JP5905575B2 - 通信制御方法及び基地局 - Google Patents
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Description
本発明は、D2D通信をサポートするセルラ移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法及び基地局に関する。
セルラ移動通信システムの標準化プロジェクトである3GPP(3rd Generation Partnership Project)では、リリース12以降の新機能として、端末間(Device to Device:D2D)通信の導入が検討されている(非特許文献1参照)。
D2D通信においては、近接する複数のユーザ端末が、ネットワークとの無線接続を確立した状態(同期がとられた状態)で、相互に直接的な無線通信を行うことができる。
なお、D2D通信は、近傍サービス(Proximity Service)通信と称されることもある。
3GPP技術報告 「TR 22.803 V0.3.0」 2012年5月
しかしながら、現状の3GPP規格には、D2D通信を適切に制御するための仕様が規定されていない。よって、D2D通信と、セルラ通信(ユーザ端末と基地局との間の無線通信)と、を両立できないといった問題がある。
そこで、本発明は、D2D通信を適切に制御できる通信制御方法及び基地局を提供することを目的とする。
本発明の通信制御方法は、ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートするセルラ移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、前記ネットワークが、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定するステップを含むことを特徴とする。
[実施形態の概要]
本実施形態に係る通信制御方法は、ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートするセルラ移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、前記ネットワークが、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定するステップを含む。
本実施形態に係る通信制御方法は、ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートするセルラ移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、前記ネットワークが、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定するステップを含む。
本実施形態では、前記決定するステップにおいて、前記ネットワークは、前記アプリケーションによるトラフィックが低負荷かつ一時的である場合に、他の端末間通信と共用される無線リソースを前記端末間通信に割り当てるよう決定してもよい。
本実施形態では、前記決定するステップにおいて、前記ネットワークは、前記アプリケーションによるトラフィックが高負荷かつ連続的である場合に、専用の無線リソースを前記端末間通信に周期的に割り当てるよう決定してもよい。
本実施形態では、前記決定するステップにおいて、前記ネットワークは、前記アプリケーションによるトラフィックが、高負荷かつ連続的、なおかつ低遅延を要求する場合に、前記端末間通信に対して、専用の無線リソースを、周期的に、かつ繰り返し送信が可能になるよう割り当てるよう決定してもよい。
本実施形態に係る基地局は、ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートする移動通信システムにおいて用いられる基地局であって、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定する処理を行うプロセッサを備える。
図面を参照して、本発明のセルラ移動通信システムの実施形態を説明する。本実施形態では、3GPP規格に準拠して構成されるセルラ移動通信システム(以下、「LTEシステム」)にD2D通信を導入する場合の実施形態を説明する。
(1)LTEシステムの概要
図1は、本実施形態に係るLTEシステムの構成図である。
図1は、本実施形態に係るLTEシステムの構成図である。
図1に示すように、LTEシステムは、複数のUE(User Equipment)100と、E−UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)10と、EPC(Evolved Packet Core)20と、を含む。本実施形態においてE−UTRAN10及びEPC20は、ネットワークを構成する。
UE100は、移動型の無線通信装置であり、無線接続を確立したセル(サービングセル)との無線通信を行う。UE100はユーザ端末に相当する。
E−UTRAN10は、複数のeNB200(evolved Node−B)を含む。eNB200は基地局に相当する。eNB200は、セルを管理しており、セルとの無線接続を確立したUE100との無線通信を行う。
なお、「セル」は、無線通信エリアの最小単位を示す用語として使用される他に、UE100との無線通信を行う機能としても使用される。
eNB200は、例えば、無線リソース管理(RRM)機能と、ユーザデータのルーティング機能と、モビリティ制御及びスケジューリングのための測定制御機能と、を有する。
EPC20は、MME(Mobility Management Entity)/S−GW(Serving−Gateway)300と、OAM400(Operation and Maintenance)と、を含む。
MMEは、UE100に対する各種モビリティ制御等を行うネットワークノードであり、制御局に相当する。S−GWは、ユーザデータの転送制御を行うネットワークノードであり、交換局に相当する。
