JP5281845B2 - 無線通信システム、無線通信端末および基地局選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビーコン信号を用いて基地局の選択を行う無線通信システム、無線通信端末および基地局選択方法に関する。

３ＧＰＰ２（Third Generation Partnership Project 2）で標準化が進められているＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）システムにおいては、異なる周波数で運用される無線基地局間の高速なハンドオフ（周波数間ハンドオフ）に対応するため、Ｆ−ＢＰＩＣＨ（Forward link Beacon Pilot Channel）という物理チャネルが設けられている。この物理チャネルを使用して送信される信号をビーコン・パイロット（Beacon Pilot）と呼ぶことにする。複数の周波数帯域が存在している場合、無線基地局は自帯域を含む全ての帯域に対してこのビーコン・パイロットを送信する。これによって、どれか１つの帯域に接続している端末が、他の帯域で運用している無線基地局との間のチャネル品質を推定し、最適なハンドオフ先を決定することが可能になる。ビーコン・パイロット送信の動作概要を図１に示す。ここでは、２つの周波数帯域を仮定しており、それぞれをチャネルバンドＸ、Ｙと呼び、その帯域において運用している無線基地局をそれぞれＡＰ０、ＡＰ１と呼ぶことにする。図ではＡＰ０の動作が示されており、斜線の部分がビーコン・パイロット以外で使用されているサブキャリア、図中の黒い点で表されているのがビーコン・パイロットである。ビーコン・パイロット送信を行うＯＦＤＭシンボルにおいては、このように１つのサブキャリアのみを使用してビーコン・パイロットの送信が行われる。そのため、全送信電力を特定のサブキャリアのみに集中することができるため、通常の物理チャネルよりも広いカバレッジを実現することが可能であるという特徴を有している。ＡＰ０は、チャネルバンドＸでビーコン・パイロットを送信するのと同様に、チャネルバンドＹにおいてもビーコン・パイロットの送信を行う。これによって、チャネルバンドＹに接続している端末（ＡＴ０）においても、ＡＰ０との間の伝播損失を推定することが可能になる。つまり、ビーコン・パイロットの送信電力が既知であれば、ＡＴ０は、ＡＰ０から送信されたビーコン・パイロットのＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indictor：受信信号強度）値を用いて、ＡＰ０とＡＴ０との間の伝播損失を推定することができるようになる。この伝播損失をＰＬ０とする。また、ＡＴ０は、もともとＡＰ１に接続しているため、ＡＰ１が送信するパイロット信号を使用してＡＰ１との間の伝播損失（ＰＬ１）についても推定することが可能である。このようにして求められた２つの伝播損失、ＰＬ０とＰＬ１を比較し、小さい値が得られたほうの無線基地局を選択し、ハンドオフすることによって、周波数を跨る場合でも最適な無線基地局を選択することが可能である。以上がビーコン・パイロットを使用する利点であるが、もしこれを用いなかった場合、端末は、チャネルバンドＸとＹの両方の信号を定期的にモニタする必要が生じ、そのためにＲＦ周波数をチューニングしなければならなくなる。
特表平７−５０１９１８号公報 特表２００３−５０９９８２号公報

