JP2005532711A - コンテンションベースのワイヤレスアクセスの制御方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、コンテンションベースの通信チャネルへのアクセスを制御する方法である。通信チャネルを通じて送信された通信信号のエラータイプが分類され、個々のエラータイプが発生する率を制御するために、通信チャネルの対応するパラメータがその分類に応じて調整される。

Description

[発明の背景]
本発明は、ワイヤレス通信システムに関する。より詳細には、本発明は、通信システムにおけるコンテンション(競合)ベースのワイヤレスアクセスの制御に関する。
図1は、時分割二重(TDD)または周波数分割二重(FDD)通信システム18の単純化されたワイヤレススペクトル拡散符号分割多元接続(CDMA)を示している。システム18は、複数のノードB26、32、34、複数の無線ネットワークコントローラ(RNC)36、38、40、複数のUE(ユーザ機器)20、22、24およびコアネットワーク46を備える。複数のノードBは、複数のRNC36、38、40に接続され、これらがさらにコアネットワーク46に接続される。各ノードB26、32、34は、それに関連するユーザ機器(UE)20、22、24と通信する。データ信号は、UEとノードBの間で、同じ拡散スペクトルを通じて通信される。共用されるスペクトル内の各データ信号は、固有のチップ符号系列(chip code sequence)で拡散される。受信時に、チップ符号系列のレプリカ(複製)を用いて、特定のデータ信号が回復される。
CDMAシステムとの関連では、信号は、それらのチップ符号系列(符号)によって区別され、異なる符号を用いて別々の通信チャネルが作成される。ノードBからUEへの信号はダウンリンクチャネルで送信され、UEからノードBへの信号はアップリンクチャネルで送信される。
多くのCDMAシステムでは、一部のアップリンク(上り回線)通信のためにランダムアクセスチャネル(RACH)が用いられる。RACHは、複数のUEからのデータパケットを伝達することが可能である。各パケットは、タイムスロットおよび符号の組合せによって区別できる。ノードBによる検出のため、パケットは、当該パケットを他のパケットからも区別する系列(sequence)を有する。RACHは、コンテンションベースのアップリンクトランスポートチャネルであり、UEからの制御情報を伝達することができる。これによって、ノードBとの初期コネクションを設定することにより、例えば、UEを電源投入後にネットワークに登録し、または位置更新を実行し、または発呼する。送信は、反復フレーム(repeating frame)を用いて行われる。各フレームは複数のタイムスロット(例えば15個のタイムスロット)を有し、通常は、フレーム当たり1個または2個のタイムスロットのみがRACH専用である。パケットがRACHを通じて送信される場合は、複数フレームの間持続することもある。しかし、それらのフレームは必ずしも連続していない。というのは、UEがRACHにアクセスするレートを制御するために、それぞれの送信どうしの間にバックオフプロセス(back-off process)を実行しなければならないからである。
UEは、RACH送信を試み、N個の符号識別子のうちの1つ(例えば、TDD CDMAシステムでは、8個のミッドアンブル(midamble)のうちの1つ)を用いてタイムスロットを選択する。同じスロットにおいて同じミッドアンブルで送信している他のUEがなく、十分な送信パワーがある場合は、UEのRACH送信は成功する。同じスロットにおいて同じミッドアンブルで別のUEが送信している場合は、それら送信は両方とも失敗する。この送信エラーはコリジョン(衝突)エラーとして知られている。一般に、ワイヤレスシステムにおいて複数のUEが同じチャネルを用いて送信を行う場合にはいつでも、コリジョンが発生する。送信パワー不足の場合には別のタイプの送信エラーが発生する。必要なパワーは一般に、チャネル、干渉、および同じスロット内の他のPRACH送信に左右される。
一部の通信システム(例えば3GPPシステムの場合)では、送信エラーが発生したことをUEが認識し、失敗したパケットを再送することに決めるまでに、比較的長い遅延(数秒程度)がある。したがって、RACHの推奨される動作条件は、コリジョンや送信パワー不足によるエラーがほとんどないほうに偏らせるのが好ましい。失敗したパケットは、動作モードに応じて、データリンクレイヤ2(L2)またはデータリンクレイヤ3(L3)で再送されることが可能である。
無線アクセスネットワークは、どのRACH符号が送信されたか、より一般的にはどのチャネルが送信されたかに関する事前情報を持たない。送信されたトランスポートブロックセット(TBS)すなわちバーストの検出が受信機で実行されるが、受信機では、検出された符号を用いて送信をしたUEの個数は未知である。RACH送信エラーの場合は、その原因は不明のままとなる。エラーは、符号コリジョンの結果かもしれないし、送信パワー不足の結果かもしれない。
RACHの飽和(集中)を避けるためにRNCによって設定される動的持続性(dynamic persistence, DP)のパラメータが規定されている。DPレベル(DPL)がノードBからUEへブロードキャストされ、UEは、DPの関数として、RACHタイムスロットへの自己のアクセスレートを調整する。また、RNCで管理され、RACH送信のパワーを決定するためにUEによって使用されるRACH定数値(CV)パラメータが規定されている。