eNB200は、X2インターフェイスを介して相互に接続される。また、eNB200は、S1インターフェイスを介してMME/S−GW300と接続される。
OAM400は、オペレータによって管理されるサーバ装置であり、E−UTRAN10の保守及び監視を行う。
次に、UE100及びeNB200の構成を説明する。
図2は、UE100のブロック図である。図2に示すように、UE100は、アンテナ101と、無線送受信機110と、ユーザインターフェイス120と、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信機130と、バッテリ140と、メモリ150と、プロセッサ160と、を有する。メモリ150は、記憶媒体に相当する。
UE100は、GNSS受信機130を有していなくてもよい。また、メモリ150をプロセッサ160と一体化し、このセット(すなわち、チップセット)をプロセッサ160’としてもよい。
アンテナ101及び無線送受信機110は、無線信号の送受信に用いられる。アンテナ101は、複数のアンテナ素子を含む。無線送受信機110は、プロセッサ160が出力するベースバンド信号を無線信号に変換してアンテナ101から送信する。また、無線送受信機110は、アンテナ101が受信する無線信号をベースバンド信号に変換してプロセッサ160に出力する。
ユーザインターフェイス120は、UE100を所持するユーザとのインターフェイスであり、例えば、ディスプレイ、マイク、スピーカ、及び各種ボタンなどを含む。ユーザインターフェイス120は、ユーザからの操作を受け付けて、該操作の内容を示す信号をプロセッサ160に出力する。
GNSS受信機130は、UE100の地理的な位置を示す位置情報を得るために、GNSS信号を受信して、受信した信号をプロセッサ160に出力する。
バッテリ140は、UE100の各ブロックに供給すべき電力を蓄える。
メモリ150は、プロセッサ160によって実行されるプログラムと、プロセッサ160による処理に使用される情報と、を記憶する。
プロセッサ160は、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号などを行うベースバンドプロセッサと、メモリ150に記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、を含む。プロセッサ160は、さらに、音声・映像信号の符号化・復号を行うコーデックを含んでもよい。
プロセッサ160は、例えば、各種のアプリケーションを実行するとともに、後述する各種の通信プロトコルを実行する。プロセッサ160が行う処理の詳細については後述する。
図3は、eNB200のブロック図である。図3に示すように、eNB200は、アンテナ201と、無線送受信機210と、ネットワークインターフェイス220と、メモリ230と、プロセッサ240と、を有する。なお、メモリ230をプロセッサ240と一体化し、このセット(すなわち、チップセット)をプロセッサとしてもよい。
アンテナ201及び無線送受信機210は、無線信号の送受信に用いられる。アンテナ201は、複数のアンテナ素子を含む。無線送受信機210は、プロセッサ240が出力するベースバンド信号を無線信号に変換してアンテナ201から送信する。また、無線送受信機210は、アンテナ201が受信する無線信号をベースバンド信号に変換してプロセッサ240に出力する。
ネットワークインターフェイス220は、X2インターフェイスを介して隣接eNB200と接続され、S1インターフェイスを介してMME/S−GW300と接続される。ネットワークインターフェイス220は、X2インターフェイス上で行う通信及びS1インターフェイス上で行う通信に用いられる。
メモリ230は、プロセッサ240によって実行されるプログラムと、プロセッサ240による処理に使用される情報と、を記憶する。
プロセッサ240は、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号などを行うベースバンドプロセッサと、メモリ230に記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うCPUと、を含む。
プロセッサ240は、例えば、後述する各種の通信プロトコルを実行する。プロセッサ240が行う処理の詳細については後述する。
図4は、LTEシステムにおける無線インターフェイスのプロトコルスタック図である。
図4に示すように、無線インターフェイスプロトコルは、OSI参照モデルのレイヤ1〜レイヤ3に区分されており、レイヤ1は物理(PHY)レイヤである。レイヤ2は、MAC(Media Access Control)レイヤと、RLC(Radio Link Control)レイヤと、PDCP(Packet Data Convergence Protocol)レイヤと、を含む。レイヤ3は、RRC(Radio Resource Control)レイヤを含む。
物理レイヤは、符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行う。物理レイヤは、物理チャネルを用いて上位レイヤに伝送サービスを提供する。UE100の物理レイヤとeNB200の物理レイヤとの間では、物理チャネルを介してデータが伝送される。
MACレイヤは、データの優先制御、及びハイブリッドARQ(HARQ)による再送処理などを行う。UE100のMACレイヤとeNB200のMACレイヤとの間では、トランスポートチャネルを介してデータが伝送される。eNB200のMACレイヤは、上下リンクのトランスポートフォーマット(トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式など)及びリソースブロックを決定するMACスケジューラを含む。
RLCレイヤは、MACレイヤ及び物理レイヤの機能を利用してデータを受信側のRLCレイヤに伝送する。UE100のRLCレイヤとeNB200のRLCレイヤとの間では、論理チャネルを介してデータが伝送される。
