JP2007181126A - 通信システム、通信装置、通信方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】サイズの小さな多数のパケット（典型的には音声パケット）を多重伝送するための制御チャネルの情報量を少なくすること。
【解決手段】通信システムは基地局と移動局を含む。基地局は、移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするグループ管理手段と、無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループとの対応関係を記憶する記憶手段と、前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングする手段と、前記対応関係を移動局に通知する手段とを有する。移動局は、受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信する手段と、自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信する手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に無線通信の技術分野に関し、特に通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムに関連する。

現在運用されている高速下りリンクパケットアクセス(HSDPA: High Speed Downlink Packet Access)方式は、IMT−2000のパケット伝送方式であり、下りリンクの高速大容量化を図る技術である。HSDPAではスケジューリングが行われ、伝搬路状態の良いユーザに優先してチャネルリソースを割り当て、スループットを向上させようとしている。このためスケジューリングの内容や伝送方式を示す共通制御チャネル（HS-SCCH）が、共有データチャネル（HS-DSCH）に付随して用意される。スケジューリングの内容等はユーザ毎に異なるので、共通制御チャネル（HS-SCCH）は同時に伝送しようとするユーザ多重数だけ用意しなければならない。HSDPAについては、例えば非特許文献１に記載されている。

データ通信で伝送されるパケットはリアルタイムで伝送されなくてよいことが多く、パケットサイズは比較的大きい。従って同時に伝送できるユーザ多重数は比較的小さく制限され、共通制御チャネル（HS-SCCH）も少なくて済む。基地局の総送信電力には上限があるので、共通制御チャネルが少なければ共有データチャネルに多くの電力を使用することができる。従って現在のHSDPA方式はデータ通信を効率的に行う観点からは好ましい方式であると言える。

一方、無線通信されるパケットにはデータパケットだけでなく、ボイスオーバーインターネットプロトコル（VoIP）による音声パケットも含まれる。音声パケットはリアルタイムで伝送される必要のあることが多く、パケットのサイズも比較的小さい。従って周波数や時間スロットのようなリソースの観点からは、多くのユーザのパケットを多重し、同時に伝送することが好ましい。上述したように既存のHSDPA方式では、ユーザ多重数が増えるとその分だけ多くの共通制御チャネル（HS-SCCH）を用意する必要がある。これは、基地局の総送信電力のうち共通制御チャネルに使用する電力が増え、共有データチャネルに使用する電力が減ることを意味する。従って音声パケットの多重伝送に関して、共有データチャネルのスループットが低下してしまうことが懸念される。

この問題に関し、非特許文献２に記載されている方式は、同様な通信状態にある移動局をグループ化し、グループ内では共通の伝送方式（変調方式、チャネル符号化率、再送制御方式等）を使用する。移動局は自局がどのグループに属するかを確認できれば伝送方式の内容を知ることができ、これにより制御チャネルの情報量ひいては制御チャネル数を減らすことが期待されている。一方、非特許文献３に記載されている方式は、HS-SCCHのような制御チャネル自体を必要としない新たな信号フォーマットを提案している。
3GPP，TS25.308 3GPP，R2-052994 3GPP，R2-052980

しかしながら非特許文献２では制御チャネルの情報量を減らすための具体的内容は充分には示されていない。また、非特許文献３では制御チャネルを伝送しない代わりに、伝送方式等の選択肢数が非常に限定され、移動局は限定された選択肢の全てを試行し、最も確からしいものが最終的に採用される。このため、リンクアダプテーションを充分に行うことが困難になり、リソースを有効に活用してスループットを向上させにくくなることが懸念される。さりとて選択肢数を増やすと移動局の演算負担が過剰に大きくなってしまうことが懸念される。

本発明の課題は、サイズの小さな多数のパケットを多重伝送するための制御チャネルの情報量を少なくする通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムを提供することである。

本発明で使用される通信システムは基地局と移動局を含む。基地局は、移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするグループ管理手段と、無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループとの対応関係を記憶する記憶手段と、前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングする手段と、前記対応関係を移動局に通知する手段とを有する。移動局は、受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信する手段と、自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信する手段とを有する。

