JP5890673B2 - 無線通信システムおよび基地局 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムおよび基地局に関するものであり、特に、無線通信システムおよび基地局における無線リソースの割当に関するものである。

世界標準の無線通信方式として、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムが、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化されている。ＬＴＥでは、基地局と移動端末との無線通信における伝送帯域幅は、リソースブロック（ＲＢ: Resource Block）を最小単位として割り当てられる。リソースブロックの帯域幅は１８０ｋＨｚである。基地局は、サブフレーム（１ｍｓ）毎に、各移動端末に割り当てる無線リソースをスケジューリングする。

ＬＴＥシステムにおいて、基地局は、接続されているベアラ（Bearer）のＱＣＩ（QoS Class Identifier）タイプの優先度を考慮して、スケジューリングを実施する。また、同一ＱＣＩタイプのベアラが複数接続されている場合は、基地局と各ベアラの対象移動端末との無線区間品質、送信要求データサイズ、割当を実施する際の平均スループットを考慮して、優先度を決定する。具体的には、無線区間品質から推定できる最大の送信データサイズ（ただし、送信要求データサイズを上限とする）と平均スループットの比率によって、優先度が決定される。これらの優先度に基づいて、基地局は、優先度の順序に従って、各移動端末に最適なリソースを割り当てる。

無線品質は、移動端末から基地局へのデータ送信であるアップリンク、基地局から移動端末へのデータ送信であるダウンリンクともに、基準信号（Reference Signal）を用いて測定される。ダウンリンクの無線品質は、基地局から移動端末に送信される基準信号について、移動端末がＳＩＮＲを測定することにより判定される。移動端末は、測定したＳＩＮＲをＣＱＩ（Channel Quality Indicator）に対応させて基地局に送信することにより、無線品質を基地局にフィードバックする。移動端末は、ＣＱＩを一定の周期で基地局へ報知する。アップリンクの無線品質は、移動端末から基地局に送信される基準信号について、基地局がＳＩＮＲを測定することにより判定される（例えば、非特許文献１参照）。

基地局は、最新報知時刻における無線品質に基づいて、各移動端末に無割り当てる無線リソースをスケジューリングする。これにより、無線通信帯域を効率的に利用することができる。

3GPP TS 36.213 V9.2.0(2010-06),"Physical layer procedures"

ところで、ＬＴＥシステムの通信規格においては、通信要求をしてくる移動端末に対して、基地局において無線リソースの割当を行う機能について、周波数や通信時間および通信データのパケットのサイズや種別などが詳細に規定されてはいない。一方、通信を行うデータの種別によって、無線リソースの割当方式は３つ存在する。すなわち、動的に割当を行うDynamic Allocation Algorithm、半固定式に割当を行うSemi-Persistent Allocation Algorithm、固定式に割当を行うPersistent Allocation Algorithmの割当方式が存在する。基本的に、通常のデータ通信の場合などには、Dynamic Allocation Algorithmが用いられる。しかしながら、送信するデータや割当を行う無線リソースの状況に応じて適切なアルゴリズムを用いることができる。

特に、ＬＴＥにおいては、例えば音声通話などのようなVoice Packet(音声パケット)の通信時に、Semi-Persistent Allocation Algorithmが用いられる。このVoice Packetは、通常インターネットでブラウジングする際やファイル転送を行う際に使用するパケットに比べると、パケットのサイズは小さくなるが、その一方、常に発生するパケットである。以下、Semi-Persistent Allocation Algorithmを用いて、Voice Packetのように少量であるが常に発生するパケットの割当を行う際に適用するプロトコルについて説明する。なお、以下、特に断らない限り、アップリンク通信の場合について説明する。