PDCPレイヤは、ヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行う。
RRCレイヤは、制御プレーンでのみ定義される。UE100のRRCレイヤとeNB200のRRCレイヤとの間では、無線ベアラを介してデータが伝送される。RRCレイヤは、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル、及び物理チャネルを制御する。UE100のRRCとeNB200のRRCとの間にRRC接続がある場合、UE100はRRC接続状態であり、そうでない場合、UE100はRRCアイドル状態である。
RRCレイヤの上位に位置するNAS(Non−Access Stratum)レイヤは、セッション管理及びモビリティ管理などを行う。
図5は、LTEシステムで使用される無線フレームの構成図である。LTEシステムは、下りリンクにはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)、上りリンクにはSC−FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)がそれぞれ使用される。
図5に示すように、無線フレームは、時間方向に並ぶ10個のサブフレームで構成され、各サブフレームは、時間方向に並ぶ2個のスロットで構成される。各サブフレームの長さは1msであり、各スロットの長さは0.5msである。各サブフレームは、周波数方向に複数個のリソースブロック(RB)を含み、時間方向に複数個のシンボルを含む。各シンボルの先頭には、サイクリックプレフィックス(CP)と呼ばれるガード区間が設けられる。
下りリンクにおいて、各サブフレームの先頭数シンボルの区間は、主に物理下りリンク制御チャネル(PDCCH)として使用される制御領域である。また、各サブフレームの残りの区間は、主に物理下りリンク共有チャネル(PDSCH)として使用できる領域である。
上りリンクにおいて、各サブフレームにおける周波数方向の両端部は、主に物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)として使用される制御領域である。また、各サブフレームにおける周波数方向の中央部は、主に物理上りリンク共有チャネル(PUSCH)として使用できる領域である。
(2)D2D通信の概要
次に、LTEシステムの通常の通信(セルラ通信)とD2D通信とを比較して説明する。
次に、LTEシステムの通常の通信(セルラ通信)とD2D通信とを比較して説明する。
図6は、セルラ通信におけるデータパスを示す。ここでは、eNB200−1との無線接続を確立したUE(A)100−1と、eNB200−2との無線接続を確立したUE(B)100−2と、の間でセルラ通信を行う場合を例示している。なお、データパスとは、ユーザデータ(ユーザプレーン)のデータ転送経路を意味する。
図6に示すように、セルラ通信のデータパスはネットワークを経由する。詳細には、eNB200−1、S−GW300、及びeNB200−2を経由するデータパスが設定されている。
図7は、D2D通信におけるデータパスを示す。ここでは、eNB200−1との無線接続を確立したUE(A)100−1と、eNB200−2との無線接続を確立したUE(B)100−2と、の間でD2D通信を行う場合を例示している。
図7に示すように、D2D通信のデータパスはネットワークを経由しない。すなわち、UE間で直接的な無線通信を行う。このように、UE(A)100−1の近傍にUE(B)100−2が存在するのであれば、UE(A)100−1とUE(B)100−2との間でD2D通信を行うことによって、ネットワークのトラフィック負荷及びUE100のバッテリ消費量を削減するなどの効果が得られる。
ただし、D2D通信はLTEシステムの周波数帯域で行われることが想定されており、例えばセルラ通信への干渉を回避するために、ネットワークの制御下でD2D通信が行われる。
(3)実施形態に係る動作
以下において、実施形態に係る動作を説明する。
以下において、実施形態に係る動作を説明する。
(3.1)探索動作
D2D通信の開始を望むUE(A)は、自身の近傍に存在する通信相手のUE(B)を発見する(Discover)機能を有していなければならない。また、UE(B)は、UE(A)から発見される(Discoverable)機能を有していなければならない。
D2D通信の開始を望むUE(A)は、自身の近傍に存在する通信相手のUE(B)を発見する(Discover)機能を有していなければならない。また、UE(B)は、UE(A)から発見される(Discoverable)機能を有していなければならない。
本実施形態では、UE(A)は、通信相手のUE(B)を発見するために、自身の周囲に周期的に探索信号(Discover信号)を送信する。UE(B)は、UE(A)から発見されるために、探索信号の待ち受けを行い、探索信号の受信に応じて応答信号をUE(A)に送信する。その後、ネットワークは、UE(A)及びUE(B)によるD2D通信の可否を判断する。
(3.1.1)動作パターン1
図8は、本実施形態に係る探索動作パターン1のシーケンス図である。
図8は、本実施形態に係る探索動作パターン1のシーケンス図である。
図8に示すように、ステップS1において、UE(A)100−1は、自身の周囲に探索信号を送信する。探索信号は、UE(A)100−1の識別子と、D2D通信に使用すべきアプリケーションの識別子と、を含む。アプリケーションの識別子は、例えば、探索信号に反応すべきUE(応答信号を送信すべきUE)を限定するために使用される。探索信号は、さらに、通信相手とするUE(B)100−2の識別子、又はD2D通信を行うべきUE100のグループ(D2D通信グループ)の識別子を含んでもよい。また、UE(A)100−1は、探索信号を送信する際に、該探索信号の送信電力を記憶する。
UE(B)100−2は、探索信号の待ち受けを行っており、UE(A)100−1からの探索信号を受信する。UE(B)100−2は、探索信号の受信電力(受信強度)を測定し、該測定した受信電力を記憶する。
