JP5247769B2 - ソフトウェア無線機およびソフトウェア更新方法 - Google Patents

Description

本発明は、ソフトウェア無線機におけるソフトウェア更新に関し、特にシステム間ハンドオーバー時のソフトウェア更新に関する。

近年、動的にハードウェアを再構成するリコンフィギュラブル回路を利用し、制御ソフトウェアを変更することによって無線通信方式を切り替えるソフトウェア無線端末が研究されている。ソフトウェア無線技術を用いれば、少ないハードウェア資源しか有しない無線機であっても、複数の無線通信方式を利用することができる。

特開２００２−３３５１８６号公報 特開２００６−２９５５２４号公報

ソフトウェア無線技術の課題の一つとして、ソフトウェア更新に要する時間が長いことが挙げられる。同時に単一の無線通信方式にしか対応できない無線機においては、無線通信方式を切り替えるたびにソフトウェア更新が必要となる。ＦＰＧＡやＤＳＰのソフトウェアを更新する場合は、数十秒程度の時間を有することもある。システム間ハンドオーバー時にソフトウェア更新時間がこれだけ必要となると、リアルタイム性が要求されるシステムに適用することは困難である。

本発明は、ソフトウェア無線機においてシステム間ハンドオーバーの際に生じるソフトウェア更新による待ち時間を最小限とし、高速なシステム間ハンドオーバーを実現することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るソフトウェア無線機は、ダイバーシティ受信のための複数の受信ハードウェアを備えるとともに、リコンフィギュラブル回路で構成されるスペクトラムセンシング機能や通信処理ブロックなどの構成ブロックを細分化し、ハンドオーバーシーケンスに応じて、必要となる構成ブロックから順番にソフトウェアを更新する。

より具体的には、本発明に係るソフトウェア無線機は、第１のアンテナと、第２のアンテナと、リコンフィギュラブル回路と、リコンフィギュラブル回路のソフトウェア更新を制御する制御部と、を有する。

前記リコンフィギュラブル回路は、第１のアンテナから電波の送信処理を行う送信用高周波部と、送信用高周波部で送信するアクセスチャネルのベースバンド処理を行うアクセスチャネル送信用信号処理部と、送信用高周波部で送信するトラフィックチャネルのベースバンド処理を行うトラフィックチャネル送信用信号処理部と、第１のアンテナから電波の受信処理を行う第１受信用高周波部と、第１受信用高周波部で受信した信号にベースバンド処理を行う第１受信用信号処理部と、第２のアンテナから電波の受信処理を行う第２受信用高周波部と第２受信用高周波部から受信した信号にベースバンド処理を行う第２受信用信号処理部と、をそれぞれ独立してソフトウェア更新可能な構成ブロックとして含む
。

前記制御部は、システム間ハンドオーバーの際に必要となる構成ブロックから順番にソフトウェアを更新する。

このようすることで、必要となる構成ブロックのソフトウェア更新が完了した時点でその機能を利用し、その間に次に必要となる構成ブロックのソフトウェア更新を実施することで、ソフトウェア更新の完了を待つ時間を少なくできる。

本発明において、制御部は、第２受信用高周波部、第２受信用信号処理部、アクセスチャネル送信用信号処理部、送信用高周波部、トラフィックチャネル送信用信号処理部、第１受信用高周波部および第１受信用信号処理部、の順番でソフトウェアを更新する、ことが好ましい。

より詳細には、以下の順序および条件で各構成ブロックのソフトウェア更新を行うことが好ましい。まず、第２受信用高周波部を切替先に更新して、切替先システムからの信号を検出する。切替先システムからの信号を検出できたら、第２受信用信号処理部を切替先システムに更新して、切替先システムからのパイロット信号を受信する。切替先システムの受信電力が所定値以上となった後に、アクセスチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新する。アクセスチャネル送信用信号処理部のソフトウェア更新が完了したら、送信用高周波部を切替先システムに更新して、アクセスチャネルを送信する。さらに、トラフィックチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新して、トラフィックチャネルにより切替先システムへの登録処理を実行する。第１受信用高周波部および第１受信用信号処理部を切替先システムに更新して、第１のアンテナと第２のアンテナによるダイバーシティ受信を行う。