本発明によれば、サイズの小さな多数のパケットを多重伝送するための制御チャネルの情報量を少なくすることができる。

本発明の一形態によれば、移動局から報告される信号品質に応じて移動局がグループ分けされ、移動局との通信は、グループ用に割り当てられたサブフレーム（送信時間間隔）に限定して行われる。伝送方式と無線伝送フレーム中のサブフレームとの対応関係は事前に決められている。これにより移動局に通知する制御情報量を顕著に削減することができる。一形態では、無線伝送フレームが音声パケットを伝送する期間と非音声パケットを伝送する期間に分かれている。音声パケット用の期間ではスケジューリングに共通制御チャネルは実質的に必要とされず、パケット（比較的サイズの大きなパケット等）用の期間ではスケジューリングに共通制御チャネルが必要とされる。無線伝送フレームの期間をこのように分けることで共通制御チャネルの送受信に伴うタイミング管理の効率化を図ることができる。一形態では、伝送レートが降順又は昇順になるようにサブフレームが無線伝送フレームの中で並べられる。例えばＭＣＳ番号の大きなユーザグループ用のサブフレームに続いてＭＣＳ番号の小さなユーザグループ用のサブフレームが並ぶ。そして、グループの再割当（グループ変更）の際に、一度に一つしかサブフレームを変更できないように制限することで、グループの再割当時に移動局に通知する制御情報量を削減できる。その通知はＬ１制御情報又はＬ２制御情報で行うことができる。Ｌ１／Ｌ２制御情報はデータチャネルとは別に伝送されてもよいし、データチャネルの一部に包含されてもよい。

図１は本発明の一実施例による通信システムで使用される基地局及び移動局を示す。基地局はデータバッファ１１、スケジューラ１２、送信部１３、制御チャネル受信部１４、受信品質情報処理部１５、グループ管理部１６、制御チャネル生成部１７及び受信部１８を有する。

データバッファ１１は移動局宛の送信データを格納する。

スケジューラ１２は周波数及び／又は時間等のリソースをどの移動局にどのタイミングで割り当てるかを管理する。従来とは異なり、スケジューラ１２は後述のフレーム情報及びグループ情報を加味してスケジューリングを行う。

送信部１３はスケジューリングされた共有データチャネルをフレーム情報の示すフォーマットで送信する。また、送信部１３は制御チャネル生成部１７で生成された制御チャネルも送信する。制御チャネル及び共有データチャネルは多重されて伝送されてもよいし、別々に伝送されてもよい。更に送信部１３はフレーム情報を報知情報として配下の移動局に通知する。フレーム情報にはフレームを構成する複数のサブフレームと後述の複数のグループとの対応関係を示す情報も含まれる。

制御チャネル受信部１４は移動局からの制御チャネルを受信する。制御チャネルには例えば下りパイロットチャネルの受信信号品質（即ち、チャネル状態情報（CQI））、下りパケットが適切に受信されたか否かを示す情報（肯定応答（ACK）又は否定応答（NACK））、グループ変更の確認信号（グループ割当ACK）等が含まれる。

受信品質情報処理部１５は制御チャネルから下りチャネルの信号品質を抽出する。また、必要に応じて上りパイロットチャネルの受信信号品質を測定する。

グループ管理部１６は、移動局から報告された下りチャネルの信号品質に基づいて、移動局をグループ分けする。本実施例では８つのグループが用意され、信号品質の良否に応じて移動局は８つのグループの何れかに分類される。従って同様な値の信号品質を基地局に報告した1以上の移動局は、同じグループに属する。１つの移動局は１つのグループに属するのが原則であるが、複数のグループに属するようにグループが構成されてもよい。本実施例では信号品質の良否はMCS番号に関連付けられる。MCS番号は変調方式及びチャネル符号化率の組み合わせを指定する番号である。個々の移動局がどのグループに属するかについての情報は、スケジューラ１２及び制御チャネル生成部１７に通知される。