ステップS2において、UE(B)100−2は、探索信号の受信に応じて、応答信号をUE(A)に送信する。応答信号は、UE(B)100−2の識別子と、D2D通信に使用すべきアプリケーションの識別子と、を含む。また、UE(B)100−2は、応答信号を送信する際に、該応答信号の送信電力を記憶する。
UE(A)100−1は、応答信号の待ち受けを行っており、UE(B)100−2からの応答信号を受信する。UE(A)100−1は、応答信号の受信電力(受信強度)を測定し、該測定した受信電力を記憶する。
ステップS3において、UE(A)100−1は、応答信号の受信に応じて、D2D通信の開始を望むことを示すD2D通信要求(A)をeNB200に送信する。D2D通信要求(A)は、UE(A)100−1の識別子と、D2D通信に使用すべきアプリケーションの識別子と、を含む。D2D通信要求(A)は、さらに、探索信号の送信電力の情報と、応答信号の受信電力の情報と、を含む。
eNB200は、D2D通信要求(A)を受信すると、D2D通信要求(A)の受信電力を測定し、該測定した受信電力の情報をD2D通信要求(A)に付加して、D2D通信要求(A)をMME/S−GW300に転送する。
ステップS4において、UE(B)100−2は、応答信号の送信に応じて、D2D通信の開始を望むことを示すD2D通信要求(B)をeNB200に送信する。D2D通信要求(B)は、UE(B)100−2の識別子と、D2D通信に使用すべきアプリケーションの識別子と、を含む。D2D通信要求(B)は、さらに、応答信号の送信電力の情報と、探索信号の受信電力の情報と、を含む。
eNB200は、D2D通信要求(B)を受信すると、D2D通信要求(B)の受信電力を測定し、該測定した受信電力の情報をD2D通信要求(B)に付加して、D2D通信要求(B)をMME/S−GW300に転送する。
MME/S−GW300は、D2D通信要求(A)及びD2D通信要求(B)を受信すると、D2D通信要求(A)及びD2D通信要求(B)から求められるUE間距離、UE・eNB間距離、及びアプリケーション特性などに基づいて、UE(A)100−1及びUE(B)100−2によるD2D通信の可否を判断する。例えば、MME/S−GW300は、以下の第1の判断基準〜第3の判断基準のうちの少なくとも1つにより、D2D通信の可否を判断する。
第1に、MME/S−GW300は、UE(A)100−1の近傍にUE(B)100−2が存在しない場合には、D2D通信が不可であると判断する。D2D通信は近傍のUE100同士で行うことが前提であり、遠隔のUE100同士でD2D通信を行うと干渉及びバッテリ消費量が増大してしまうからである。
例えば、MME/S−GW300は、D2D通信要求(A)に含まれる探索信号の送信電力と、D2D通信要求(B)に含まれる探索信号の受信電力と、の差分により、伝搬損失が分かるので、該伝搬損失に基づいてUE(A)100−1とUE(B)100−2との間の距離を推定できる。同様に、D2D通信要求(B)に含まれる応答信号の送信電力と、D2D通信要求(A)に含まれる応答信号の受信電力と、の差分により、伝搬損失が分かるので、該伝搬損失に基づいてUE(A)100−1とUE(B)100−2との間の距離を推定できる。
なお、探索信号及び応答信号のそれぞれの送信電力が予めシステム全体で一律に規定されていれば、該送信電力の情報をD2D通信要求に含めなくてもよい。
第2に、MME/S−GW300は、UE(A)100−1の近傍にeNB200が存在する場合、又はUE(B)100−2の近傍にeNB200が存在する場合には、D2D通信が不可であると判断する。eNB200の近傍でD2D通信を行うと、eNB200へ与える干渉が大きくなるからである。
例えば、MME/S−GW300は、eNB200がD2D通信要求(A)を受信した際の受信電力から、大まかな伝搬損失が分かるので、該伝搬損失に基づいてUE(A)100−1とeNB200との間の距離を推定できる。同様に、eNB200がD2D通信要求(B)を受信した際の受信電力から、大まかな伝搬損失が分かるので、該伝搬損失に基づいてUE(B)100−2とeNB200との間の距離を推定できる。ただし、正確な伝搬損失を求めるために、D2D通信要求の送信電力をUEから通知してもよい。
第3に、MME/S−GW300は、一時的に又は小容量(低負荷)のトラフィックを発生させるアプリケーションの場合には、D2D通信が不可であると判断する。言い換えると、連続的かつ大容量(高負荷)のトラフィックを発生させるアプリケーションの場合に限り、D2D通信が可能と判断する。一時的に又は低負荷のトラフィックを取り扱う場合、D2D通信のメリットが十分に活かされないからである。
例えば、ストリーミングやビデオ通話のアプリケーションは、連続的かつ高負荷のトラフィックを発生させるので、D2D通信が可能と判断する。ただし、詳細については後述するが、一時的に又は小容量(低負荷)のトラフィックを発生させるアプリケーションの場合であっても、D2D通信を適用してもよい。
MME/S−GW300は、UE(A)100−1及びUE(B)100−2によるD2D通信が可能と判断すると、その旨及び必要な情報をeNB200に通知し、eNB200の制御下でD2D通信が開始される。
動作パターン1によれば、UE(A)100−1及びUE(B)100−2がD2D通信に適した状態にある場合に限り、D2D通信を可能にすることができる。
(3.1.2)動作パターン2
上述した動作パターン1では、UE(B)が、探索信号の待ち受けを常に行うケースを想定していたが、例えばバッテリ消費量を削減するために探索信号の待ち受けを中止するケースも想定される。そこで、動作パターン2では、そのようなD2D通信のスリープ状態にあるUE(B)をUE(A)が発見できるようにする。
上述した動作パターン1では、UE(B)が、探索信号の待ち受けを常に行うケースを想定していたが、例えばバッテリ消費量を削減するために探索信号の待ち受けを中止するケースも想定される。そこで、動作パターン2では、そのようなD2D通信のスリープ状態にあるUE(B)をUE(A)が発見できるようにする。