現在のシステムでは、コリジョンエラーおよび送信パワー不足エラーを避けるために、あるいは別法として、所定のターゲットコリジョンエラーおよびターゲット送信パワー不足エラーの確率を維持するために、DPパラメータ、RACH CVパラメータ、および他のパラメータが設定され調整される。DPパラメータはノードBで生成され、RACH CVはRNCで生成される。
これらのパラメータを制御する従来技術の方法は、個別のシステムフレーム(システム枠)に対して、タイムスロット内でのUE送信の成功の数および失敗の数を利用している。別の従来技術の方法は、これらのパラメータをUEへブロードキャストして、UEがそれに従って自己のアップリンク送信を調整する。しかし、これらのパラメータを適切に制御することは困難である。というのは、それらがノードBおよびRNCで別々に生成されるからであり、また、送信エラーの原因が未知のままであるからである。
したがって、コンテンションベースのチャネルにおけるパラメータを制御する方法において、送信エラーの原因が特定され、このようなエラーが発生するレートが特定され、ノードBでパラメータを調整することによって制御されるような、改善された方法が必要とされている。
[概要]
本発明は、チャネルがアクセスされるレートを制御する移動機(携帯電話)へDPLがブロードキャストされ、送信パワーを制御するための方法が利用可能であるような、任意のタイプのコンテンションベースの通信チャネル(例えば時分割多元接続(TDMA)システム)に対するアクセスを制御する方法である。通信チャネルを通じて送信された通信信号のエラータイプが分類され、所定のエラーレベルを維持するために、通信チャネルの対応するパラメータがその分類に応じて調整される。
[好ましい実施形態の詳細な説明]
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図中、全体を通じて、同一番号は同一要素を表す。
図2に、本発明の制御プロセス50を示す。制御プロセス50の目的は、ランダムアクセスチャネル(RACH)または物理ランダムアクセスチャネル(PRACH)を通じてのアップリンク送信に対して満足のいく遅延およびスループット特性を維持することである。これは、チャネライゼーション(channelization)符号コリジョンおよび送信パワー不足による送信エラー数が、ある許容レベルにとどまることを確保することによって達成される。プロセス50は、符号コリジョンの原因と送信パワー不足の原因に個別に対処する。送信エラーの原因および頻度を判定することにより、必要であれば、適切なパラメータを調整して、エラーのレートが所定範囲に入ることを保証することができる。
プロセス50は、RACHトランスポートブロックセット(TBS)の受信によって開始される(ステップ52)。送信された符号の検出は、ノードB受信機において、ミッドアンブル検出および符号ルックアップ(コード検査)により実行される。受信された各RACH TBSに対して、巡回冗長検査(CRC)を実行する(ステップ54)。なお、CRCが好ましいが、送信エラーを検出するためにいかなる他の方法を用いてもよいことに留意すべきである。CRCは、好ましくは、ノードBで実行される。CRCエラーがない場合は、受信されたRACH TBSを、成功したアクセス試行として記録する(ステップ58)。他方、エラーがある場合は、エラーのタイプをステップ56で分類してから、ステップ58で記録する。
図3に、発生したエラーのタイプを分類するためにステップ56で実行されるプロセス(処理手順)を示し、全体を参照番号70で表す。最初のステップ72で、エラーのあるTBSの信号対干渉比(SIR)を求める。好ましくは、以下で説明するように、SIRを動的しきい値Tと比較することにより、送信エラーの原因を特定する。しかし、プロセス56においてSIRの代わりに受信信号符号パワー(RSCP)を用いてもよいことに留意すべきである。
エラー分類プロセスが実行されるのが初回である場合は、Tの所定値を用いる(ステップ74)。後続のサイクルの場合は、Nフレームごとに、前に分類されたエラーのSIR値を用いてTの値を更新する(ステップ76)。Nの値は、PRACH上のトラフィック(データ転送量)のレベルを考慮に入れるように調整してもよい。Tの値を、ステップ78で特定し、ステップ80でSIRと比較する。SIRがTよりも大きい場合は、送信エラーの原因は符号コリジョンであると判定される(ステップ82)。SIRがT以下である場合は、送信エラーの原因は送信パワー不足であると判定される(ステップ84)。Tよりも大きい値を有し、したがって符号コリジョンエラーに対応するSIRを、便宜上、SIRCOLLで表す。同様に、T以下の値を有し、したがって送信パワー不足エラーに対応するSIRを、同じく便宜上、SIRTxPwrで表す。ステップ86で、それぞれのエラーのSIR値を、エラータイプに従って記憶する。
上記で簡単に述べたように、Tの値は、前に分類されたエラーのSIR値(SIRCOLLおよびSIRTxPwr)を用いて更新される。ステップ86で記憶された、前に計算されたTの値は、ステップ88で更新を必要されたときに、ステップ76でTの値を更新するために、送信される。具体的には、Tは、ステップ76で次式に従って更新される。