本発明は、上記手段の少なくとも一部を含むソフトウェア無線機として捉えることができる。また、本発明は、ソフトウェア無線機においてこれらの処理を行う通信制御方法、さらには、これらの方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、ソフトウェア無線機においてシステム間ハンドオーバーの際に生じるソフトウェア更新による待ち時間を最小限とし、高速なシステム間ハンドオーバーが可能となる。

本実施形態に係る無線通信装置の機能構成を示す図である。 本実施形態に係る無線通信装置における、ハンドオーバー時のソフトウェア更新制御シーケンスを示す図である。

本実施形態に係る無線通信装置は、ソフトウェア無線技術により複数の無線通信システムに対応可能である。対応可能な無線通信システムは特に限定されないが、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ｃｄｍａ２０００、ＧＳＭ、ＰＤＣなどの無線通信システムを例としてあげられる。

また、本実施形態に係る無線通信装置は、ダイバーシティ受信用のアンテナを有しており、通常時はダイバーシティ受信を行い、ハンドオーバー時にはこのアンテナを別システムのサーチに用いる。通信中のシステムの無線条件悪化などにより他のシステムへの切替
が必要になった場合に、ソフトウェア入れ替えをハンドオーバー中に実行して、通信の中断時間を極力短縮するものである。

図１に、本実施形態に係る無線通信装置の機能構成を示す図である。無線通信装置は、大略、第１のアンテナＡＮＴ１、第２のアンテナＡＮＴ２、送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸ、第１受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ１、第２受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ２、アクセスチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨ、トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨ、第１受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ１、第２受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ２、上位層処理部ＵＰＰＥＲ ＬＡＹＥＲ、アプリケーション処理部、ソフトウェア更新制御部ＳＷ ＵＰＤＡＴＥを有する。

送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸは、アップコンバータや増幅器からなり、送信用の信号処理部ＢＢ−ＡＣＨ，ＢＢ−ＴＣＨからのベースバンド信号またはＩＦ信号をアップコンバートおよび増幅して、アンテナＡＮＴ１に送出する。

アクセスチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨは、アクセスチャネル送信のためのベースバンド処理を行う。上位層処理部から送信される信号に対して、ＭＡＣ層処理や誤り訂正処理、変調処理などのベースバンド処理を施して送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸへ送出する。トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨも同様に、トラフィックチャネル送信のためのベースバンド処理を行う。

第１受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ１は、増幅器やダウンコンバータからなり、アンテナＡＮＴ１からの受信信号を増幅およびダウンコンバートして第１受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ１へ送出する。第１受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ１は、受信信号に対して復調処理、誤り訂正処理、ＭＡＣ層処理などのベースバンド処理を行う。第２受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ２および第２受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ２も、上記と同様である。

なお、受信用のＲＦ部と信号処理部を同じ無線通信システムに対応させてダイバーシティ合成によってダイバーシティ受信を行うこともできるし、各系統を異なる無線通信システムに対応させて２つのシステムからの信号を受信することもできる。ダイバーシティ受信を行う場合には、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２からの受信信号を、ＭＲＣ部で受信信号の位相と振幅のＳＮ比が最大となるように調整して合成する。

ここで、送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸ、第１および第２の受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ１，ＲＦ−ＲＸ２、アクセスチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨ、トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨ、第１および第２の受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ１，ＢＢ−ＲＸ２は、処理内容をソフトウェアで記述し、要求に応じて処理内容を変更可能である。これらの処理部の実装対象デバイスとしてＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＤＳ
Ｐ（Digital Signal Processer）など再構成可能な回路（リコンフィギュラブル回路）を採用できる。すなわち、これらの処理部は、ソフトウェア（回路構成データやプログラム）の実行モジュールによって処理機能が実現されており、ソフトウェアの実行モジュールの変更によって再構成が可能である。上記の各処理部は、それぞれが複数の構成ブロックから構成されても良い。なお上記各機能部は、それぞれ他の機能部と独立して再構成が可能である。

また、上記の処理部はそれぞれがさらに複数の構成ブロックから構成されても良い。たとえば、ＢＢ信号処理部は、変復調部、前方誤り訂正処理部、ＭＡＣ層処理部などの複数の構成ブロックから構成される。これらの各構成ブロックは、それぞれがＦＰＧＡやＤＳＰなどから構成されて、それぞれ独立して再構成可能である。