図9は、本実施形態に係る探索動作パターン2のシーケンス図である。
図9に示すように、ステップS11において、UE(A)100−1は、D2D通信の開始を望むことを示すD2D通信要求をeNB200に送信する。eNB200は、UE(A)100−1からのD2D通信要求をMME/S−GW300に転送する。D2D通信要求は、UE(A)100−1の識別子と、D2D通信に使用すべきアプリケーションの識別子と、を含む。D2D通信要求は、さらに、通信相手とするUE(B)100−2の識別子、又はD2D通信を行うべきUE100のグループ(D2D通信グループ)の識別子を含んでもよい。
ステップS12において、MME/S−GW300は、UE(A)100−1の在圏エリア(或いは在圏セル)に存在するUE100のうち、UE(A)100−1からのD2D通信要求に合致するUE(B)100−2を特定する。また、MME/S−GW300は、UE(B)100−2の状態を確認し、探索信号の待ち受けを行っているか中止しているかを判断する。ここでは、UE(B)100−2が探索信号の待ち受けを中止していると仮定して説明を進める。
ステップS13において、MME/S−GW300は、UE(B)100−2への待ち受け開始要求をeNB200に送信する。eNB200は、MME/S−GW300からの待ち受け開始要求をUE(B)100−2に転送する。
ステップS14において、UE(B)100−2は、待ち受け開始要求を受信すると、探索信号の待ち受けを開始する。詳細には、UE(B)100−2は、探索信号の受信を所定の周期で試みる。
UE(B)100−2は、探索信号の待ち受けを開始した後、UE(A)100−1からの探索信号を受信(ステップS1)すると、該探索信号に対する応答信号をUE(A)100−1に送信(ステップS2)する。以降の動作は、動作パターン1と同様である。
動作パターン2によれば、D2D通信のスリープ状態にあるUE(B)100−2であっても、UE(A)100−1から発見されることができる。
(3.2)D2D通信における無線リソース割当
次に、D2D通信における無線リソースの割当動作について説明する。「無線リソース」は、時間・周波数リソースの単位であるリソースブロック(RB)、すなわち、周波数帯域を意味する。また、無線通信における変調・符号化方式(MCS)が「無線リソース」に含まれてもよい。
次に、D2D通信における無線リソースの割当動作について説明する。「無線リソース」は、時間・周波数リソースの単位であるリソースブロック(RB)、すなわち、周波数帯域を意味する。また、無線通信における変調・符号化方式(MCS)が「無線リソース」に含まれてもよい。
(3.2.1)無線リソース割当方法
eNB200は、D2D通信に対して、準静的な無線リソース割当を行う。本実施形態では、eNB200は、D2D通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、D2D通信における無線リソースの割当方法を決定する。
eNB200は、D2D通信に対して、準静的な無線リソース割当を行う。本実施形態では、eNB200は、D2D通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、D2D通信における無線リソースの割当方法を決定する。
図10は、本実施形態に係る無線リソース割当方法の決定動作のフロー図である。本フローの実施に先立ち、eNB200は、MME/S−GW300から、D2D通信に使用されるアプリケーションの識別子を取得する。或いは、eNB200は、D2D通信を行うUE100から、D2D通信に使用されるアプリケーションの識別子を取得してもよい。
図10に示すように、ステップS21において、eNB200は、D2D通信に使用されるアプリケーションの識別子から該アプリケーションの特性を把握する。例えば、eNB200は、アプリケーションの識別子及びその特性を対応付けたテーブルを予め保持しており、該テーブルを用いることで、アプリケーションの特性を把握できる。
D2D通信に使用されるアプリケーションによるトラフィックが低負荷かつ一時的である場合(例えば、チャットなどである場合)、ステップS22において、eNB200は、他のD2D通信と共用される無線リソースをD2D通信に割り当てるよう決定する。これにより、無線リソースを節約することができる。この場合、同一の無線リソースが割り当てられる複数のD2D通信のそれぞれには、異なる符号(拡散符号)を割り当てることで、符号分割ができるようにする。例えば、D2D通信ペア1に符号1を割り当て、D2D通信ペア2に符号2を割り当てることで、各ペアは自ペアの情報と他のペアの情報とを分離できる。
また、D2D通信に使用されるアプリケーションによるトラフィックが高負荷かつ連続的である場合(例えば、ストリーミングなどである場合)、ステップS23において、eNB200は、専用の無線リソースをD2D通信に周期的に割り当てるよう決定する。これにより、D2D通信において大量のトラフィックを伝送できる。
さらに、D2D通信に使用されるアプリケーションによるトラフィックが、高負荷かつ連続的、なおかつ低遅延を要求する場合(例えば、ビデオ通話など)、ステップS24において、eNB200は、専用の無線リソースを、周期的に、かつ繰り返し送信が可能になるよう割り当てるよう決定する。これにより、D2D通信において大量のトラフィックを伝送できると共に、通信の信頼度を高めることができる。繰り返し送信とは、同一のデータを複数回繰り返し送信する方式に限らず、送信の度に冗長ビットを変化させて繰り返し送信する方式(例えば、Incremental Redundancy方式)であってもよい。
本実施形態に係る無線リソース割当方法によれば、D2D通信に使用されるアプリケーションの特性に応じて、D2D通信における無線リソースを適切に割り当てることが可能になる。
(3.2.2)バッファ状態報告に基づく無線リソース割当