Figure 2005532711
ここで、σCOLLおよびσTxPwrはそれぞれSIRCOLLおよびSIRTxPwrの標準偏差を表す。更新されたしきい値は、SIRCOLLおよびSIRTxPwrの両方に対して記憶されているSIR値の平均間の中点を、それらの分散で重み付けしたものに相当する。
再び図2を参照すると、ステップ56(エラー分類)で計算されたSIR値を、ステップ58で使用することにより、送信パワー不足のため、および符号コリジョンのためにアクセス試行が失敗したRACH機会(opportunity)数を記録する。成功試行数に加えて、これらの統計量をNフレームにわたって収集することにより、要望通り以下のものが分かる。
・アクセス試行が成功したRACHアクセス機会数、すなわち、CRCエラーがなかったアクセス機会数。
・PRACH符号コリジョンのためにアクセス試行が失敗したRACHアクセス機会数、すなわち、ステップ56で発生したSIRCOLLの数。
・送信パワー不足のためにアクセス試行が失敗したRACHアクセス機会数、すなわち、ステップ56で発生したSIRTxPwrの数。
ステップ58での情報は、Nフレームのウィンドウにわたって集計され、ステップ60で、以下の統計量を計算するために用いられる。
・RSUCCESS。これは、Nフレームにわたって測定された、アクセス機会当たりの成功アクセス試行(attempt)の割合である。
・RCOLL。これは、Nフレームにわたって測定された、PRACH符号コリジョンによるアクセス機会当たりの失敗アクセス機会の割合である。
・RTxPwr。これは、Nフレームにわたって測定された、送信パワー不足によるアクセス機会当たりの失敗アクセス機会の割合である。
ステップ62で、必要に応じて適切なパラメータを調整することにより、RCOLLおよびRTxPwrが許容レベル内にとどまることを保証する。図4に、コリジョンエラーおよびパワーエラーの許容レベルを維持するためにステップ62で実行されるプロセスを示し、全体を参照番号100で表す。一般に、プロセス100は、所定の範囲(値域)に関してRCOLLおよびRTxPwrの値を評価し、必要であれば、RCOLLおよびRTxPwrを制御することが可能なパラメータを調整することにより許容エラー率を維持する。
具体的には、RCOLLおよびRTxPwrを受信した後(ステップ102)、RCOLLを評価する(ステップ104)。RCOLLが所定の最小値RCOLL_minよりも小さい場合は、RCOLLを制御することが可能なパラメータを好ましくは1だけ減少させることにより、RCOLLが増大することを可能にする(ステップ106)。RCOLLが所定の最大値RCOLL_maxよりも大きい場合は、同じパラメータを好ましくは1だけ増大させることにより、RCOLLを減少させる(ステップ108)。RCOLLがRCOLL_minとRCOLL_maxの範囲内にある場合は、そのパラメータを不変のままとする(ステップ109)。
COLLを制御するための好ましいパラメータはDPLであり、DPLは好ましくはノードBで制御される。現在のUTRANアーキテクチャ(衛星ユニバーサル移動体通信システム無線接続網アーキテクチャ)によれば、ノードBは、SIB7のようなある特定のシステム情報ブロック(SIB)の内容を生成し、これがDPLを生成することにより、ノードBでDPLを、したがってRCOLLを制御することを可能にする。DPLは、次式に従って、プロセスの後続の実行ごとに更新される。
PL=min(max(PL+ΔPL,PLMIN),,PLMAX) 式(2)
ここで、PLは持続性レベルを表し、ΔPLは持続性レベルの変化を表し、PLMINおよびPLMAXはそれぞれPLの最小値および最大値を表す。
再び図4を参照すると、次のステップ110で、RTxPwrを評価する。RTxPwrが所定値RTxPwr_minよりも小さい場合は、RTxPwrを制御することが可能なパラメータを好ましくは1だけ減少させることにより、RTxPwrが増大することを可能にする(ステップ112)。RTxPwrが所定の最大値RTxPwr_maxよりも大きい場合は、同じパラメータを好ましくは1だけ増大させることにより、RTxPwrを減少させる(ステップ114)。RTxPwrがRTxPwr_minとRTxPwr_maxの間にある場合は、そのパラメータを不変のままとする(ステップ116)。
TxPwrを制御するための好ましいパラメータはパワーオフセット(power offset)であり、これにより、UE送信パワーをノードBでDPLとともに制御することが可能となる。IBTSパラメータが、ノードBにおいてSIB14でブロードキャストされるIE「個別タイムスロット干渉」に対応する。通常、IE「個別タイムスロット干渉」(individual timeslot interference)の値は、ノードB受信機で測定されるタイムスロット当たりの干渉信号符号パワー(ISCP)に対応するはずである。しかし、RACHタイムスロットがRACH送信専用であると仮定すると、パワーオフセットを次式のように加えることができる。
IBTS=ISCP+パワーオフセット 式(3)
