(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と通信する無線端末であって、
前記基地局から受信した電波の強度に基づき、前記基地局に対して送信する電波の強度を決定する電力制御部と、
時間を計測するタイマと、
前記電力制御部により測定された電波の強度に応じて、監視時間の長さを決定する監視時間設定部と、
前記基地局と前記無線端末がトラフィックチャネルにより接続されている状態において、
前記タイマにより計測した無通信である状態の時間が前記監視時間に達した場合に前記トラフィックチャネルによる接続を切断する無通信監視部と、を有することを特徴とする無線端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線端末であって、
前記監視時間設定部は、前記電力制御部により測定された電波の強度に変更があるか否かを判断し、変更がある場合に監視時間を再設定することを特徴とする無線端末。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の無線端末であって、
前記監視時間設定部は、前記基地局から受信する電波の強度が弱いほど前記監視時間を短い時間に設定することを特徴とする無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局と通信を行う無線端末の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信端末（以下、端末と称する）と無線通信基地局（以下、基地局と称する）を用いた無線通信において、様々な通信規格が存在する。第三世代携帯電話（３Ｇ）では、ＣＤＭＡ方式を採用したＣＤＭＡ２０００、Ｗ−ＣＤＭＡといった通信規格が主体となっている。このＣＤＭＡ方式は、周波数帯域や時間を分割せずに広く使用することで、これまでとは比較にならないほど多数のユーザによる同時接続を実現し、昨今での無線通信に要求されているデータ通信速度についても対応している。
【０００３】
しかし、ＣＤＭＡ方式では多数のユーザによる同時接続を実現するという特性上、「同時刻、同周波数において、基地局の近くに存在する端末が強い電波を発するために、基地局から遠くに存在する端末からの電波をかき消してしまうため、その結果基地局は遠くに存在する端末からの電波を受信しにくい」という遠近問題が発生する。この問題を解決するため、基地局が受信する電波がどの端末からもほぼ一定の強さになるように、基地局から遠い場所に存在する端末は送信する電波の強度を大きくし、近い場所に存在する端末は送信する電波の強度を小さくする電力制御を実行している。なお、電力制御は、非常に短い周期で行われており、ＣｄｍａＯｎｅ、ＣＤＭＡ２０００では８００回／秒、Ｗ−ＣＤＭＡでは１５００回／秒となっている。
【０００４】
一方、ＣＤＭＡ方式では無通信監視機能を用いることで、データの送受信に必要なリソースの有効利用を図っている。無通信監視機能とは、端末が無通信状態に遷移しその状態で一定時間を経過すると、端末の通信状態を「基地局への同期情報を通知するため電波を発する接続状態」から「基地局からの電波を受信するだけである切断状態」へと遷移させる機能を指す。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３６９４５
【非特許文献１】３ＧＰＰ２  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃ．Ｓ．００２４−Ａ  Ｖ３．０：１０．２  Ｄｅｆａｕｌｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  ＭＡＣ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ及び１１．１  Ｄｅｆａｕｌｔ（Ｓｕｂｔｙｐｅ  ０）  Ａｎｄ  Ｓｕｂｔｙｐｅ  １  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｉｎｓｔａｎｃｅｓ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基地局から遠い場所に存在する端末は、電力制御のため基地局から近い場所に存在する端末に比べて送信する電波の強度が大きく、その結果端末の消費電力も大きくなってしまう課題がある。上述の無通信監視機能には、端末の通信状態を「基地局からの電波を受信するだけである切断状態」に遷移させることで、端末の消費電力を低減できる側面もある。しかし、それだけでは消費電力を十分に低減できるとは言えない。そこで、本発明は端末の消費電力を低減してバッテリーの持続時間を長くすることを目的とする。
【０００７】