まず、アップリンク通信において通常のパケットを送信する際、（１）基地局は、パケットの送信開始時に無線リソースの特定帯域の割当を行い、このようにして割り当てた帯域の情報を移動端末に通知する。割当した帯域の情報が移動端末に通知されたら、（２）移動端末は、通知された情報に従って、一定周期でデータを送信する。そして、（３）基地局は、移動端末が送信してくる一定周期の間、パケットの送信開始時に割当を行った特定帯域を、通信の対象となる移動端末用に確保して、他の移動端末に割り当てないようにする。このようにして、アップリンク通信において通常のパケットを送信することができる。

しかしながら、上述のように開始した通常のパケットのアップリンク通信において、例えば伝送路の電波状況が悪化するなどの要因により、パケットロスなどが発生して、基地局が受信するパケットに誤りが生じることも想定される。以下、上述したような通常のパケット送信時において、パケットの伝送が誤った場合に行う処理について説明する。

移動端末が送信したパケットを受信した基地局において、パケット伝送の誤りが検出されると、まず、（１）基地局は、パケット伝送が誤った旨を移動端末に通知する。この処理とともに、（２）基地局は、伝送誤りが検出されたパケットの再送用として、無線リソースの特定帯域を、再送タイミングに合わせて確保する。（３）移動端末は、パケット伝送が誤った旨が通知されたら、前回のパケット送信時より８サブフレーム(sub frame)後に、伝送誤りが検出されたパケット再送する。このようにして、通常のパケットがアップリンク通信において正しく送信できなかったとしても、当該正しく送信されなかったパケットの再送処理を行うことができる。

Semi-Persistent Allocation Algorithmの特徴は、データ送信の開始時にのみ制御情報（割り当て帯域情報など）を移動端末に通知し、それ以降の一定周期の間の通信時には制御情報を通知しないことにある。これにより、制御情報を常に通知する場合に比べて、制御情報を送信するためのリソースをかなり節約することができる。

一方、一定周期のデータ送信、および、パケット伝送誤り発生時に再送する際のデータ送信は、基地局からの通知に従って、一般的に移動端末が自律的に行う。このため、基地局の方でも、自立的に処理を行う移動端末に同調して、自律的に記憶や各処理などの制御を行わなければならない。したがって、処理対象の移動端末の数が増大するにつれて、基地局における各種の制御にかかる処理負荷は加速度的に増大するとともに、各種情報を記憶するためのメモリ消費量も増大する。このことは、Semi-Persistent Allocation Algorithmが制御情報を送信するためのリソースを節約しようとするコンセプトに沿っていない。

また、一定周期でパケットが送信される場合、例えば伝送路の悪化のため制御情報の喪失や制御タイミングの遅延が生じて、他の移動端末に同じ帯域が割り当てられると、Semi-Persistent Allocation Algorithmによって確保された移動端末の送信内容は干渉となる。さらに、ある基地局の周囲に存在する他の基地局においてもパケットが一定周期で送信されるということは、定常的な干渉を発生させる恐れがあることを意味している。すなわち、配置された各基地局が独立してSemi-Persistent Allocation Algorithmを適用する場合、隣接セルと同じタイミングで同じ周波数を用いると、干渉が定常的に発生し、伝送効率が低下してしまう。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、移動端末から基地局へパケットを伝送する際に、干渉を回避しつつ基地局の処理負荷を増大させずに無線リソースを割り当てることができる無線通信システムおよび基地局を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る発明は、
移動端末から基地局へのデータ送信に無線リソースを割り当てる無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記移動端末から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別し、当該判別に応じて、前記データ送信に無線リソースを割り当てると共に、
前記割り当てが予約されたパケットおよび前記再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当ててから、前記新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てることを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記無線リソースが割り当てられる領域を、割り当てが動的に変更される領域と、割り当てが一定の周期で固定される領域とに分けて、当該割り当てが一定の周期で固定される領域において、前記無線リソースを割り当てるものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信システムにおいて、
前記基地局は、当該基地局に隣接する基地局における無線リソースの割り当てから所定のオフセット量だけシフトさせて、前記無線リソースを割り当てるものである。