これによって、パワーオフセットは、送信パワーおよび対応するRTxPwrにおける増減を決定する。IEを表すISCPにパワーオフセットを加えることによりUE送信パワーを制御することで、移動機をだまして、ノードBで測定される干渉レベルとは異なる干渉レベルを克服することを試みることによって、送信パワーを増減させるようにすることができる。この場合も、パワーオフセットを調整することによって、RTxPwrを調整することができる。SIB14を通じてUE送信パワーを制御することの主な利点は、これがDPLとともにノードBで実行可能なことである。パワーオフセットを使用する二次的な利点として、UE送信パワーの変化は、RNCではなく、ノードBで管理されているので、より迅速に更新可能であるということがある。その結果、システムは、UE送信パワーの必要な変化に、より迅速に反応することができる。
パワーオフセットは次式に従って更新される。
TxPwr=min(max(TxPwr+ TxPwr,TxPwrMIN),TxPwrMAX) 式(4)
ここで、TxPwrは送信パワーレベルを表し、 TxPwrは送信パワーレベルの変化を表し、TxPwrMINおよびTxPwrMAXはそれぞれTxPwrの最小値および最大値を表す。
パラメータ制御プロセス100は、NフレームにわたりRACH統計量を収集し、その時点で更新されるRACHパラメータが示唆される。プロセス100の出力は、上記で説明したように、更新されたDPLおよび更新されたパワーオフセットであるが、これらはNフレームごとに提供される。パラメータ制御プロセス100の実行周期Nは、一般に、25〜100フレームの範囲にある。ウィンドウサイズの選択は、プロセスのパフォーマンスに大きな影響を及ぼす。プロセス100はNフレームごとに実行されるので、Nは、プロセス100がRACH負荷の急速な変化に即座に応答することができるくらいに小さくすべきである。他方、Nは、RACH統計量が十分に平均化されるくらいには大きくすべきである。RACH統計量の突発的(散発的)な挙動は、理論的な統計量との比較の際に有害である。
再び図3を参照すると、Tを更新するための好ましい方法について式1に関連して説明したが、Tはさまざまな方法で更新可能なことに留意することが重要である。Tを更新することが可能な方法のさらなる例としては以下のものがある。まず、しきい値は、エラーのないRACHバーストの受信後に更新してもよい。エラーのないバーストのSIRまたはRSPがしきい値Tよりも小さい場合は、しきい値を だけ減少させる。エラーのないバーストのSIRまたはRSPがしきい値Tよりも大きい場合は、しきい値を だけ増大させる。しきい値の増分 および減分 は、一定でも、時間とともに変化しても、他の条件とともに変化してもいずれでもよい。例えば、しきい値は、測定されたSIRとしきい値Tの差の関数であってもよい。
さらに、送信エラーの原因を判定する際にRACHタイムスロットで送信された符号の数を考慮することが可能である。受信符号数が増大すると、検出成功に必要なSNRは上昇するはずである。異なる送信符号数に対して異なるしきい値を設定してもよい。さらに、タイムスロット内の送信符号数に依存する補正ファクタをしきい値Tに加えてもよい。
最後に、RACHを通じての送信に開ループパワー制御を使用するシステムでは、比較しきい値Tを決める際にパワー制御パラメータを考慮することを提案する。例えば、RACHに対するパワー制御式が式3に示されるようなUTRA TDDシステムを考える。UE送信パワーの計算には、IBTS項が必要である。IBTS項は、SIB14が最後に取得された時に測定されるISCPに基づく。現在のタイムスロットのISCP測定値は、IE「個別タイムスロット干渉」を生成するために用いられたISCP測定値とは異なる可能性が高い。現在のタイムスロットISCPは、IE「個別タイムスロット干渉」を生成するために用いられたISCP測定値とともに使用可能である。また、エラーのあるRACHバーストおよびエラーのないRACHバーストの両方に対するSIR測定値は、その2つのISCP測定値の間の差で正規化してもよい。
以上、本発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の思想および範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが理解されるべきである。本発明の思想および範囲は特許請求の範囲によって規定される。
時分割二重(TDD)または周波数分割二重(FDD)通信システムの従来技術の単純化されたワイヤレススペクトル拡散符号分割多元接続(CDMA)を示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるコンテンションベースのワイヤレスアクセスシステムのための制御プロセスを示す流れ図である。 本発明の好ましい実施形態によるRACHエラー分類プロセスを示す流れ図である。 本発明の好ましい実施形態によるRACHパラメータ制御プロセスを示す流れ図である。

Claims (20)

  1. コンテンションベースの通信チャネルへのアクセスを制御する方法であって、
    前記通信チャネルを通じて送信された通信信号を受信するステップと、
    送信エラーが発生したかどうかを特定するためにエラー検出テストを実行するステップと、
    エラータイプに従って、特定されたエラーを分類するステップと、