上記ビーコン・パイロットの動作は、チャネルバンドＸとＹとの周波数差が比較的小さかった場合には、ある程度理想的に機能すると考えられるが、周波数差が大きい場合には不具合を来たすと考えられる。一般に、周波数が高くなるほど伝播損失は大きくなることが知られているため、チャネルバンドＸとＹとの周波数帯に大きな差があった場合には、ビーコン・パイロットによって推定した伝播損失と、実際の運用帯域における伝播損失が大きく異なることになるためである。図１の例において、チャネルバンドＸを２ＧＨｚ、チャネルバンドＹを８００ＭＨｚと仮定した場合、ＡＰ１に接続しているＡＴ０が、ＡＰ０との間の伝播損失を推定するときにはあくまでチャネルバンドＹの周波数帯つまり８００ＭＨｚにおいてである。ここで得られた伝播損失をもとにＡＰ０のほうが有利であるとの判定をし、チャネルバンドＸ、つまり２ＧＨｚ帯で運用しているＡＰ０にハンドオフしたとしても、周波数が異なるため想定した伝播損失と大きく異なっている可能性がある。したがって、ハンドオフの際に、最適な無線基地局を選択できないことがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、周波数間ハンドオフの際に、より最適な無線基地局を選択することができる無線通信システム、無線通信端末および基地局選択方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の無線基地局と、前記無線基地局と無線通信を行う無線通信端末とを備えた無線通信システムにおいて、前記無線基地局毎に異なる運用周波数帯域が割り当てられ、前記各無線基地局が、割り当てられた運用周波数帯域にあるビーコン信号を送信するものであって、前記無線通信端末が、前記各無線基地局から送信された前記ビーコン信号を抽出するビーコン抽出部と、前記ビーコン抽出部で抽出したビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定する伝搬損失推定部と、現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記推定された伝搬損失を補正する伝搬損失補正部と、前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定する基地局決定部とを備えることを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、伝搬損失比較補正部を備え、前記伝搬損失比較補正部が、前記伝搬損失補正部で補正された前記伝搬損失と、実際のハンドオフ先の無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失との差分を蓄積しておき、該差分を用いて前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失を更に補正することが好ましい。

また、本発明は、複数の無線基地局と無線通信を行う無線通信端末であって、前記各無線基地局から送信されたビーコン信号を抽出するビーコン抽出部と、前記ビーコン抽出部で抽出したビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定する伝搬損失推定部と、現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記推定された伝搬損失を補正する伝搬損失補正部と、前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定する基地局決定部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、複数の無線基地局と無線通信を行う無線通信端末の基地局選択方法であって、前記各無線基地局から送信されたビーコン信号を抽出するステップと、抽出した前記ビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定し、現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記伝搬損失を補正するステップと、補正された前記伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定するステップとを備えることを特徴とする。

本発明は、端末において周波数差による伝搬損失を補正するため、周波数間ハンドオフの際に、より最適な無線基地局を選択することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の無線通信システムは、３ＧＰＰ２（Third Generation Partnership Project 2）で標準化が進められているＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）システムである。本発明の無線通信システムでは、無線基地局毎に異なる運用周波数帯域が割り当てられており、各無線基地局は、特定のサブキャリア（ビーコン周波数）を使用し、所定タイミングでビーコン・パイロット（ビーコン信号）を送信する。

図２は、本発明の無線通信システムにおいて使用される無線通信端末の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す無線通信端末は、受信信号を増幅および周波数変換し、ベースバンド信号に変換する受信部２と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等により復調を行う復調部３と、ビーコン・パイロット以外の信号の復号を行う復号部４と、現在通信接続中の無線基地局を含む複数の無線基地局の各無線基地局から送信されたビーコン・パイロットを抽出するビーコン検出部６と、ビーコン・パイロットのＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indictor：受信信号強度）値を測定するＲＳＳＩ算出部７と、各無線基地局のビーコン送信電力や運用周波数に関する情報を保持するシステム情報記憶部８と、各無線基地局との間の伝搬損失を推定する伝搬損失推定部９ａと、ビーコン周波数が割り当てられた周波数帯域と各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、各無線基地局それぞれに対する前記推定された伝搬損失を補正する伝搬損失補正部９ｂと、伝搬損失補正部９ｂで補正された伝搬損失に基づいて、ハンドオフ先の無線基地局を決定する最適基地局決定部１０を備えている。なお、図２では、伝搬損失推定部９ａと伝搬損失補正部９ｂとで伝搬損失推定・補正部９としている。

アンテナ１より入力した受信信号は、通常、受信部２において増幅および周波数変換され、ベースバンド信号に変換された後、復調部３においてＦＦＴやＩＱ平面状へのマッピングによって復調される。ここでビーコン・パイロット以外の符号化された受信データは、復号部４において誤り訂正等の処理を施した後に取り出され、データリンク層およびさらに上位層へと送られる。