また、上記目的を達成する第４の観点に係る発明は、
移動端末からのデータ送信に無線リソースを割り当てる基地局であって、
前記移動端末から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別し、当該判別に応じて、前記データ送信に無線リソースを割り当てると共に、
前記割り当てが予約されたパケットおよび前記再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当ててから、前記新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てることを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第４の観点に係る基地局において、
前記無線リソースが割り当てられる領域を、割り当てが動的に変更される領域と、割り当てが一定の周期で固定される領域とに分けて、当該割り当てが一定の周期で固定される領域において、前記無線リソースを割り当てるものである。

第６の観点に係る発明は、第４の観点に係る基地局において、
前記基地局に隣接する基地局における無線リソースの割り当てから所定のオフセット量だけシフトさせて、前記無線リソースを割り当てるものである。

本発明によれば、無線通信システムおよび基地局において、移動端末から基地局へパケットを伝送する際に、干渉を回避しつつ基地局の処理負荷を増大させずに無線リソースを割り当てることができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る移動端末の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアップリンクにおけるリソースの割当を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るアップリンクにおけるリソースの割当領域の例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。移動端末１００と基地局２００とは、無線通信によりデータ通信を行う。

図２は、移動端末１００の概略構成図である。移動端末１００は、無線通信部１１０および制御部１２０を備える。

無線通信部１１０は、基地局２００との間で無線通信を行う。無線通信部１１０は、基地局２００が送信するダウンリンクデータを受信し、基地局２００にアップリンクデータを送信する。また、制御部１２０は、移動端末１００の各機能部を始めとして、移動体端末１００の全体を制御および管理する。

図３は、基地局２００の概略構成図である。基地局２００は、無線通信部２１０、制御部２２０、および記憶部２３０を備える。

無線通信部２１０は、移動端末１００との間で無線通信を行う。無線通信部２１０は、移動端末１００が送信するアップリンクデータを受信し、移動端末１００にダウンリンクデータを送信する。

制御部２２０は、基地局２００全体を制御するブロックであり、端末状態判別部２２１およびスケジューラ２２２を備える。

端末状態判別部２２１は、移動端末１００から受信する情報に基づいて、移動端末１００がアップリンク通信により基地局２００に送信しようとしているデータのパケットの種別を判別する。すなわち、端末状態判別部２２１は、移動端末１００から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別する。ここで、「新規のパケット」とは、移動端末１００から初送されるデータのパケットであり、「既に割り当てが予約されたパケット」とは、移動端末１００から２回目以降に送信されるデータのパケットである。

スケジューラ２２３は、移動端末１００と基地局２００との間の無線通信に割り当てる無線リソースをスケジューリングする。この時、本実施形態に係るスケジューラ２２３は、端末状態判別部２２１によるパケットの種別の判別に応じて、データ送信に無線リソースを割り当てる。

記憶部２３０は、通信を行う移動端末１００に関する情報や、端末状態判別部２２１が判別したパケットの種別、スケジューラ２２３が無線リソースを割り当てた結果など、種々の情報を記憶する。スケジューラ２２３が無線リソースをスケジューリングする際にも、記憶部２３０に記憶されたパケットの種別などの情報に基づいて、無線リソースのスケジューリングを行うことができる。

次に、本実施形態において、基地局２００が、各種パケットに無線リソースを割り当てる処理を説明する。以下の説明において、本実施形態に係る無線通信システムは、移動端末１００から基地局２００へのデータ送信に無線リソースを割り当てる場面を想定して説明する。すなわち、以下、上述したSemi-Persistent Allocation Algorithmを用いて、アップリンク通信を行う場合について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係るアップリンクにおけるリソースの割当を示すフローチャートである。