UE100がセルラ通信及びD2D通信を同時に行う場合、eNB200は、D2D通信に対して、セルラ通信とは個別に無線リソース割当を制御できることが好ましい。本実施形態では、D2D通信に対して、セルラ通信とは個別に無線リソース割当を制御できるようにする。
UE100がセルラ通信及びD2D通信を同時に行う場合、eNB200は、D2D通信に対して、セルラ通信とは個別に無線リソース割当を制御できることが好ましい。本実施形態では、D2D通信に対して、セルラ通信とは個別に無線リソース割当を制御できるようにする。
また、セルラ通信においては、UE100が、eNB200への送信待ちデータ量(送信バッファ滞留量)を示すバッファ状態報告(BSR)をeNB200に送信し、eNB200が、UE100からのBSRに基づいてUE100に上り無線リソースの割当を制御する仕組みが存在する。本実施形態では、D2D通信においてもBSRに基づいて無線リソースの割当を制御できるようにする。
以下において、複数のアプリケーションを使用してセルラ通信のみを行うUE(A)100−1が、一部のアプリケーションをD2D通信に切り替えるケースを例に、D2D通信の無線リソース割当制御を行う動作を説明する。
図11は、複数のアプリケーションを使用してセルラ通信のみを行うUE(A)100−1の動作を説明するための図である。
図11に示すように、UE(A)100−1は、アプリケーション0,1,2,3,…を実行しており、各アプリケーションによるトラフィック及び制御信号を複数の論理チャネルを用いてeNB200へ伝送している。物理(PHY)レイヤにおいては、論理チャネル毎に、該論理チャネルで伝送されるデータを一時的に保持するためのバッファが設けられる。
論理チャネルは、複数の論理チャネルグループ(LCG)にグループ化される。図11の例では、LCG0〜LCG3の4つのLCGが存在する。論理チャネル毎にBSRを送信するとオーバーヘッドが大きくなるので、LCG毎にBSRを送信できるよう規定されている。
UE(A)100−1は、LCG0〜LCG3のそれぞれについてeNB200にBSRを送信する。eNB200のスケジューラは、LCG0〜LCG3のそれぞれについてBSRが示す送信バッファ滞留量を把握し、送信バッファ滞留量に応じた上り無線リソース割当を行う。
図12は、図11に示す状況から、一部のアプリケーションをUE(B)100−2とのD2D通信に切り替える場合のUE(A)100−1の動作を説明するための図である。
D2D通信に切り替える場合、MME/S−GW300(又はeNB200)は、D2D通信に使用すべきアプリケーション(ここでは、アプリケーション0)を特定し、特定したアプリケーション0をUE(A)100−1に通知する。
UE(A)100−1は、何れかのLCG(ここでは、LCG3)をアプリケーション0専用に分ける。すなわち、UE(A)100−1は、セルラ通信用のLCG0〜LCG2とは別に、D2D通信用のLCG3を確保する。
また、UE(A)100−1は、D2D通信用のLCG3に対して、D2D通信用のハードウェアリソースを確保する。ハードウェアリソースとは、プロセッサ160のリソース(処理リソース)、及びメモリ150のリソース(メモリリソース)を意味する。
さらに、UE(A)100−1は、D2D通信用のLCG3をeNB200に通知する。
eNB200は、UE(A)100−1から通知されたD2D通信用のLCG3に対して、D2D通信用の無線ネットワーク一時識別子(RNTI)を割り当てる。RNTIとは、制御のために一時的に与えるUE識別子である。例えば、PDCCHには、送信先のUE100のRNTIが含まれており、UE100は、PDCCHにおける自身のRNTIの有無により無線リソース割当の有無を判断する。
以下において、D2D通信用のRNTIを「D2D−RNTI」と称する。このように、eNB200は、セルラ通信用のRNTI(C−RNTI)とは別に、D2D−RNTIをUE(A)100−1に割り当てる。その結果、UE(A)100−1には、C−RNTI及びD2D−RNTIの合計2つのRNTIが割り当てられ、D2D通信の初期設定が完了する。
図13は、D2D通信中のUE(A)100−1の動作を説明するための図である。
図13に示すように、ステップS31において、UE(A)100−1は、eNB200への送信データ(DAT)と共に、BSR MCE(MAC Control Element)をeNB200に送信する。BSR MCEは、LCG0〜LCG3毎のBSRを含む。
ステップS32において、eNB200は、BSR MCEに基づいて、LCG0〜LCG3のそれぞれについてBSRが示す送信バッファ滞留量を把握し、LCG0〜LCG3毎に送信バッファ滞留量に応じた無線リソース割当を行う。ここで、eNB200は、LCG3についての送信バッファ滞留量に基づいて、D2D通信に割り当てる無線リソースを決定する。そして、eNB200は、D2D−RNTIを用いて、D2D通信に割り当てる無線リソースをPDCCH上でUE(A)100−1に通知する。
ステップS33において、UE(A)100−1は、D2D通信に割り当てられた無線リソースを用いて、UE(B)100−2への送信を行う。
本実施形態に係る無線リソース割当によれば、D2D通信に対して、セルラ通信とは個別に無線リソース割当を制御できる。また、D2D通信においてもBSRに基づいて無線リソースの割当を制御できる。
(3.3)D2D通信の送信電力制御
上述したように、D2D通信に使用されるアプリケーションによるトラフィックが高負荷かつ連続的である場合、専用の無線リソースがD2D通信に周期的に割り当てられる。D2D通信を行うUE(A)100−1及びUE(B)100−2は、周期的に割り当てられる無線リソースを交互に送信に使用する。また、エラー状況などに応じて繰り返し送信を行ってもよい。
上述したように、D2D通信に使用されるアプリケーションによるトラフィックが高負荷かつ連続的である場合、専用の無線リソースがD2D通信に周期的に割り当てられる。D2D通信を行うUE(A)100−1及びUE(B)100−2は、周期的に割り当てられる無線リソースを交互に送信に使用する。また、エラー状況などに応じて繰り返し送信を行ってもよい。
