パケットの再送を行う「HYBRID ARQ：ＨＡＲＱ」を含む。ＨＡＲＱでは、上り方向（端末から基地局への方向）及び下り方向（基地局から端末への方向）のそれぞれのパケット伝送において、パケット受信側（上り方向の場合は基地局、下り方向の場合は端末）は、パケットの受信毎に、受信の成否を判断し、成功の場合にはＡＣＫを返送し、失敗の場合にはＮＡＣＫを返信する。パケット送信側（上り方向の場合は端末、下り方向の場合は基地局）は、ＡＣＫを受信するまで、パケットを再送信する。

非特許文献３に記載の技術は、ＬＴＥにおいて、パケットの再送を行うＡＲＱの標準規格である。ＡＲＱは、ＨＡＲＱの上位で機能する再送方式である。ＨＡＲＱにおいて、最大送信回数まで再送を繰り返してもパケットの送達に失敗した場合に、ＡＲＱが起動されて再送を行う。ＡＲＱは、主にＨＡＲＱのフィードバックエラーを救済する為に動作する。

非特許文献４には、ＨＡＲＱをＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）伝送に適用する場合のＨＡＲＱの動作について開示している。ＶｏＩＰでは、通常、パケットを２０ミリ秒の一定間隔で送信する「Persistent Scheduling」が適用される。但し、パケットがＨＡＲＱで再送される場合、再送パケットには、動的に送信時刻を決める「Dynamic Scheduling」が適用される。１回のＨＡＲＱ再送に要する時間は８ミリ秒であると開示されている。
特開２００８−８５７５９号公報福原忠行，山中佐知子，山口明，小花貞夫、「コグニティブ無線における経路間遅延時間差測定手法」、電子情報通信学会、2006年ソサイエティ大会、B-17-19、Sep.2006. ３ＧＰＰＴＳ３６.３２１「Ｅ−ＵＴＲＡＭＡＣＰｒｏｔｏｃｏｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」３ＧＰＰＴＳ３６.３２２「Ｅ−ＵＴＲＡＲＬＣＰｒｏｔｏｃｏｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」３ＧＰＰ寄書３ＧＰＰＴＳＧＲＡＮＷＧ２＃６２Ｒ２−０８２２２９「ＨＡＲＱＰｒｏｃｅｓｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔｆｏｒｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ」

しかし、上述した従来技術では、以下に示す課題がる。
特許文献１では、無線環境を認識するための具体的な構成が開示されていない。
非特許文献１では、次のような課題がある。
・無線システム個々についての遅延時間特性を求めていない。
・測定専用のプローブパケットを用いるので、測定用に無線リソースを消費する。
・プローブパケットを送信するゲートウェイが必要であり、端末台数が増えると、ゲートウェイの処理能力不足が懸念される。

ＶｏＩＰ等のリアルタイムアプリケーションでは、遅延時間の長さよりも、遅延時間の変動が重要である。また、ＬＴＥでは、非特許文献４に示されるように一定周期でパケットが送信されることが予想されると共に、非特許文献２に示されるようにパケット毎に送達確認のＡＣＫ（成功時）又はＮＡＣＫ（失敗時）が送信される。そこで、これらの特徴を生かし、ＡＣＫ、ＮＡＣＫを監視することにより、上り方向、下り方向の個別に、端末側で、遅延時間の変動の特徴を表す遅延時間変動特性データを測定することが考えられる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、無線区間におけるパケットの送達確認の情報を利用して、上り方向、下り方向の個別に、且つ、無線メディア個別に、端末側で、遅延時間変動特性データを測定することにより、複数の無線メディアを利用可能な無線通信システムにおける無線メディアの切替を適切に行うことに寄与することのできる通信特性測定装置及び無線端末を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る通信特性測定装置は、複数の無線メディアを利用可能な無線基地局及び無線端末を備える無線通信システムにおける通信特性測定装置であり、通信方向別に、且つ、無線メディア個別に、無線区間におけるパケットの送達確認の情報を前記無線端末において取得する送達確認情報取得手段と、前記無線端末において取得された送達確認情報に基づいて、通信方向別に、且つ、無線メディア個別に、遅延時間の変動の特徴を表す遅延時間変動特性データを生成する遅延時間変動特性データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、パケットの送信時間間隔から、単位時間をＡＣＫ受信回数で除した値を減算した結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、パケットの送信時間間隔から、単位時間をＡＣＫ送信回数で除した値を減算した結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ受信回数に再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ送信回数に再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ受信回数をＡＣＫ受信回数で除した値に、再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）を計数し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ送信回数をＡＣＫ送信回数で除した値に、再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る通信特性測定装置においては、下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信される前記パケットに関し、最初の受信時刻（第１受信時刻）を記録し、さらに、第１受信時刻を記録した前記パケットに関し、その受信が成功したと判断した時刻（第２受信時刻）を記録し、前記遅延時間変動特性データ生成手段は、第２受信時刻から第１受信時刻を減算した結果の値について、分布特性を計算することを特徴とする。