本実施形態に係る無線リソース割当処理は、移動端末１００からSemi-Persistentのスケジューリングによる割当要求が基地局２００に通知された時点から開始する。移動端末１００からSemi-Persistentのスケジューリングによる割当要求が通知されたら、端末状態判定部２２１は、移動端末１００から送信されるデータに、既に割り当てが予約されたパケットが存在するか否かを判別する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において既に割り当てが予約されたパケットが存在する場合、スケジューラ２２２は、その割り当てが予約されたパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てる（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の後、またはステップＳ１１で割り当てが予約されたパケットが存在しない場合、端末状態判定部２２１は、移動端末１００から送信されるデータに、送信エラーを補うための再送パケットが存在するか否かを判別する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において再送パケットが存在する場合、スケジューラ２２２は、その再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てる（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４の後、またはステップＳ１３で再送パケットが存在しない場合、端末状態判定部２２１は、移動端末１００から送信されるデータに、これから送信を開始する新規のパケットが存在するか否かを判別する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において新規のパケットが存在する場合、スケジューラ２２２は、その新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てる（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６の後、またはステップＳ１５で新規のパケットが存在しない場合、本実施形態に係る無線リソース割当処理は終了する。

このように、本実施形態において、基地局２００は、移動端末１００から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別する。そして、基地局２００は、当該判別に応じて、前記データ送信に無線リソースを割り当てる。この時、基地局２００は、割り当てが予約されたパケットおよび再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当ててから、新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てるようにするのが好適である。このように処理することにより、ダウンリンクの通信に用いる制御情報であるＤＣＩ(Downlink Control Information)は新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てる場合のみ送信すればよく、他の場合に送信する必要はなくなる。

また、本実施形態によれば、処理対象の移動端末が増大したとしても、数が増大したことに付随する処理が増すわけではないため、処理負荷の量を一定にすることができ、数が増大したことに付随して付加的にメモリ消費量が増すこともない。さらに、本実施形態によれば、例えばＤＣＩが不達の場合の処理が基地局と移動端末とで齟齬する等の例外的な状況が発生したとしても、自動的に干渉を回避するように無線リソースの割当を行うことができる。

図５は、本発明の一実施形態に係るアップリンクにおけるリソースの割当領域の例を示す図である。

図５は、本実施形態において、図４で説明したように、各割当要求に応じて、各種のパケットによるデータ送信に、それぞれのサブフレームナンバー（Subframe Number）の指定された領域の無線リソースの割当を行った例を示している。図５において、縦方向はサブフレームナンバーを表し、横方向は物理リソースブロック(Physical Resource Block)のインデックスを表している。図５に示す領域は、２０サブフレーム周期で繰り返される。したがって、図５に示す割当領域に従ったアップリンク通信が、半永続的(Semi-persistent)に実施される。これにより、各基地局の自局内での割当の衝突および干渉は回避される。

図５において、右上から左下への斜線によるハッチングを付した領域は、Semi-Persistentのスケジューリングによって新規のパケットによるデータ送信が割り当てられた領域を表している。この領域においては、上述した「新規のパケット」または「既に割り当てが予約されたパケット」によるデータ送信に、無線リソースが割り当てられる。また、左上から右下への斜線によるハッチングを付した領域は、Semi-Persistentのスケジューリングによって再送のパケットによるデータ送信が割り当てられた領域を表している。さらに、斜線によるハッチングを付していない領域は、その他のパケットによるデータ送信が割り当てられた領域を表している。上述したように、パケット伝送が誤った旨が通知されると、移動端末１００は、前回のパケット送信時より８サブフレーム(sub frame)後に、伝送誤りが検出されたパケット再送する。したがって、基地局２００においても、図５に示すように、新規のパケット送信時より８サブフレーム(sub frame)後に、伝送誤りが検出されたパケットが再送されるタイミングに合わせた領域に、再送パケットによるデータ送信が割り当てられる。