特許文献１は、受信信号電力レベルにより、通常動作モードと低消費電力モードとを切り替える技術であるが、単純に低消費モードにより消費する電力を低く抑えるというだけでは、電力制御を行うために基地局から遠い場所に存在する無線端末と近い場所に存在する端末との間で消費電力に差異が生じるという問題に対応することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、電波状況に関する情報をフィードバックして端末の持つ無通信監視タイマ値（監視時間）を変更する監視時間変更機能と、フィードバックされた結果による無通信監視タイマ値（監視時間）に対応した無通信監視機能とを備えた端末を提供する。これは、電波微弱エリアにおける無通信監視時、つまり無通信であるが端末の時間当たりの電力消費が大きくなる場合に、無通信監視タイマ値を小さい値（短い時間）に変更し、端末の電力消費の大きい接続状態からいち早く電力消費の小さい切断状態に遷移させることによるものである。
【発明の効果】
【０００９】
無通信状態である端末が、電波微弱エリアにおいていち早く接続状態から切断状態に遷移することで、電力消費の低減が見込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施に好適な実施形態の例を詳細に説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００１１】
図１に無線通信システムの構成を表す。無線通信システムは、端末１１０と、端末１１０と通信する基地局１２０（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）と、基地局１２０の動作を管理、制御するＢＳＣ１３０（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、基地局制御装置）、インターネット１５０へ接続するためのパケットを中継するＰＤＳＮ１４０（ＰａｃｋｅｔＤａｔａＳｅｒｖｉｎｇＮｏｄｅ、パケットデータ中継装置）から構成される。利用者は、端末１１０を操作することにより、基地局１２０、ＢＳＣ１３０、ＰＤＳＮ１４０を介してインターネット１５０に接続し、様々なデータの送受信が可能である。本実施形態は、無通信監視タイマを備えた端末１１０に関する発明であり、以下では端末１１０の構成及び動作のフローについて説明する。
【００１２】
図２は、端末１１０のハードウェア構成を示すブロック図である。具体的には、無線信号を送受信するアンテナ２００と、無線信号を電気信号に変換するＲＦ部２１０と、電気信号に所定の通信処理（信号終端、プロトコル変換、障害監視などの処理を含む）を行う通信処理部２２０と、端末の利用者が送受信する信号の入出力を行う周辺装置部２３０と、端末１１０全体の制御を行う制御部２４０とで構成される。
【００１３】
周辺装置部２３０は、音声を入力するマイク２３１と、音声を出力するスピーカ２３２と、文字や画像を表示する液晶ディスプレイ等で構成される表示部２３３と、データや制御信号（接続先の指定等）の入力を受け付けるキーボードなどで構成される入力部２３４とを備える。また、制御部２４０は、端末１１０全体の動作を制御するプロセッサであるＣＰＵ２４１と、動作プログラムや動作に必要な各種データを蓄積するメモリ２４２と、外部機器との信号を送受信するＩ／Ｏデバイス２４３とを備える。また、メモリ２４２は、電力制御を実行するための電力制御プログラム２５１と、時間を測定するためのタイマプログラム２５２と、無通信時間の監視のために必要な無通信監視タイマ値（監視時間）を設定するための監視時間設定プログラム２５３、無通信監視を実行するための無通信監視プログラム２５４を有する。ＣＰＵ２４１はこれらのプログラムをメモリ２４２から読み出して実行するものである。
【００１４】
図３〜図５を用いて、条件によって基地局と通信を行う端末の電力消費の大きさに違いがあることを説明する。
【００１５】
図３はケース別の端末、基地局及び電波遮蔽物の位置関係を示す。ここに示す端末は図１及び図２の端末１１０と同様の構成を有し、基地局は図１の基地局１２０と同様にネットワーク網への接続するものである。ケース１では、端末３１１は基地局３１２と接続可能であり、これらは距離Ｌ３０２離れているものとする。ケース２では、端末３２１は基地局３２２と接続可能であるが、端末３２１と基地局３２２の間には電波遮蔽物３２３が存在する。ここで、基地局３２２と電波遮蔽物３２３とは距離Ｌ３０１離れており、基地局３２２と端末３２１とは距離Ｌ３０２離れているものとする。ケース３では、端末３３１は基地局３３２と接続可能であり、これらは距離Ｌ３０３離れているものとする。また、距離については０＜Ｌ３０１＜Ｌ３０２＜Ｌ３０３という関係がある。
【００１６】