本発明に係る無線端末は、複数の無線メディアを利用可能な無線基地局及び無線端末を備える無線通信システムにおける前記無線端末において、前述のいずれかの通信特性測定装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無線区間におけるパケットの送達確認の情報を利用して、上り方向、下り方向の個別に、且つ、無線メディア個別に、端末側で、遅延時間変動特性データを測定することができる。これにより、複数の無線メディアを利用可能な無線通信システムにおける無線メディアの切替を適切に行うことに寄与することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるコグニティブ基地局が構成するネットワークを示す概略図である。
コグニティブ基地局は、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃを備える。マクロセル無線モジュール１４ａは、最も広範な通信エリアを提供するマクロセルを形成する。マクロセルとしては、例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムのセルである。マイクロセル無線モジュール１４ｂは、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するマイクロセルを形成する。マイクロセルとしては、例えば、「IEEE802.16」準拠の「Mobile WiMAX」又は「IEEE802.20」準拠の「MBWA（Mobile Broadband Wireless Access）」などのセルである。ピコセル無線モジュール１４ｃは、マイクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するピコセルを形成する。ピコセルとしては、例えば、「IEEE802.11」準拠の無線ＬＡＮなどのセルである。マイクロセルおよびピコセルは、マクロセル内に配置される。なお、無線メディアの種類は、本実施形態で扱うものに限定されない。

マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃは、各々のセルの配置に対応した場所に設置される。各無線モジュール１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、別途設けられたスイッチ１３に通信回線を介して接続される。なお、図１では、コグニティブ基地局が備える他の構成については省略している。

図１に示されるように、スイッチ１３には、マクロセルが一つだけ収容される。そして、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てが、該マクロセルと同じスイッチ１３に収容される。これにより、一つのマクロセルと、該マクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てとは、同一のスイッチ１３に収容され、同じリンク層で処理される。

図２は、本実施形態におけるコグニティブ基地局１０の構成を示すブロック図である。図２において、コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ（Media Access Control）処理部１２、スイッチ１３、複数の無線メディアの無線モジュール１４および無線環境認識部１５を備える。本実施形態では、複数の無線メディアの無線モジュール１４として、マクロセル無線モジュール１４ａと、マイクロセル無線モジュール１４ｂと、ピコセル無線モジュール１４ｃとを有する（以下、特に区別しないときは「無線モジュール１４」と称する）。

コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェイス１１を介して、無線通信ネットワークのコアネットワークと接続する。各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して相互に接続される。また、各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して、無線通信ネットワークの外部のネットワーク（例えば、インターネットなど）に接続することができる。

コア網側インタフェイス１１は、コアネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本実施形態ではＩＰ（Internet Protocol）パケットを送受する。

仮想ＭＡＣ処理部１２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行う。仮想ＭＡＣアドレスは、物理アドレスであり、基地局および端末局の各々に対して、唯一に予め付与される。コグニティブ基地局１０の仮想ＭＡＣ処理部１２は、コグニティブ端末の仮想ＭＡＣ処理部との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、このリンクを用いて伝送するフレームを生成する。このフレームのことを、説明の便宜上、「リンクフレーム」と称する。リンクフレームには、コアネットワークから受信されたＩＰパケットが格納される。仮想ＭＡＣ処理部１２は、生成したリンクフレームをスイッチ１３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１２は、スイッチ１３からリンクフレームを受け取り、該リンクフレームからＩＰパケットを取り出してコア網側インタフェイス１１に出力する。

スイッチ１３は、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１４へ分配し、又、各無線モジュール１４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１２へ出力する。