図２はMCS番号、変調方式、チャネル符号化率、相対的な伝送レート及びサブフレームの対応関係を示す。図中最左列に示されるように８つのグループはMCS番号に相当する。MCS番号はCQIの良否に応じて番号付けされる。小さなMCS番号は、例えばセル端のユーザのようにCQIが悪い場合に関連付けられ、データ伝送の確実性が向上するような変調方式及びチャネル符号化率が使用される。具体的には、より小さな変調多値数及びより小さなチャネル符号化率が使用される。逆に、大きなMCS番号は、例えば基地局近傍のユーザのようにCQIが良い場合に関連付けられ、伝送レートが向上するような変調方式及びチャネル符号化率が使用される。具体的には、より大きな変調多値数及びより大きなチャネル符号化率が使用される。図示の例に示される数値は単なる一例に過ぎず、それらは本発明を限定するものではない。MCS番号数は８より多くてもよいし少なくてもよいし、他の変調方式や他のチャネル符号化率が使用されてもよい。

図１の制御チャネル生成部１７は、個々の移動局がどのグループに属するかについての情報、グループを変更するのに必要な情報等を含む制御チャネルを生成する。

受信部１８は移動局からの上り共有データチャネルを受信する。

移動局は、受信部２１、受信品質測定部２２、制御チャネル送信部２３、制御チャネル復調部２４、受信制御部２５、送信制御部２６及び送信部２７を有する。

受信部２１は制御チャネル及び共有データチャネルを基地局から受信する。受信部２１は報知情報も受信し、報知情報には基地局の識別情報のような通常の情報に加えて、例えば上記の対応関係が含まれてもよい。

受信品質測定部２２は下りパイロットチャネルの受信信号品質（CQI）を測定する。

制御チャネル送信部２３は制御チャネルを生成及び送信する。制御チャネルは例えば下りパイロットチャネルの受信信号品質CQI）、下りパケットが適切に受信されたか否かを示す情報（肯定応答（ACK）又は否定応答（NACK））、グループ変更の確認信号（グループ割当ACK）等を含む。

制御チャネル復調部２４は基地局から受信した制御チャネルを復調する。

受信制御部２５は制御チャネルの指示内容に従って受信部２１を制御する。特に受信制御部２５は上記の対応関係に従って、自局の属するグループに対応するサブフレームで共有データチャネルを受信するように制御を行う。

送信制御部２６は制御チャネルの指示内容に従って送信部２６を制御する。特に送信制御部２６は上記の対応関係及び上りチャネルのスケジューリング内容に従って、自局の属するグループに対応するサブフレームで共有データチャネルを送信するように制御を行う。

送信部２７は送信制御部２６の制御の下で送信データを送信する。

動作の一例が次に説明される。まず基地局は移動局から報告された受信信号品質に基づいて、その移動局をMCS1〜MCS8の何れかのグループに分類する。図２最右列に示されるようにグループを示すMCS番号は８つのサブフレームT1〜T8に対応付けられている。この対応関係は「フレーム情報」としてスケジューラ１２及び送信部１３に与えられている。フレーム情報は報知情報として移動局に通知されてもよい。

図３に示されるように、例えば２０ｍｓの１つのフレーム（割当周期）は主に音声パケットを伝送するための期間（４ｍｓ）と主に非音声パケットを伝送するための期間（１６ｍｓ）に分かれている。本発明は音声パケットを多重することに限定されず、サイズの小さな多数のパケットを多重する場合に広く適用可能であることに留意を要する。音声パケットを主に伝送する期間は８つのサブフレームT1〜T8で構成される。サブフレームは送信時間間隔（TTI）でもよく、本実施例では１つのサブフレームは０．５ｍｓの期間を有する。但し、サブフレームとＴＴＩが１対１に対応することは必須ではなく、例えば１ＴＴＩが複数のサブフレームで構成されてもよい。このようなフレーム構成はセル内で固定的に使用されても良いし、サブフレーム数を変更して動的に使用されても良いが、移動局の通信開始前に移動局で事前に既知であることを要する。例えば、基地局のグループ管理部１６で、ある移動局ＡがMCS5のグループに属するように判定されたとする。目下の例の対応関係によれば、このグループはサブフレームT5に対応する。従って移動局Ａ宛の共有データチャネル（音声パケット）は図３のT5で示されるサブフレームで伝送されるようにスケジューリングされる。再送を考えなければ、その割当周期の中で移動局A宛の音声パケットはサブフレームT5だけで伝送される。