ビーコン・パイロットに関しては、復調部３の復調処理の後、ビーコン検出部６へと送られる。上述したように、ビーコン・パイロットは、特定のサブキャリアのみに電力を集中して送信されるため、通常のデータサブキャリアに比べて電力密度が高いという特徴を有する。従って、ビーコン検出部６においては、ピークサーチ等によってビーコン・パイロットが送信されているサブキャリアを検出することが可能である。また、ビーコン・パイロットは、無線基地局のＩＤ（固有の識別値）によってそのホッピング・パターンが決定されるため、ビーコン・パイロットが存在するサブキャリア番号のシーケンスを読み取ることによって、送信している無線基地局のＩＤを得ることができる。

無線基地局のＩＤを得た後は、ＲＳＳＩ算出部７において、そのビーコン・パイロットの振幅からＲＳＳＩ値を測定する。次に、伝搬損失推定部９ｂは、既知であるビーコン・パイロットの送信電力と、ＲＳＳＩ算出部７において測定したビーコン・パイロットのＲＳＳＩ値に基づいて各無線基地局との間の伝搬損失を推定する。無線通信端末は、システム情報記憶部８において、各無線基地局のビーコン送信電力や、各無線基地局の運用周波数に関する情報を保持しているため、これらを用いてビーコン・パイロットを送信した無線基地局が運用している周波数帯域における伝播損失の推定を行うことができる。

次に、伝搬損失補正部９ｂは、現在通信に使用されている周波数帯とハンドオフ先の候補となる無線基地局で運用されている周波数帯との差を用いて伝搬損失推定部９ａで推定した伝搬損失の補正を行う。すなわち、伝搬損失推定部９ｂは、現在通信している基地局に割り当てられた運用周波数帯域と、ビーコン・パイロットを送信した無線基地局（ハンドオフ先の候補となる無線基地局）が運用している周波数帯域との差を用いて伝搬損失推定部９ａで推定した伝搬損失の補正を行う。
広く知られている伝播モデルにＣＯＳＴ ２３１ Ｈａｔａモデルおよび拡張Ｈａｔａモデルがあるが、これらの伝播モデルでは伝搬損失は、次の式で計算される。
ＣＯＳＴ ２３１ Ｈａｔａモデル

ＣＯＳＴ ２３１ 拡張Ｈａｔａモデル

ここで、上記の２式のａには共通して次の式が用いられる。

上記の式をもとに、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯における伝播損失Ｌ［ｄＢ］と基地局−端末間距離Ｒ［ｍ］の関係を示すと次の式で表される。
ｆ＝８００ＭＨｚ：Ｌ＝３５×ｌｏｇ１０（Ｒ）＋１９．６
ｆ＝２ＧＨｚ ：Ｌ＝３５×ｌｏｇ１０（Ｒ）＋３２．２
ここで、基地局アンテナ高＝３２ｍ、端末アンテナ高＝１．５ｍとした。上式より、この伝播モデルを想定した場合には、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯との間で１２．６ｄＢほどの差があることがわかる。伝搬損失補正部９ｂにおいては、この差分を使用して前記推定された伝播損失の補正を行う。最適基地局決定部１０においては、上で求められた補正後の伝播損失のうち、最も小さい値が得られた無線基地局をハンドオフ先のターゲットとして決定する。

なお、実際には、伝播モデル通りになっていないケースも往々にして有り得ると考えられるため、伝搬損失推定・補正部９において補正した伝搬損失の値とハンドオフ後に測定した伝播損失の実測値との差分を蓄積し、この差分を用いて伝搬損失を更に補正しても良い。この場合の無線通信端末の構成を図３に示す。図３は、図２の構成に、さらに、パイロット信号のＲＳＳＩ値を測定する参照信号ＲＳＳＩ算出部１１と、無線基地局間の伝播損失を推定する伝搬損失推定部１２と、ビーコン・パイロットによって推定し、前記補正によって得られた伝播損失と、実際のハンドオフ先の無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失とを比較して差分を求める伝搬損失比較補正部１３と、伝搬損失比較補正部１３で求められた差分を記憶する伝搬損失差分記憶部１４とを備えるようにしたものである。