無線モジュール１４は、自己に固有のＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１４に固有のＭＡＣアドレスのことを、仮想ＭＡＣアドレスと区別するために、説明の便宜上、「実ＭＡＣアドレス」と称する。実ＭＡＣアドレスは、従来、利用されているものである。無線モジュール１４は、同じ無線メディアの無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線リンクは、周波数チャネル単位で確立される。

無線モジュール１４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ１３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ１３に出力する。

無線環境認識部１５は、無線環境を認識し、その認識結果に基づき、スイッチ１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。具体的に説明すれば、まず、無線環境認識部１５は、各無線モジュール１４から無線情報を取得する。また、センサーアンテナ１６を設け、センサーアンテナ１６で観測したデータから無線情報を得てもよい。無線情報としては、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の値、バックグラウンド雑音レベル、変調方式、送信バッファに蓄積されている送信待ちのデータ量、送信失敗を示すＮＡＣＫを相手局から受信した回数、相手局から受信した無線フレームの不良率などが挙げられる。

又は、コグニティブ基地局１０は、自己と接続するコグニティブ端末から遅延時間変動特性データを受信し、この遅延時間変動特性データを自無線環境認識部１５に渡す。遅延時間変動特性データは、無線メディア個別のデータであって、各無線メディアについての遅延時間の変動の特徴を表す。

無線環境認識部１５は、その無線情報又は遅延時間変動特性データに基づいて、各無線メディアの通信状況を判断する。例えば、どの無線メディアが良好な通信状態であるのかを判断する。さらには、どの無線メディアのどの周波数チャネルが良好な通信状態であるのかを判断する。また、長期的な統計データや短期的な統計データを用いて、将来的に良好な通信状態が得られるであろう無線メディア、さらにはその周波数チャネルを特定する推定処理を行う。

無線環境認識部１５は、各無線メディアの通信状況に基づき、上り方向の通信に使用する無線モジュール１４を選択する。無線環境認識部１５は、選択した無線モジュール１４を上り方向の通信に使用するようスイッチ１３に対して指示する。この指示としては、リンクフレームの分配先として、現時点で良好の通信状態であるもの、もしくは、将来的に良好な通信状態が得られるであろうものであって、一つ若しくは複数の無線モジュール１４を指示し、さらにはその無線モジュール１４における周波数チャネルを一つ若しくは複数を指示する。また、分配比率についても、各無線メディアの通信状況に基づいて決定し、スイッチ１３に指示するようにしてよい。この上り方向の通信に使用する無線モジュール１４の情報は、コグニティブ端末へ送られ、コグニティブ端末の該当スイッチも同様に上り方向の通信に使用する無線モジュールを切り替える。

なお、下り方向の通信に使用する無線モジュールの情報は、コグニティブ端末から受信し、コグニティブ端末のスイッチと同様に下り方向の通信に使用する無線モジュール１４をスイッチ１３により切り替える。

図３は、本実施形態におけるコグニティブ端末１００の構成を示すブロック図である。図３において、コグニティブ端末１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１、仮想ＭＡＣ処理部１０２、スイッチ１０３、複数の無線メディアの無線モジュール１０４および無線環境認識部１０５を備える。本実施形態では、複数の無線メディアの無線モジュール１４として、マクロセル無線モジュール１０４ａと、マイクロセル無線モジュール１０４ｂと、ピコセル無線モジュール１０４ｃとを有する（以下、特に区別しないときは「無線モジュール１０４」と称する）。

コグニティブ端末１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１を介して、例えばＬＡＮなどのユーザネットワークと接続する。各コグニティブ端末１００は、ユーザネットワークを介して、無線通信ネットワークの外部のネットワーク（例えば、インターネットなど）に接続することができる。ユーザ網側インタフェイス１０１は、ユーザネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本実施形態ではＩＰパケットを送受する。

仮想ＭＡＣ処理部１０２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行う。コグニティブ端末１００の仮想ＭＡＣ処理部１０２は、コグニティブ基地局１０の仮想ＭＡＣ処理部１２との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１０２は、このリンクを用いて伝送するリンクフレームを生成する。仮想ＭＡＣ処理部１０２は、生成したリンクフレームをスイッチ１０３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１０２は、スイッチ１０３からリンクフレームを受け取り、該リンクフレームからＩＰパケットを取り出してユーザ網側インタフェイス１０１に出力する。