上位層処理部は、ＭＡＣ層よりも上位のプロトコル処理を実行する。上位層処理部は、ＤＳＰやＭＰＵやＣＰＵによって構成される。また、アプリケーション処理部は、音声データやその他のデータを送受信するアプリケーションプログラムを実行する処理部である。

ソフトウェア更新制御部は、利用する無線通信方式に応じてＲＦ処理部やＢＢ処理部のソフトウェアを更新する処理を行う。ソフトウェア更新制御部は、ＲＦ処理部やＢＢ処理部に提供するソフトウェアを記憶しているが、これらのソフトウェアをあらかじめ記憶部に格納されていても良いし、必要に応じて外部から取得するようにしてもかまわない。

次に、図２を参照してハンドオーバー発生時のソフトウェア更新制御シーケンスを説明する。ここでのハンドオーバーはＷｉＭａｘからＬＴＥを想定して説明する。ただし、本発明はこれら以外の任意の無線システム間でのハンドオーバーに適用可能である。

まず、通常時には送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸ，第１および第２の受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ１，ＲＦ−ＲＸ２、各ＢＢ処理部ＢＢ−ＡＣＨ，ＢＢ−ＴＣＨ，ＢＢ−ＲＸ１，ＢＢ−ＲＸ２のソフトウェアをハンドオーバー元のシステム（ＳＲＣと称する）に設定し、アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２を用いてダイバーシティ受信を行う。

次に、ハンドオーバー先のシステムをサーチする必要が生じた場合に、第２の受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ２をハンドオーバー先のシステム（ＤＳＴと称する）に設定して、アンテナＡＮＴ２のパスを電力サーチに利用する（ステップＳ１）。第２の受信部ＲＦ−ＲＸ２の変更のタイミングは、例えばハンドオーバー元の受信電力が閾値以下になったときや、ユーザーから明示的な指示があった場合などとすることができる。第２の受信部ＲＦ−ＲＸ２の変更後は、アンテナＡＮＴ１のパスでＷｉＭＡＸシステムと通信しながら、アンテナＡＮＴ２のパスでＬＴＥをサーチする。

アンテナＡＮＴ２のパスでハンドオーバー先システム（ＤＳＴ）の受信電力が閾値以上になるまでサーチする（Ｓ２）。なお、一定時間以上たっても受信電力が閾値以上とならない場合は、第２受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ２をＬＴＥ以外の異なるシステムに設定して、新たなシステムをサーチする。ハンドオーバー先システム（ＤＳＴ）の電力が閾値以上となったら（Ｓ２−ＹＥＳ）、第２の受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ２（ＤＥＭＯＤ−ＲＸ２、ＦＥＣ−ＲＸ２、ＭＡＣ−ＲＸ２等）をＬＴＥに更新して、パイロット信号を捕捉してハンドオーバー先を同定する（Ｓ３）。

次に、ハンドオーバー先システムの受信電力がハンドオーバーを実行するのに十分になるまで待つ（Ｓ４）。本実施形態では、ハンドオーバー先（ＤＳＴ）の受信電力がハンドオーバー元（ＳＲＣ）の受信電力を超えるまで待つ。なお、一定時間以上たっても十分な受信電力とならない場合には別のシステムのサーチを行っても良い。

ＬＴＥの受信電力が十分になったら、アクセスチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨ（ＭＯＤ−ＡＣＨ，ＦＥＣ−ＡＣＨ，ＭＡＣ−ＡＣＨ等）をＬＴＥに更新して登録に備える（Ｓ５）。また、アンテナＡＮＴ２のパスの上位層もＬＴＥに切り替え、ＬＴＥの制御チャネルを取得する。ここで、トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨ，送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸ、第１受信ＲＦ部ＲＦ−ＲＸ１、第１受信用信号処理部ＢＢ−ＲＸ１はハンドオーバー元のシステムに対応しているので、これらの構成ブロックを用いてＷｉＭＡＸシステムでの通信を継続できる。