仮に再送が行われたとしても、再送に使用されるサブフレームが何であるかが事前に決まっていればよい。例えばサブフレームT8で伝送されたパケットは、次の割当周期のサブフレームT8で再送されてもよいし、同一の割当周期内のサブフレームT5で再送されてもよい。後者の場合、サブフレームT5はMCS8又はMCS5で伝送されているが、何れであるかは不明である。この場合、受信側は双方の伝送方式で復調を試みて、有意の情報を採用してもよい（このような推定法はブラインド推定とも呼ばれる。）。或いは、サブフレームT5で伝送されるパケットの伝送方式がMCS8又はMCS5の何れであるかを指定するインジケータ情報が受信側に別途通知されてもよい。

移動局Ａは一連のサブフレームと複数のグループとの対応関係を示す情報を事前に得ている。また、通信開始の際に自局がどのグループに属するかも通知されている。この通知に要する情報は移動局のグループ及び移動局の識別情報（又は身元情報）にすぎないので、伝送方式及びサブフレームを特定するのに必要な情報量よりは少なくて済む。移動局の識別情報は、１つのサブフレーム中で多重される移動局の中で見分けられればよいので、少ないビット数で識別できる。しかも、通信状況が変わらなければ、移動局がどのグループに属するかについての情報は共有データチャネルを伝送する都度送信されなくてもよい。上述したようにグループが決まれば伝送方式（変調方式、チャネル符号化率等）も決まるので、移動局Ａは全フレームの内サブフレームT5だけを復調することで、自局宛の音声パケットを抽出できる。従って従来のHS-SCCHに相当する制御チャネルを事実上省略することができる。

上記の動作説明では図３に示されるようなフレームフォーマットが下り共有データチャネルに使用されていた。しかしながらそのようなフレームフォーマットは上り共有データチャネルに使用されてもよい。この場合もスケジューリングは基地局側で行われるので、基地局は個々の移動局がどのサブフレームで伝送すべきかを各移動局に通知する。この通知に要する情報も移動局のグループ及びグループ中の識別情報を示すにすぎないので、伝送方式及びサブフレームを特定するのに必要な情報量よりは少なくて済む。

図４は移動局のグループが変更される場合の動作例を示すフローチャートを示す。図４では基地局での動作を示すステップＳ１１〜Ｓ１５と、移動局での動作を示すステップＳ２１〜Ｓ２５とが並列的に描かれている。通信開始時に基地局はフレームフォーマットに関する情報、グループとサブフレームの対応関係を示す情報、通信開始時の移動局のグループを示す情報等を移動局に通知する（Ｓ１１）。移動局はこれらの情報を受信し、通信に備える（Ｓ２１）。

移動局は現在の受信信号品質を基地局に報告する（Ｓ２２）。

基地局は移動局から報告される信号品質を監視し（Ｓ１２）、移動局が属するグループを変更すべきか否かを判定する（Ｓ１３）。移動局の通信環境は時間と共に変化するかもしれないからである。信号品質を表す情報は瞬時的な値でもよいし、平均化された値でもよい。グループ変更が必要でなければフローはステップＳ１２に戻る。グループ変更が必要であった場合にはフローはステップＳ１４に進み、グループ変更を移動局に通知するための制御信号を作成し、それを送信する。この制御信号は特定のサブフレームを指定して割当変更を通知するようなレイヤ２制御メッセージ（Ｌ２メッセージ）で表現されてもよい。或いは、ＭＣＳ番号が１つ異なるグループに移行すべきことを表現するレイヤ１制御メッセージ（Ｌ１メッセージ）で表現されてもよい。Ｌ２メッセージ及びＬ１メッセージの双方又は一方を用いてグループ変更を通知することができる。例えば移動局の通信環境は急激に変化するよりも徐々に変化する場合の多いことが予想される。従ってグループが変更される場合に、ＭＣＳ番号が一度に一つしか変化しないように制限してよいかもしれない。この場合、グループ変更を示すのに必要なビット数は１つでよく、例えば「１」はＭＣＳ番号を増やす方向に、「０」は減らす方向に関連付けることができる。更にこの場合には図３に示されるように、サブフレームを信号品質の良否に関連付けて整列させておくと、グループ変更の影響は常に隣接するサブフレームへの移行に制限することができる。