スイッチ１０３は、仮想ＭＡＣ処理部１０２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１０４へ分配し、又、各無線モジュール１０４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１０２へ出力する。

無線モジュール１０４は、自己に固有の実ＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１０４は、同じ無線メディアの無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線モジュール１０４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ１０３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１０４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ１０３に出力する。

無線環境認識部１０５は、無線メディア毎に、遅延時間変動特性データを測定する。具体的には、無線環境認識部１０５は、各無線モジュール１０４から、無線フレームの送達確認の情報を受け取る。無線環境認識部１０５は、無線メディア毎に、無線フレームの送達確認の情報を用いて遅延時間変動特性データを生成する。この遅延時間変動特性データは、コグニティブ基地局１０へ送られる。

また、無線環境認識部１０５は、各無線モジュール１０４から無線情報を取得する。具体的には、無線環境認識部１０５は、各無線モジュール１０４から無線情報を取得する。或いは、センサーアンテナ１０６を設け、センサーアンテナ１０６で観測したデータから無線情報を得ても良い。無線環境認識部１０５は、その取得した無線情報又は遅延時間変動特性データに基づいて、下り方向の通信に使用する無線モジュール１０４を選択する。無線環境認識部１０５は、選択した無線モジュール１０４を下り方向の通信に使用するようスイッチ１０３に対して指示する。この下り方向の通信に使用する無線モジュール１０４の情報は、コグニティブ基地局１０へ送られ、コグニティブ基地局１０のスイッチ１３も同様に下り方向の通信に使用する無線モジュール１４を切り替える。

なお、上り方向の通信に使用する無線モジュールの情報は、コグニティブ基地局１０から受信し、コグニティブ基地局１０のスイッチ１３と同様に上り方向の通信に使用する無線モジュール１０４をスイッチ１０３により切り替える。

コグニティブ端末１００のマクロセル無線モジュール１０４ａは、コグニティブ基地局１０のマクロセル無線モジュール１４ａと無線リンクを確立する。また、コグニティブ端末１００のマイクロセル無線モジュール１０４ｂは、コグニティブ基地局１０のマイクロセル無線モジュール１４ｂと無線リンクを確立する。また、コグニティブ端末１００のピコセル無線モジュール１０４ｃは、コグニティブ基地局１０のピコセル無線モジュール１４ｃと無線リンクを確立する。

なお、コグニティブ端末１００が、自身が測定した遅延時間変動特性データを用いて、上り方向、下り方向の無線モジュールを決定し、コグニティブ基地局１０に通知してもよい。また、折衷型として、コグニティブ基地局１０が下り方向の無線モジュールを決定し、コグニティブ端末１００が上り方向の無線モジュールを決定してもよい。

次に、本実施形態に係るコグニティブ端末１００が行う遅延時間変動特性データの測定方法を説明する。

図４は、本実施形態に係る無線フレーム（データパケット）の送達確認の手順を説明するためのシーケンスチャートである。図４の例は、ＨＡＲＱの手順であって、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信である。図中のデータパケットは、無線フレームに対応する。
マクロセル無線モジュール１４ａは、データパケットの受信に成功すると、ＡＣＫをマクロセル無線モジュール１０４ａに送信する。一方、マクロセル無線モジュール１４ａは、データパケットの受信に失敗すると、ＮＡＣＫをマクロセル無線モジュール１０４ａに送信する。マクロセル無線モジュール１０４ａは、ＮＡＣＫを受信する毎に、該当するデータパケットを再送信する。

以下、図４のパケット送達確認手順を用いる場合の遅延時間変動特性データ測定方法の各実施例を説明する。
コグニティブ端末１００の無線環境認識部１０５は、無線メディア毎に遅延時間変動特性データを測定するが、以下の各実施例では、ある一つの無線メディアに着目して説明する。ある一つの無線メディアについての遅延時間変動特性データを測定する場合、無線環境認識部１０５は、該無線メディアの無線モジュール１０４（以下の各実施例では、マクロセル無線モジュール１０４ａ）から、データパケットの送達確認信号（ＡＣＫ、ＮＡＣＫ）の情報を受け取る。そして、無線環境認識部１０５は、その情報を用いて遅延時間変動特性データを生成する。