図４に、図３の位置関係であった場合の、ケース別の端末の送信電波強度を示す。ここで送信電波強度とは、端末が基地局に対して送信する電波の強度を指す。ＣＤＭＡ方式では「同時刻、同周波数において、基地局の近くに存在する端末が強い電波を発するために、基地局から遠くに存在する端末からの電波をかき消してしまうため、その結果基地局は遠くに存在する端末からの電波を受信しにくい」という遠近問題を解決するため、基地局が受信する電波がどの端末からもほぼ一定の強さになるように、端末が発する電波の強度を調整している。
【００１７】
これを踏まえて、図４について説明する。ケース２では電波遮蔽物３２３が存在しているために、端末３２１が基地局３２２から受信する電波の強度は、ケース１で端末３１１が基地局３１２から受信する電波の強度よりも小さい。よって、端末３２１が基地局３２２に電波を送信する場合、電波遮蔽物３２３の存在によりその電波が減衰してしまう。すなわち、基地局が受信する電波がどの端末からもほぼ一定の強さにするためは、端末３２１は、端末３１１よりも送信する電波の強度を大きくしなければならない。
【００１８】
また、ケース３では端末３３１は基地局３３２が距離Ｌ３０３離れているために、端末３３１が基地局３３２から受信する電波の強度は、ケース１で端末３１１が基地局３１２から受信する電波の強度よりも小さい。よって、端末３３１が基地局３３２に電波を送信する場合、距離が長いだけにその電波が減衰してしまう。すなわち、基地局が受信する電波がどの端末からもほぼ一定の強さにするためは、端末３３１は、端末３１１よりも送信する電波の強度を大きくしなければならない。このような理由から、ケース１における端末送信電波強度e４０１は、ケース２、３における端末送信電波強度e４０２よりも小さいという関係がある。
【００１９】
図５は、従来の無通信監視機能における、各ケースでの通信状態の遷移の例を示す。ここでは、Tdefaultはケース１〜３全てに共通の無通信監視タイマ値（無通信状態を監視する時間を示す値）であって、固定値である。各ケース共に、切断状態からt５０１で通信を開始することで接続状態となり、t５０２で通信を終えている。その後、無通信状態がｔ５０２からTdefaultの期間が経過してt５０３に達するとトラフィックチャネルによる接続を切断する状態へ遷移させる。このとき図４に示したように、ケース１と比べて、ケース２及びケース３では端末が送信する電波の強度が大きいため、単位時間当たりの電力消費には違いが発生する。
【００２０】
ここまでは条件によって端末の電力消費の大きさが異なってくることを説明した。これから図６〜１０を用いて、上述のケース２やケース３において電力消費を低減するための具体的な構成及び処理について説明する。
【００２１】
図６は、端末送信電波強度を用いて、無通信監視タイマ値を求める計算式の例である。図６のeは計算時に使用する端末送信電波強度を示し、Eminは端末が設定可能な最小の端末送信電波強度を示し、Emaxは端末が設定可能な最大の端末送信電波強度を示し、ESは無通信監視タイマ値をTdefaultとするか計算したTとするかの端末送信電波強度の境界値を示し、Tminは許容される最小の無通信監視タイマ値を示す。
【００２２】
図６の計算式を使用した端末送信電波強度と無通信監視タイマ値の関係は図７のようになる。なお、ここでは、無通信監視タイマ値を端末送信電波強度より求める計算を行っているが、基地局からの受信電波強度により求めてもよい。いずれの場合であっても、電波状況に関する情報をフィードバックして端末の持つ無通信監視タイマ値を変更することができるので、電波微弱エリアでいち早く接続状態から切断状態に遷移するこことが可能となり、電力消費を低減できる。また、ここでは、無通信監視タイマ値をTdefaultとするか、計算したTとするかの端末送信電波強度の境界値であるＥＳを設けているが、設けなくてもよい。更に無通信監視タイマ値は、計算式からの算出ではなく、端末送信電波強度を一定値ごとのゾーンで区切り、あらかじめ登録しておく各ゾーン毎の無通信監視タイマ値の情報を参照して求めてもよい。
【００２３】
図７に示すように、端末が送信する電波の強度が強く（大きく）なると無通信監視タイマ値が小さく（短い時間に）なり、端末が送信する電波の強度が弱く（小さく）なると無通信監視タイマ値が大きく（長い時間に）なる関係にある。電力消費量は「送信する電波の強度×送信時間」で表されるものであり、このように端末が送信する電波の強度が大きい場合には無通信監視タイマ値を小さく（短い時間に）設定することで、電力消費量をより低くできる。また、これを逆に言うと、端末が受信する電波の強度が弱く（小さく）なると無通信監視タイマ値が小さく（短い時間に）なり、端末が受信する電波の強度が強く（大きく）なると無通信監視タイマ値が大きく（長い時間に）なる関係にある。
【００２４】