ＬＴＥの制御チャネルを取得し、かつ、アクセスチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨの更新も完了したら、送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸをＬＴＥに更新する（Ｓ６）。送信ＲＦ部
ＲＦ−ＴＸを更新するため、この段階でＷｉＭＡＸシステムとの通信が途絶えることになる。送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸの更新が完了したら、制御チャネルでの報知情報から得られるパラメータに基づいてアクセスチャネルを送信して、ＬＴＥシステムへの登録を開始する。なお、アクセスチャネル用信号処理部ＢＢ−ＡＣＨのソフトウェアはあらかじめ更新されているので、送信ＲＦ部ＲＦ−ＴＸの更新完了後すぐにアクセスチャネルを送信することができる。

また、アクセスチャネルの送信と並行して、トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨもＬＴＥへ更新する（Ｓ７）。アクセスチャネル送信によりトラフィックが確立したら、トラフィックチャネルを用いて登録処理を続行し、ハンドオーバーを完了させる。ここで、トラフィックチャネル送信用信号処理部ＢＢ−ＴＣＨのソフトウェア更新はアクセスチャネル送信中に開始されているため、ＢＢ−ＴＣＨのソフトウェア更新による待ち時間を実質的になくすことができるか、少なくともその影響を少なくすることができる。

さらに、第１受信ＲＦ部と第１受信信号処理部ＢＢ−ＲＸ１をハンドオーバー先システムに更新して、アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２によるダイバーシティ受信を開始する（Ｓ８）。

本実施形態によれば、プロセッサやメモリなどのハードウェア資源の制約により一度に複数の無線方式で同時に対応できないソフトウェア無線端末であっても、ハンドオーバー時にソフトウェア更新が可能となるため、ヘテロジニアス型コグニティブ無線が容易に実現できる。また逆に、同一時間に単一方式の無線方式しかサポートしないソフトウェア無線であっても、ヘテロジニアス型コグニティブ無線が最小限のハードウェア資源で実現可能となる。

同一時間に単一方式の無線方式しかサポートしないため、ソフトウェア更新が必要となる。ソフトウェアの更新には数十ミリ秒から数秒程度の時間が必要となるが、本実施形態では、構成ブロックを細分化し、ハンドオーバーシーケンスに準じて細やかにソフトウェア更新を行うことで、ソフトウェア更新による待ち時間を抑えてスムーズかつ高速なハンドオーバーが可能となる。

具体的には、ハンドオーバー元のシステムとの通信を維持したまま、ダイバーシティ受信用のブランチでハンドオーバー先のシステムのサーチを行い、あらかじめアクセスチャネル送信用のＢＢ処理部も更新しておく。送信ＲＦ部の更新により、ハンドオーバー元システムとの通信が途絶えるが、送信ＲＦ部のみの更新によりアクセスチャネルの送信が可能となるので、通信が途絶している時間を比較的短くできる。また、アクセスチャネル送信中にトラフィックチャネル送信用のＢＢ処理部を更新するので、更新処理がプロトコル処理時間に完全に収まれば更新による待ち時間を見かけ上ゼロにすることができるし、そうでなくても更新による待ち時間を少なくすることは可能である。

上記の説明では、送信ＲＦ部、受信ＲＦ部、各ＢＢ処理部の単位でソフトウェアの更新を行うとして説明しているが、より細かな単位でソフトウェアの更新を行ってもかまわない。

また、構成ブロックの更新順序は一意である必要はなく、システムごとに手順を最適化すべきである。

また、上記の説明では本発明は、同時に１つの無線方式にしか対応しないソフトウェア無線機のみに適用されるものではない。複数無線方式に対応可能なソフトウェア無線機に
対しても、上記と同様のソフトウェア更新を行うことでよりスムーズなハンドオーバーが実現される。

ＲＦ−ＴＸ 送信ＲＦ部
ＲＦ−ＲＸ１ 第１受信ＲＦ部
ＲＦ−ＲＸ２ 第２受信ＲＦ部
ＢＢ−ＡＣＨ アクセスチャネル送信用信号処理部
ＢＢ−ＴＣＨ トラフィックチャネル送信用信号処理部
ＢＢ−ＲＸ１ 第１受信用信号処理部
ＢＢ−ＲＸ２ 第２受信用信号処理部