図14は、D2D通信における送信電力制御及び再送制御を説明するための図である。図14において、ステップS41、S43、及びS44は、D2D通信に該当し、ステップS42は、セルラ通信に該当する。
図14に示すように、ステップS41において、UE(A)100−1は、UE(B)100−2に対して、データ1を送信する。UE(A)100−1は、データ1の送信と共に、該送信の送信電力の情報を含んだTxPower MCEを送信する。このように、UE(A)100−1は、UE(B)100−2に無線信号を送信する際、送信電力をUE(B)100−2に通知する。また、UE(A)100−1は、データ1と共に、UE(B)100−2から前回受信したデータ0についてのHARQ Ack/Nackの情報を含んだHARQ Ack/Nack MCEを送信する。
UE(B)100−2は、UE(A)100−1からのデータ1を受信すると、該受信の受信電力を測定する。また、UE(B)100−2は、測定した受信電力と、データ1と共に送信されたTxPower MCEが示す送信電力と、の差分に基づいて、UE(A)100−1に対して次回送信を行う際の送信電力を決定する。例えば、UE(A)100−1からのデータ1の送信電力と受信電力との差分が大きいほど、伝搬損失が大きいことから、UE(A)100−1に対して次回送信を行う際の送信電力を大きくするよう決定する。
ステップS42において、UE(A)100−1及びUE(B)100−2のそれぞれは、eNB200へのデータ送信を行う。上述したように、UE(A)100−1及びUE(B)100−2は、eNB200へのデータ送信時に、BSR MCEを送信する。
ステップS43において、UE(B)100−2は、UE(A)100−1に対して、データ2を送信する。UE(B)100−2は、データ2の送信と共に、該送信の送信電力の情報を含んだTxPower MCEを送信する。このように、UE(B)100−2は、UE(A)100−1に無線信号を送信する際、送信電力をUE(B)100−2に通知する。また、UE(B)100−2は、データ2と共に、UE(A)100−1から前回受信したデータ1についてのHARQ Ack/Nackの情報を含んだHARQ Ack/Nack MCEを送信する。
UE(A)100−1は、UE(B)100−2からのデータ2を受信すると、該受信の受信電力を測定する。また、UE(A)100−1は、測定した受信電力と、データ2と共に送信されたTxPower MCEが示す送信電力と、の差分に基づいて、UE(B)100−2に対して次回送信を行う際の送信電力を決定する。
ステップS44において、UE(A)100−1は、UE(B)100−2に対して、データ3を送信する。UE(A)100−1は、データ3の送信と共に、該送信の送信電力の情報を含んだTxPower MCEを送信する。また、UE(A)100−1は、データ3と共に、UE(B)100−2から前回受信したデータ2についてのHARQ Ack/Nackの情報を含んだHARQ Ack/Nack MCEを送信する。
このような処理の繰り返しにより、D2D通信における送信電力制御及び再送制御が行われる。
ただし、UE(A)100−1及び/又はUE(B)100−2の移動により、UE(A)100−1とUE(B)100−2との間の距離が長くなると、D2D通信における送信電力が大きくなる。本実施形態では、D2D通信における送信電力が最大送信電力を超える場合には、D2D通信を中止し、セルラ通信に切り替えるよう制御する。
図15は、D2D通信における送信電力が最大送信電力を超える場合のシーケンス図である。
図15に示すように、ステップS51において、eNB200は、D2D通信において許容される最大送信電力を示す最大電力情報をブロードキャストチャネル(BCCH)上で送信する。詳細には、eNB200は、最大電力情報をマスタ情報ブロック(MIB)又はシステム情報ブロック(SIB)に含めて送信する。UE(A)100−1及び/又はUE(B)100−2は、D2D通信を開始する際に、eNB200からの最大電力情報を取得して記憶する。
ステップS52において、UE(A)100−1及びUE(B)100−2は、D2D通信を行う。ここで、UE(A)100−1が、D2D通信における送信電力が最大送信電力を超えることを検知したと仮定して、説明を進める。
ステップS53において、UE(A)100−1は、D2D通信における送信電力が最大送信電力を超える旨をeNB200に通知する。言い換えると、UE(A)100−1は、D2D通信をセルラ通信に切り替えるようeNB200に要求する。
ステップS54において、eNB200は、D2D通信をセルラ通信に切り替えるようUE(A)100−1及びUE(B)100−2に指示するとともに、セルラ通信用の無線リソース割当を行う。
ステップS55及びS56において、UE(A)100−1及びUE(B)100−2は、D2D通信をセルラ通信に切り替える。
本実施形態に係る送信電力制御によれば、D2D通信における送信電力を適切に制御できる。
(3.4)D2D通信の干渉回避動作
本実施形態では、D2D通信がセルラ通信又は他のD2D通信からの干渉を受ける場合には、無線リソース割当の変更により干渉を回避する。
本実施形態では、D2D通信がセルラ通信又は他のD2D通信からの干渉を受ける場合には、無線リソース割当の変更により干渉を回避する。
図16及び図17は、本実施形態に係る干渉回避動作を説明するための図である。図16及び図17において、UE(1A)100−1及びUE(1B)100−2のペアはD2D通信を行っており、UE(2A)100−3及びUE(2B)100−4のペアもD2D通信を行っている。ここで、各D2D通信に使用される無線リソースは同一であり、相互に干渉の影響を受けていると仮定する。