なお、図５に示した、「その他のパケット領域」においては、Semi-Persistent Allocation Algorithmを用いた割り当てと、Dynamic Allocation Algorithmを用いた割り当てとを混在させることができる。しかしながら、このように無線リソースを割り当てる領域が動的に変化する部分と動的に変化しない領域とを混在させると、処理負荷が増大する原因になる。したがって、本実施形態においては、制御部２２０は、予め割り当てが動的に変更される領域と、それ以外の領域とに分けて管理し、割り当てが動的に変更されない領域において、Semi-Persistent Allocation Algorithmを用いた割当を行うのが好適である。このように、本実施形態において、基地局２００は、無線リソースが割り当てられる領域を、割り当てが動的に変更される領域と、割り当てが一定の周期で固定される領域とに分けて、当該割り当てが一定の周期で固定される領域において、無線リソースを割り当てるようにするのが好適である。

以上の説明においては、ある特定の１つの基地局２００に注目して説明してきたが、当該基地局２００の周囲には、周囲のセルを形成する他の基地局が通常は複数隣接している。ＬＴＥのシステムにおいては、これらの隣接基地局は当該基地局２００とＸ２インタフェースを用いて通信を行うことができる。したがって、当該基地局２００は、隣接基地局とＸ２インタフェースを介して、図５で示したような無線リソースの割り当てのoffset量を決定することができる。例えば、制御部２２０は、offset量を２または４として、これらの数だけ、図５に示した領域のパターンを右方にシフトすることができる。すなわち、無線リソースが割り当てられた各基地局が独立してSemi-Persistent Allocation Algorithmを適用した場合においても、基地局２００は、自動的に干渉を回避するよう無線リソースの割り当てを行うことができる。このように、本実施形態において、基地局２００は、基地局２００に隣接する他の基地局における無線リソースの割り当てから所定のオフセット量だけシフトさせて、無線リソースを割り当てるようにするのが好適である。これにより、基地局２００における無線リソースの割り当てが、他の周辺基地局における無線リソースの割り当てと干渉することは回避される。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

また、上述の実施例では、移動体通信システムとしてＬＴＥを想定して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、移動端末と基地局との間の無線品質に応じて無線リソース割当を変更する無線通信システムであれば、本発明を同様に適用することができる。

１００ 移動端末
１１０ 無線通信部
１２０ 制御部
２００ 基地局
２１０ 無線通信部
２２０ 制御部
２２１ 端末状態判別部
２２２ スケジューラ
２３０ 記憶部

Claims (6)

1. 移動端末から基地局へのデータ送信に無線リソースを割り当てる無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記移動端末から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別し、当該判別に応じて、前記データ送信に無線リソースを割り当てると共に、
   前記割り当てが予約されたパケットおよび前記再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当ててから、前記新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てることを特徴とする、無線通信システム。
2. 前記基地局は、前記無線リソースが割り当てられる領域を、割り当てが動的に変更される領域と、割り当てが一定の周期で固定される領域とに分けて、当該割り当てが一定の周期で固定される領域において、前記無線リソースを割り当てる、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記基地局は、当該基地局に隣接する基地局における無線リソースの割り当てから所定のオフセット量だけシフトさせて、前記無線リソースを割り当てる、請求項１に記載の無線通信システム。
4. 移動端末からのデータ送信に無線リソースを割り当てる基地局であって、
   前記移動端末から送信されるデータが新規のパケットによるものか、送信エラーを補うための再送パケットによるものか、または既に割り当てが予約されたパケットによるものかを判別し、当該判別に応じて、前記データ送信に無線リソースを割り当てると共に、
   前記割り当てが予約されたパケットおよび前記再送パケットによるデータ送信に無線リソースを割り当ててから、前記新規のパケットによるデータ送信に無線リソースを割り当てることを特徴とする、基地局。
5. 前記無線リソースが割り当てられる領域を、割り当てが動的に変更される領域と、割り当てが一定の周期で固定される領域とに分けて、当該割り当てが一定の周期で固定される領域において、前記無線リソースを割り当てる、請求項４に記載の基地局。
6. 前記基地局に隣接する基地局における無線リソースの割り当てから所定のオフセット量だけシフトさせて、前記無線リソースを割り当てる、請求項４に記載の基地局。

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