図８は、無通信監視機能の処理のフローチャートを示す。ここで、端末と基地局とで実現される通信の概要を説明する。端末１１０と基地局１２０との通信は、通信を接続するために必要な制御情報の転送を行うチャネルである制御チャネルと、データの伝送を行うチャネルであるトラフィックチャネルの２種類のチャネルで構成されている。ここで、制御チャネルは容量の面でチャネル全体の中で占める割合が小さいので常時接続しても特に支障はない。しかし、トラフィックチャネルは容量の面でチャネル全体の中で占める割合が大きいので、接続可能な端末の数は基地局ごとに限りがあるシステム（例えばＣＤＭＡ方式のシステム）においては、必要に応じてデータの伝送が終了した端末のトラフィックチャネルは接続を中断することが望ましい。そこで、所定の通信が終了すると、制御チャネルはそのまま接続状態にしておいて、トラフィックチャネルによる接続を切断するものとする。
【００２５】
端末１１０と基地局１２０との間で接続されて通信が行われているところから説明を始める（ステップ８０１）。その後、利用者が所望のデータ通信を終えると、通信が終了する（ステップ８０２）。端末の制御部２４０は通信が終了したことに基づき無通信監視を開始する（ステップ８０３）。
【００２６】
そして、端末の制御部２４０はメモリ２５０に記憶されている無通信監視タイマ値を読み出す（ステップ８０４）。以後、この無通信監視タイマ値を用いて無通信監視を進めるが、無通信監視タイマ値に変更があれば随時更新を行うものとする（ステップ８０５、ステップ８０６）。なお、無通信監視タイマ値に変更があるのは、無通信監視と並行して行われている電力制御において、無通信監視タイマ値が再設定された場合である。これについては、図９にて詳述する。
【００２７】
次に、端末の制御部２４０は、タイマを用いて通信が行われていない時間（無通信時間）の測定を開始する（ステップ８０７）。端末１１０の利用者はデータ通信を再開する場合、この無通信時間が無通信監視タイマ値で規定された時間に達する前に、通信が再開される。なお、タイマはＣＰＵ２４１がメモリ２４２のタイマプログラム２５２を読み出して実行する機能である。
【００２８】
従って、端末の制御部２４０は、ステップ８０７の後に通信が再開されるか否かを判断する（ステップ８０８）。ここで通信が再開されると、ステップ８０２に戻りその通信が終了すればステップ８０３へ進む。一方、通信の再開がないならば、無通信時間が無通信タイマ値による設定値に達したことを機にトラフィックチャネルによる接続を切断する（ステップ８０９、８１０）。なお、制御部２４０が備える各種機能のうち無通信監視を実行する機能について無通信監視部という。これはＣＰＵ２４１がメモリ２４２の無通信監視プログラム２５４を読み出して実行する機能である。
【００２９】
図９は、図８のステップ８０６における無通信監視タイマ値の更新に関する処理のフローチャートである。端末の制御部２４０は、端末の電源が入ると電力制御を開始する（ステップ９０１）。ここで電力制御とは、端末１１０が基地局１２０から受信する電波の強度に応じて、基地局へ送信する電波の強度を変更する処理である。例えば、端末１１０が基地局１２０から受信する電波の強度が小さい場合には端末１１０は基地局１２０に対し送信する電波の強度を大きくし、端末１１０が基地局１２０から受信する電波の強度が大きい場合には端末１１０は基地局１２０に対し送信する電波の強度を小さくする。以上の制御により、基地局からみて、受信する電波はいかなる場所に存在する端末からのものであっても一定の強さとなる。
【００３０】
上述したように、基地局では「同時刻、同周波数において、基地局の近くに存在する端末が強い電波を発するために、基地局から遠くに存在する端末からの電波をかき消してしまうため、その結果基地局は遠くに存在する端末からの電波を受信しにくい」という遠近問題が発生しているが、このような電力制御によりそれを解決している。なお、制御部２４０が備える各種機能のうち電力制御を実行する機能について電力制御部という。これはＣＰＵ２４１がメモリ２４２の電力制御プログラム２５１を読み出して実行する機能である。電力制御のたびに、端末１１０が送信する電波の強度に応じて、端末の制御部２４０は、図６に示すような式を用いて無通信監視タイマ値を計算する（ステップ９０２）。次に、ステップ９０２で計算して得られた無通信監視タイマ値が前回計算してメモリ２５０に記憶されていた無通信監視タイマ値と同じであるか否かを判断し、同じである場合にはそれで電力制御を終了する（ステップ９０３）。
【００３１】
一方、同じでない場合には無通信監視タイマ値の再設定（更新）処理を行う（ステップ９０４）。そして、端末１１０の電源がオフになることに伴う電力制御終了の指示があるか否かを判断し（ステップ９０５）、当該指示がある場合には電力制御を終了し、当該指示がない場合にはステップ９０２へ戻る（ステップ９０６）。なお、制御部２４０が備える各種機能のうち無通信監視タイマ値（監視時間）の設定を実行する機能について無通信監視タイマ値設定部（監視時間設定部）という。これはＣＰＵ２４１がメモリ２４２の監視時間設定プログラム２５３を読み出して実行する機能である。また、ここでは電源のオン・オフを電力制御の開始・終了の契機としていたが、その他電源を用いずに電力制御を開始・終了させる方法を用いても良い。