図16に示すように、UE(1A)100−1は、受信障害を検出すると、D2D通信中の受信障害に関する障害通知をeNB200に送信する。受信障害とは、受信タイミングにおいて受信に失敗した(具体的には、受信データを復号できない)ことを意味する。障害通知は、UE(1A)100−1の識別子と、D2D通信中である旨の情報と、を含む。なお、UE(1A)100−1は、受信障害の原因である他のD2D通信ペアからの干渉波を受信及び復号できるのであれば、該他のD2D通信ペアを干渉源と判断し、該他のD2D通信ペアに関する情報を障害通知に含めてもよい。
また、UE(2A)100−3も同様に、受信障害を検出すると、D2D通信中の受信障害に関する障害通知をeNB200に送信する。障害通知は、UE(2A)100−3の識別子と、D2D通信中である旨の情報と、を含む。なお、UE(2A)100−3は、受信障害の原因である他のD2D通信ペアからの干渉波を受信及び復号できるのであれば、該他のD2D通信ペアを干渉源と判断し、該他のD2D通信ペアに関する情報を障害通知に含めてもよい。
eNB200は、UE(1A)100−1及びUE(1B)100−2からなるD2D通信ペアと、UE(2A)100−3及びUE(2B)100−4からなるD2D通信ペアと、からそれぞれ障害通知を受信すると、各D2D通信ペアが同一の無線リソースをD2D通信に使用しているか否かを判断する。
図17に示すように、eNB200は、各D2D通信ペアが同一の無線リソースをD2D通信に使用していると判断すると、各D2D通信ペアが相互に干渉の影響を受けていると判断し、一方のD2D通信ペアの無線リソースの割当を変更する。例えば、eNB200は、UE(1A)100−1及びUE(1B)100−2からなるD2D通信ペアに対して、異なる無線リソースを割り当て直す。これにより、D2D通信の干渉が回避される。
(4)その他の実施形態
この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
上述した実施形態では、D2D通信の可否を判断する主体がMME/S−GW300であったが、eNB200がD2D通信の可否を判断してもよい。
上述した実施形態では、無線リソース割当方法を決定する主体がeNB200であったが、MME/S−GW300が無線リソース割当方法を決定し、その結果をeNB200に通知してもよい。また、上述した実施形態では、アプリケーションの識別子に基づいて無線リソース割当方法を決定する一例を説明したが、アプリケーションの識別子に代えて、アプリケーションに要求される通信品質(すなわち、QoS)の識別子を使用してもよい。このようなQoSの識別子は、QCI(QoS Class Identifier)と称される。
上述した実施形態では、eNB200は、D2D通信において許容される最大送信電力を示す最大電力情報をブロードキャストチャネル(BCCH)上で送信していたが、最大電力情報をUE100個別に送信してもよい。この場合、eNB200は、自身とUE100との間の伝搬損失に応じて、D2D通信において許容される最大送信電力を決定することが好ましい。例えば、eNB200とUE100との間の伝搬損失が小さいほど、D2D通信において許容される最大送信電力を小さくするよう決定する。
なお、米国仮出願第61/656210号(2012年6月6日出願)の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
以上のように、本発明は、D2D通信を適切に制御できるので、セルラ移動通信などの無線通信分野において有用である。
Claims (5)
- ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートするセルラ移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、
基地局が、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの識別子をユーザ端末から取得するステップと、
前記基地局が、前記端末間通信に使用されるアプリケーションの識別子と前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性とを対応付けたテーブルと、前記ユーザ端末から取得した前記アプリケーションの識別子とに基づいて把握したアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定するステップを含むことを特徴とする通信制御方法。 - 前記決定するステップにおいて、前記基地局は、前記アプリケーションによるトラフィックが低負荷かつ一時的である場合に、他の端末間通信と共用される無線リソースを前記端末間通信に割り当てるよう決定することを特徴とする請求項1に記載の通信制御方法。
- 前記決定するステップにおいて、前記基地局は、前記アプリケーションによるトラフィックが高負荷かつ連続的である場合に、専用の無線リソースを前記端末間通信に周期的に割り当てるよう決定することを特徴とする請求項1に記載の通信制御方法。
- 前記決定するステップにおいて、前記基地局は、前記アプリケーションによるトラフィックが、高負荷かつ連続的、なおかつ低遅延を要求する場合に、前記端末間通信に対して、専用の無線リソースを、周期的に、かつ繰り返し送信が可能になるよう割り当てるよう決定することを特徴とする請求項1に記載の通信制御方法。
- ネットワークとの無線接続を確立した状態のユーザ端末間で行うことができる直接的な無線通信である端末間通信をサポートする移動通信システムにおいて用いられる基地局であって、
前記端末間通信に使用されるアプリケーションの識別子をユーザ端末から取得する処理と、
前記端末間通信に使用されるアプリケーションの識別子と前記端末間通信に使用されるアプリケーションの特性とを対応付けたテーブルと、前記ユーザ端末から取得した前記アプリケーションの識別子とに基づいて把握したアプリケーションの特性に応じて、前記端末間通信における無線リソースの割当方法を決定する処理と、を行うプロセッサを備えることを特徴とする基地局。
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