図５は、本発明の実施例１に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。図６は、同実施例１に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。図７は、同実施例１に係る遅延時間変動特性データの例である。本実施例１では、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合を例に挙げて説明する。

図５及び図６を参照して、本発明の実施例１に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明する。
ステップＳ１１：マクロセル無線モジュール１０４ａは、単位時間（例えば１秒）Ａ内に受信するＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）Ｂを計数する。
ステップＳ１２：無線環境認識部１０５は、次式により、平均受信間隔Ｃを計算する。
平均受信間隔Ｃ＝単位時間Ａ÷ＡＣＫ受信回数Ｂ
ステップＳ１３：無線環境認識部１０５は、次式により、上り平均パケット到着時間誤差Ｅを計算する。
上り平均パケット到着時間誤差Ｅ＝データパケットの送信時間間隔Ｄ−平均受信間隔Ｃ
但し、データパケットの送信時間間隔Ｄは、一定であり、予め決められている。例えば、ＶｏＩＰにおける送信時間間隔Ｄは２０ミリ秒である。

Ａ＝１秒、Ｄ＝２０ミリ秒である場合の測定データ例を以下に示す。
時刻１秒〜２秒：Ｂ＝４０回、Ｃ＝２５ミリ秒、上り平均パケット到着時間誤差Ｅ＝５ミリ秒
時刻２秒〜３秒：Ｂ＝３０回、Ｃ＝３３ミリ秒、上り平均パケット到着時間誤差Ｅ＝１３ミリ秒

無線環境認識部１０５は、上り平均パケット到着時間誤差Ｅの分布特性（ヒストグラム）を計算する。図７は、上り平均パケット到着時間誤差Ｅの分布特性の概念図である。

無線環境認識部１０５は、上り平均パケット到着時間誤差Ｅの分布特性のデータを遅延時間変動特性データとする。この遅延時間変動特性データに基づいて、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間の変動の特徴を認識することができる。

なお、本実施例１では、上り方向の通信に係る平均パケット到着時間誤差を測定したが、下り方向の通信に係る平均パケット到着時間誤差についても同様に測定することができる。下り方向の通信に係る平均パケット到着時間誤差を測定する場合には、マクロセル無線モジュール１０４ａが単位時間Ａ内に送信するＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）Ｂ’を計数する。次いで、次式により、平均送信間隔Ｃ’を計算する。
平均送信間隔Ｃ’＝単位時間Ａ÷ＡＣＫ送信回数Ｂ’
次いで、次式により、下り平均パケット到着時間誤差Ｅ’を計算する。
下り平均パケット到着時間誤差Ｅ’＝データパケットの送信時間間隔Ｄ−平均送信間隔Ｃ’

図８は、本発明の実施例２に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。図９は、同実施例２に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。図１０は、同実施例２に係る遅延時間変動特性データの例である。本実施例２では、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合を例に挙げて説明する。

図８及び図９を参照して、本発明の実施例２に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明する。
ステップＳ２１：マクロセル無線モジュール１０４ａは、単位時間（例えば１秒）Ａ内に受信するＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）Ｇを計数する。
ステップＳ２２：無線環境認識部１０５は、次式により、上り平均累積遅延時間Ｉを計算する。
上り平均累積遅延時間Ｉ＝ＮＡＣＫ受信回数Ｇ×再送一回あたりの所要時間Ｈ
但し、再送一回あたりの所要時間Ｈは、所定値であり、予め決められている。例えば、１回のＨＡＲＱ再送に要する時間は８ミリ秒である。

Ａ＝１秒、Ｈ＝８ミリ秒である場合の測定データ例を以下に示す。
時刻１秒〜２秒：Ｇ＝１０回、Ｉ＝８０ミリ秒
時刻２秒〜３秒：Ｇ＝２０回、Ｉ＝１６０ミリ秒

無線環境認識部１０５は、上り平均累積遅延時間Ｉの分布特性を計算する。図１０は、上り平均累積遅延時間Ｉの分布特性の概念図である。

無線環境認識部１０５は、上り平均累積遅延時間Ｉの分布特性のデータを遅延時間変動特性データとする。この遅延時間変動特性データに基づいて、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間の変動の特徴を認識することができる。