ステップＳ２３では移動局はグループ変更を示す再割当制御信号を受信したか否かを判定する。判定の結果、それを受信していなければフローはステップＳ２２に戻る。再割当制御信号が受信された場合にはフローはステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では移動局は、基地局からの再割当制御信号の示す内容に応じて、自局の属するグループの変更に合わせて、データ受信タイミング等を調整する。

ステップＳ２５では移動局はグループの再割当に関する処理が完了したことを基地局に通知する。

ステップＳ１５にて基地局は、グループ再割当に関する確認信号を移動局から受信し、フローはステップＳ１２に戻り、説明済みの手順が反復される。

上記の説明ではグループの再割当のトリガは信号品質ＣＱＩであったが、別の基準に基づいてグループ再割当が開始されてもよい。例えば移動局から受信する否定応答(NACK)に基づいて誤り率を算出し、それが所定値を越えるか否かで再割当の要否が判定されてもよい。

本発明の一実施例による通信システムで使用される基地局及び移動局を示す図である。 MCS番号、変調方式、チャネル符号化率、相対的な伝送レート及びサブフレームの対応関係を示す図である。 本発明の一実施例で使用されるフレームフォーマット例を示す図である。 移動局のグループが変更される場合の動作例を示すフローチャートを示す。

符号の説明

１１ データバッファ
１２ スケジューラ
１３ 送信部
１４ 制御チャネル受信部
１５ 受信品質情報処理部
１６ グループ管理部
１７ 制御チャネル生成部
１８ 受信部
２１ 受信部
２２ 受信品質測定部
２３ 制御チャネル送信部
２４ 制御チャネル復調部
２５ 受信制御部
２６ 送信制御部
２７ 送信部

Claims (10)

1. 移動局と基地局を有する通信システムであって、前記基地局は、
   移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするグループ管理手段と、
   無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループとの対応関係を記憶する記憶手段と、
   前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングする手段と、
   前記対応関係を移動局に通知する手段と、
   を有し、前記移動局は、
   受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信する手段と、
   自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信する手段と、
   を有することを特徴とする通信システム。
2. 移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするグループ管理手段と、
   無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループとの対応関係を記憶する記憶手段と、
   前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングする手段と、
   前記対応関係を移動局に通知する手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
3. 前記無線伝送フレームが、音声パケットを伝送する期間と非音声パケットを伝送する期間に分かれている
   ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
4. 前記対応関係は、信号品質順に並んだ複数のグループと、一連の複数のサブフレームとを関連付ける
   ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
5. 前記グループ管理手段が、
   移動局の属するグループの変更の要否を判定する手段と、
   変更後のグループを前記スケジューラ及び移動局に通知する手段と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
6. 無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループと対応関係を示す情報を移動局に通知するステップと、
   移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするステップと、
   前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングし、送信するステップと、
   を有することを特徴とする通信方法。
7. 無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームと、複数のグループと対応関係を示す情報を移動局に通知するステップと、
   移動局から報告された信号品質情報に応じて移動局をグループ分けするステップと、
   前記対応関係に従って移動局宛のパケットをスケジューリングし、送信するステップと、
   を通信装置に実行させることを特徴とするプログラム。
8. 受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信する手段と、
   信号品質に応じて用意された複数のグループと、無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームとの対応関係を示す情報を基地局から受信する手段と、
   自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信する手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
9. 信号品質に応じて用意された複数のグループと、無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームとの対応関係を示す情報を基地局から受信するステップと、
   受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信するステップと、
   自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信するステップと、
   を有することを特徴とする通信方法。
10. 信号品質に応じて用意された複数のグループと、無線伝送フレームの少なくとも一部を構成する複数のサブフレームとの対応関係を示す情報を基地局から受信するステップと、
    受信した信号の品質を示す信号品質情報を基地局に送信するステップと、
    自局の属するグループに対応するサブフレームで基地局からパケットを受信するステップと、
    を通信装置に実行させることを特徴とするプログラム。

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