Claims (4)

1. 第１のアンテナと、
   第２のアンテナと、
   リコンフィギュラブル回路と、
   リコンフィギュラブル回路のソフトウェア更新を制御する制御部と、
   を有するソフトウェア無線機であって、
   前記リコンフィギュラブル回路は、第１のアンテナから電波の送信処理を行う送信用高周波部と、送信用高周波部で送信するアクセスチャネルのベースバンド処理を行うアクセスチャネル送信用信号処理部と、送信用高周波部で送信するトラフィックチャネルのベースバンド処理を行うトラフィックチャネル送信用信号処理部と、第１のアンテナから電波の受信処理を行う第１受信用高周波部と、第１受信用高周波部で受信した信号にベースバンド処理を行う第１受信用信号処理部と、第２のアンテナから電波の受信処理を行う第２受信用高周波部と、第２受信用高周波部から受信した信号にベースバンド処理を行う第２受信用信号処理部と、をそれぞれ独立してソフトウェア更新可能な構成ブロックとして含み、
   前記制御部は、システム間ハンドオーバーの際に必要となる構成ブロックから順番にソフトウェアを更新する、
   ソフトウェア無線機。
2. 前記制御部は、第２受信用高周波部、第２受信用信号処理部、アクセスチャネル送信用信号処理部、送信用高周波部、トラフィックチャネル送信用信号処理部、第１受信用高周波部および第１受信用信号処理部、の順番でソフトウェアを更新する、
   請求項１に記載のソフトウェア無線機。
3. 第２受信用高周波部を切替先に更新して、切替先システムからの信号を検出し、
   切替先システムからの信号を検出できたら、第２受信用信号処理部を切替先システムに更新して、切替先システムからのパイロット信号を受信し、
   切替先システムの受信電力が所定値以上となった後に、アクセスチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新し、
   アクセスチャネル送信用信号処理部のソフトウェア更新が完了したら、送信用高周波部を切替先システムに更新して、アクセスチャネルを送信し、
   さらに、トラフィックチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新して、トラフィックチャネルを送信し、切替先システムへの登録処理を実行し、
   第１受信用高周波部および第１受信用信号処理部を切替先システムに更新して、第１のアンテナと第２のアンテナによるダイバーシティ受信を行う、
   請求項２に記載のソフトウェア無線機。
4. 第１のアンテナと、
   第２のアンテナと、
   リコンフィギュラブル回路と、
   を有し、
   前記リコンフィギュラブル回路は、第１のアンテナから電波の送信処理を行う送信用高周波部と、送信用高周波部で送信するアクセスチャネルのベースバンド処理を行うアクセスチャネル送信用信号処理部と、送信用高周波部で送信するトラフィックチャネルのベースバンド処理を行うトラフィックチャネル送信用信号処理部と、第１のアンテナから電波の受信処理を行う第１受信用高周波部と、第１受信用高周波部で受信した信号にベースバンド処理を行う第１受信用信号処理部と、第２のアンテナから電波の受信処理を行う第２受信用高周波部と、第２受信用高周波部から受信した信号にベースバンド処理を行う第２受信用信号処理部と、をそれぞれ独立してソフトウェア更新可能な構成ブロックとして含
   む、ソフトウェア無線機における通信制御方法であって、
   第２受信用高周波部を切替先に更新して、切替先システムからの信号を検出し、
   切替先システムからの信号を検出できたら、第２受信用信号処理部を切替先システムに更新して、切替先システムからのパイロット信号を受信し、
   切替先システムの受信電力が所定値以上となった後に、アクセスチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新し、
   アクセスチャネル送信用信号処理部のソフトウェア更新が完了したら、送信用高周波部を切替先システムに更新して、アクセスチャネルを送信し、
   さらに、トラフィックチャネル送信用信号処理部を切替先システムに更新して、トラフィックチャネルを送信し、切替先システムへの登録処理を実行し、
   第１受信用高周波部および第１受信用信号処理部を切替先システムに更新して、第１のアンテナと第２のアンテナによるダイバーシティ受信を行う、
   ソフトウェア無線機におけるソフトウェア更新方法。

Images