なお、本実施例２では、上り方向の通信に係る平均累積遅延時間を測定したが、下り方向の通信に係る平均累積遅延時間についても同様に測定することができる。下り方向の通信に係る平均累積遅延時間を測定する場合には、マクロセル無線モジュール１０４ａが単位時間Ａ内に送信するＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）Ｇ’を計数する。次いで、次式により、下り平均累積遅延時間Ｉ’を計算する。
下り平均累積遅延時間Ｉ’＝ＮＡＣＫ送信回数Ｇ’×再送一回あたりの所要時間Ｈ

図１１は、本発明の実施例３に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。図１２は、同実施例３に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。図１３は、同実施例３に係る遅延時間変動特性データの例である。本実施例３では、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合を例に挙げて説明する。

図１１及び図１２を参照して、本発明の実施例３に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明する。
ステップＳ３１：マクロセル無線モジュール１０４ａは、単位時間（例えば１秒）Ａ内に受信する、ＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）Ｂ及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）Ｇを計数する。
ステップＳ３２：無線環境認識部１０５は、次式により、上りパケット毎平均再送遅延時間Ｋを計算する。
上りパケット毎平均再送遅延時間Ｋ＝（ＮＡＣＫ受信回数Ｇ÷ＡＣＫ受信回数Ｂ）×再送一回あたりの所要時間Ｈ
但し、再送一回あたりの所要時間Ｈは、所定値であり、予め決められている。例えば、１回のＨＡＲＱ再送に要する時間は８ミリ秒である。

Ａ＝１秒、Ｈ＝８ミリ秒である場合の測定データ例を以下に示す。
時刻１秒〜２秒：Ｇ＝１０回、Ｂ＝５０回、Ｋ＝１．６ミリ秒

無線環境認識部１０５は、上りパケット毎平均再送遅延時間Ｋの分布特性を計算する。図１３は、上りパケット毎平均再送遅延時間Ｋの分布特性の概念図である。

無線環境認識部１０５は、上りパケット毎平均再送遅延時間Ｋの分布特性のデータを遅延時間変動特性データとする。この遅延時間変動特性データに基づいて、マクロセル無線モジュールを用いた上り方向の通信に係る遅延時間の変動の特徴を認識することができる。

なお、本実施例３では、上り方向の通信に係るパケット毎平均再送遅延時間を測定したが、下り方向の通信に係るパケット毎平均再送遅延時間についても同様に測定することができる。下り方向の通信に係るパケット毎平均再送遅延時間を測定する場合には、マクロセル無線モジュール１０４ａが、単位時間Ａ内に送信する、ＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）Ｂ’及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）Ｇ’を計数する。次いで、次式により、下りパケット毎平均再送遅延時間Ｋ’を計算する。
下りパケット毎平均再送遅延時間Ｋ’＝（ＮＡＣＫ送信回数Ｇ’÷ＡＣＫ送信回数Ｂ’）×再送一回あたりの所要時間Ｈ

図１４は、本発明の実施例４に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。図１５は、同実施例４に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。図１６は、同実施例４に係る遅延時間変動特性データの例である。本実施例４では、マクロセル無線モジュールを用いた下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合を例に挙げて説明する。

図１４及び図１５を参照して、本発明の実施例４に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明する。
ステップＳ４１：マクロセル無線モジュール１０４ａは、単位時間（例えば１秒）Ａ内に受信するデータパケットに関し、最初の受信時刻（第１受信時刻）を記録する。
ステップＳ４２：マクロセル無線モジュール１０４ａは、第１受信時刻を記録したデータパケットに関し、その受信が成功したと判断した時刻（第２受信時刻）を記録する。第２受信時刻には、ＡＣＫを送信した時刻を利用することができる。
ステップＳ４３：無線環境認識部１０５は、次式により、下りパケット毎平均遅延時間Ｍを計算する。
下りパケット毎平均遅延時間Ｍ＝第２受信時刻−第１受信時刻

無線環境認識部１０５は、下りパケット毎平均遅延時間Ｍの分布特性を計算する。図１６は、下りパケット毎平均遅延時間Ｍの分布特性の概念図である。

無線環境認識部１０５は、下りパケット毎平均遅延時間Ｍの分布特性のデータを遅延時間変動特性データとする。この遅延時間変動特性データに基づいて、マクロセル無線モジュールを用いた下り方向の通信に係る遅延時間の変動の特徴を認識することができる。