【００３２】
図１０は、本発明における、各ケースでの通信状態の遷移の例を示す。ここでは、Tdefaultはケース１における無通信監視タイマ値を示し、Tshortも同様にケース２、ケース３における無通信監視タイマ値を示す。なお、Tdefault及びTshortは図４に示す各ケースの端末送信電波強度をもとに図６の式を用いて求めた値である。各ケース共に、切断状態からt１１０１で通信を開始することで接続状態となり、t１１０２で通信を終えている。その後、電力消費の大きいケース２、ケース３では、無通信状態がｔ１１０２からTshortの期間が経過してt１１０３に達するとトラフィックチャネルによる接続を切断する状態へ遷移させる。また、電力消費の小さいケース１では、無通信状態がｔ１１０２からTdefaultの期間が経過してt１１０４に達するとトラフィックチャネルによる接続を切断する状態へ遷移させる。
【００３３】
以上のように、無線端末に無通信監視を自動制御する構成を採用することにより、電波状況に関する情報をフィードバックして端末の持つ無通信監視タイマ値を変更することができるので、従来よりも大幅に消費電力を低減することができる。なお、以下で、具体的に接続状態の電力消費と切断状態の電力消費を比較してみる。通信規格（CDMA2000 1x EV-DO規格）を基準に、通信動作の定常的な動作を考えた場合、接続状態では、リバーストラフィックチャネル（Reverse Traffic Channel (RTC)）で少なくとも２６ｍｓｅｃに一度の同期情報の送信が行われ、制御チャネル（Control Channel(CC)）及びフォワードトラフィクチャネル（Forward Traffic Channel(FTC)）を用いて常時監視、さらにデータ伝送が行われる。
【００３４】
それに比べ、切断状態では制御チャネル（ＣＣ）において５１２０ｍｓ間隔で４２６ｍｓ間の監視が行われているが、同期情報の送信やデータ転送は行われない（非特許文献Ｃ．Ｓ．００２４ Ａ Ｖ３．０ :１０．２ Ｄｅｆａｕｌｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ ＭＡＣ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ及び１１．１  Ｄｅｆａｕｌｔ（Ｓｕｂｔｙｐｅ  ０）  Ａｎｄ  Ｓｕｂｔｙｐｅ  １  ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｉｎｓｔａｎｃｅｓ参照）。よって、通信動作における切断状態の電力消費は、通信状態のそれと比べて、比較にならないほど小さいことがわかる。
【００３５】
また、無通信監視タイマ値が短い時間で設定された場合、パケット送信を行う際に高頻度で切断状態と接続状態を繰り返し、接続動作分だけ処理に時間がかかってしまうデメリットが考えられる。一方、無通信監視タイマ値が長い時間で設定された場合、無通信状態であっても接続状態を維持するため、電力消費が大きく、無線リソースをその期間占有してしまうデメリットがあげられる。
【００３６】
この二つのデメリットを比較した時、無線処理速度の向上による接続動作にかかる時間の短縮、昨今の端末がもつ通信以外の様々な機能によるバッテリー消費、ユーザ増加による基地局辺りの無線リソースの不足など、最近の無線通信システムの動向を考慮すると、無通信監視タイマ値が短い場合のデメリットは薄く、長い場合のデメリットは大きいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】無線通信システムのネットワーク構成
【図２】端末のハードウェア構成
【図３】ケース別の端末と基地局及び電波遮蔽物の位置関係
【図４】ケース別の端末送信電波強度
【図５】ケース別の通信状態の遷移
【図６】無通信監視タイマ値の計算式
【図７】端末送信電波強度と無通信監視タイマ値との関係
【図８】無通信監視機能のフローチャート
【図９】電力制御監視機能のフローチャート
【図１０】ケース別の通信状態の遷移
【符号の説明】
【００３８】
１１０…端末、１２０…基地局、１３０…ＢＳＣ、１４０…ＰＤＳＮ、１５０…インターネット、２００…アンテナ、２１０…ＲＦ部、２２０…通信処理部、２３０…周辺装置部、２３１…マイク、２３２…スピーカ、２３３…表示部、２３４…入力部、２４０…制御部、２４１…ＣＰＵ、２４２…メモリ、２４３…Ｉ／Ｏデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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