参照信号ＲＳＳＩ算出部１１においては、ビーコン・パイロットではなく、ハンドオフ後に接続中の無線基地局から送信されているパイロット信号のＲＳＳＩ値を測定し、伝搬損失推定部１２においてその無線基地局との間の伝播損失を推定する。これはつまり、接続中の無線基地局との間の伝播損失を実測した結果に相当する。伝搬損失比較補正部１３においては、ビーコン・パイロットによって推定し、前記補正によって得られた伝播損失（伝搬損失推定・補正部９において推定・補正した伝搬損失）と、実測した伝播損失とを比較し、その差分を伝搬損失差分記憶部１４に保存する。伝搬損失差分記憶部１４に保存することで、差分の長期間の平均値を得る等に利用することが可能となる。さらに、伝搬損失比較補正部１３においては、この差分の平均値を使用して前記補正によって得られた伝播損失を更に補正する。この伝搬損失比較補正部１３での補正後は、上述したビーコン検出部６での処理、ＲＳＳＩ算出部７での処理、システム情報記憶部８での処理、および伝搬損失推定・補正部９での処理を実行して、最適基地局決定部１０で更にハンドオフ先の候補となる無線基地局を決定する。

また、上で使用した伝播式は、見通し内（ＬＯＳ）通信や見通し外（ＮＬＯＳ）通信等の伝播環境によっても大きく左右されるため、この精度を上げるために遅延波のプロファイルを測定するなどして、他の伝播モデルを用いて推定を行う処理を設けることも考えられる。

ビーコン・パイロット送信の動作概要を説明する図である。 無線通信端末の構成の一例を示すブロック図である。 無線通信端末の構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ 受信部
３ 復調部
４ 復号部
６ ビーコン検出部
７ ＲＳＳＩ算出部
８ システム情報記憶部
９ 伝搬損失推定・補正部
１０ 最適基地局決定部
１１ 参照信号ＲＳＳＩ算出部
１２ 伝搬損失推定部
１３ 伝搬損失比較補正部
１４ 伝搬損失差分記憶部

Claims (4)

1. 複数の無線基地局と、前記無線基地局と無線通信を行う無線通信端末と、を備えた無線
   通信システムにおいて、
   前記無線基地局毎に異なる運用周波数帯域が割り当てられ、
   前記各無線基地局は、割り当てられた運用周波数帯域にあるビーコン信号を送信するものであって、
   前記無線通信端末は、
   前記各無線基地局から送信された前記ビーコン信号を抽出するビーコン抽出部と、
   前記ビーコン抽出部で抽出したビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定する伝搬損失推定部と、
   現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記推定された伝搬損失を補正する伝搬損失補正部と、
   前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定する基地局決定部と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 伝搬損失比較補正部を備え、
   前記伝搬損失比較補正部は、
   前記伝搬損失補正部で補正された前記伝搬損失と、
   実際のハンドオフ先の無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失との差分を蓄積しておき、
   該差分を用いて前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失を更に補正することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 複数の無線基地局と無線通信を行う無線通信端末であって、
   前記各無線基地局から送信されたビーコン信号を抽出するビーコン抽出部と、
   前記ビーコン抽出部で抽出したビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定する伝搬損失推定部と、
   現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記推定された伝搬損失を補正する伝搬損失補正部と、
   前記伝搬損失補正部で補正された伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定する基地局決定部と、
   を備えることを特徴とする無線通信端末。
4. 複数の無線基地局と無線通信を行う無線通信端末の基地局選択方法であって、
   前記各無線基地局から送信されたビーコン信号を抽出するステップと、
   抽出した前記ビーコン信号に基づいて、前記各無線基地局の運用周波数帯域における伝搬損失を推定し、現在通信接続中の無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域と前記各無線基地局に割り当てられた運用周波数帯域との差を用いて、前記各無線基地局それぞれに対する前記伝搬損失を補正するステップと、
   補正された前記伝搬損失のそれぞれを用いて、ハンドオフ先の無線基地局を決定するステップと、
   を備えることを特徴とする無線通信端末の基地局選択方法。

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