上述したように本実施形態によれば、無線フレーム（無線区間におけるパケット）の送達確認の情報を利用して、上り方向、下り方向の個別に、且つ、無線メディア個別に、端末側で、遅延時間変動特性データを測定することができる。この遅延時間変動特性データによれば、各無線メディアにおける通信方向別の遅延時間の変動の特徴を認識することができる。これにより、複数の無線メディアを利用可能な無線通信システムにおける無線メディアの切替を適切に行うことに寄与することができるという効果が得られる。

また、測定専用のプローブパケットを用いないので、無線リソースを測定用に消費しないという利点がある。また、各端末が測定を行うので、端末台数が増加しても問題ない。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態では、コグニティブ基地局１０が備える、マクロセル無線モジュール１４ａと、マイクロセル無線モジュール１４ｂと、ピコセル無線モジュール１４ｃと、スイッチ１３とが、分散して設置されるが、同一場所、同一筐体に設置されてもよい。

本発明の実施形態によるコグニティブ基地局が構成するネットワークを示す概略図である。本実施形態におけるコグニティブ基地局の構成を示すブロック図である。本実施形態におけるコグニティブ端末の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る無線フレーム（データパケット）の送達確認の手順を説明するためのシーケンスチャートである。本発明の実施例１に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。同実施例１に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。同実施例１に係る遅延時間変動特性データの例である。本発明の実施例２に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。同実施例２に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。同実施例２に係る遅延時間変動特性データの例である。本発明の実施例３に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。同実施例３に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。同実施例３に係る遅延時間変動特性データの例である。本発明の実施例４に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を示すフローチャートである。同実施例４に係る遅延時間変動特性データ測定方法の手順を説明するためのシーケンスチャートである。同実施例４に係る遅延時間変動特性データの例である。

符号の説明

１０…コグニティブ基地局、１００…コグニティブ基地局、１０１…ユーザ網側インタフェイス、１０２…仮想ＭＡＣ処理部、１０３…スイッチ、１０４ａ…マクロセル無線モジュール、１０４ｂ…マイクロセル無線モジュール、１０４ｃ…ピコセル無線モジュール、１０５…無線環境認識部、１０６…センサーアンテナ

Claims

複数の無線メディアを利用可能な無線基地局及び無線端末を備える無線通信システムにおける通信特性測定装置であり、
通信方向別に、且つ、無線メディア個別に、無線区間におけるパケットの送達確認の情報を前記無線端末において取得する送達確認情報取得手段と、
前記無線端末において取得された送達確認情報に基づいて、通信方向別に、且つ、無線メディア個別に、遅延時間の変動の特徴を表す遅延時間変動特性データを生成する遅延時間変動特性データ生成手段と、
前記遅延時間変動特性データの長期的及び短期的な統計データに基づいて、無線メディア及びその周波数チャネルを特定する推定処理を行う前記無線基地局に、前記遅延時間変動特性データを送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする通信特性測定装置。
上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、パケットの送信時間間隔から、単位時間をＡＣＫ受信回数で除した値を減算した結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、パケットの送信時間間隔から、単位時間をＡＣＫ送信回数で除した値を減算した結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ受信回数に再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ送信回数に再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
上り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ受信回数）及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ受信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ受信回数をＡＣＫ受信回数で除した値に、再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に送信されるＡＣＫの数（ＡＣＫ送信回数）及びＮＡＣＫの数（ＮＡＣＫ送信回数）を計数し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、ＮＡＣＫ送信回数をＡＣＫ送信回数で除した値に、再送一回あたりの所要時間を乗じた結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
下り方向の通信に係る遅延時間変動特性データを測定する場合に、
前記送達確認情報取得手段は、前記無線端末で単位時間内に受信される前記パケットに関し、最初の受信時刻（第１受信時刻）を記録し、さらに、第１受信時刻を記録した前記パケットに関し、その受信が成功したと判断した時刻（第２受信時刻）を記録し、
前記遅延時間変動特性データ生成手段は、第２受信時刻から第１受信時刻を減算した結果の値について、分布特性を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信特性測定装置。
複数の無線メディアを利用可能な無線基地局及び無線端末を備える無線通信システムにおける前記無線端末において、
請求項１から８のいずれか１項に記載の通信特性測定装置を備えたことを特徴とする無線端末。