    各エラータイプの頻度を計算するステップと、
    各エラータイプに対する所定の発生率を維持するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記エラー検出テストが巡回冗長検査であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記分類がしきい値テストを使用し、該しきい値テストは信号対干渉比を動的しきい値と比較することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記動的しきい値が、前に分類されたエラーの信号対干渉比の値を用いて更新されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 前記分類がしきい値テストを使用し、該しきい値テストは受信信号符号パワーを動的しきい値と比較することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記特定されたエラーのタイプが、コリジョンエラーおよび送信パワー不足エラーであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記コリジョンエラーおよび送信パワー不足エラーに対する所定の発生率が、前記通信チャネルの少なくとも1つのパラメータを調整することによって維持されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. ユーザ機器の送信パワーが、送信パワー不足エラーの発生率を制御するために送信パワーパラメータを調整することによって調整されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 前記送信パワーパラメータが、パワーオフセットと干渉信号符号パワーの和であり、該干渉信号符号パワーが、個別タイムスロット干渉の値に対応することを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 動的持続性レベルパラメータが、前記コリジョンエラーの発生率を制御するために調整されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  11. コンテンションベースの通信チャネルへのアクセスを制御する方法であって、
    前記通信チャネルを通じて送信された通信信号のエラータイプを分類するステップと、
    個々のエラータイプが発生する率を制御するために、前記分類に応じて、前記通信チャネルのパラメータを調整するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  12. 前記分類がしきい値テストを使用し、該しきい値テストは信号対干渉比を動的しきい値と比較することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記分類がしきい値テストを使用し、該しきい値テストは受信信号符号パワーを動的しきい値と比較することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  14. 通信チャネルを通じて送信された通信信号のエラータイプを分類する方法であって、
    エラーを有するトランスポートブロックセットの信号対干渉比を決定するステップと、
    前記エラーが送信パワー不足エラーであるか、それともコリジョンエラーであるかを判定するために、前記信号対干渉比を所定しきい値と比較するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  15. 前記エラーの原因は、前記信号対干渉比が前記しきい値以下である場合に、送信パワー不足であり、前記信号対干渉比が前記しきい値よりも大きい場合に、コリジョンであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 送信パワー不足エラーが発生する率を制御するために通信チャネルのパラメータを調整する方法であって、
    ランダムアクセスチャネルトランスポートブロックセットの受信中に発生する送信パワー不足エラーの率を計算するステップと、
    前記送信パワー不足エラーの率が所定範囲内に入るように送信パワーパラメータを調整するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  17. 前記送信パワーパラメータは、前記送信パワー不足エラーの率が所定最大値よりも大きい場合に増大させられ、前記送信パワー不足エラーの率が所定最小値よりも小さい場合に減少させられることを特徴とする請求項16に記載の方法。
  18. コリジョンエラーが発生する率を制御するために通信チャネルのパラメータを調整する方法であって、
    ランダムアクセストランスポートブロックセットの受信中に発生するコリジョンエラーの率を計算するステップと、
    前記コリジョンエラーの率が所定範囲内に入るように動的持続性レベルパラメータを調整するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  19. 前記動的持続性レベルパラメータは、前記コリジョンエラーの率が所定最大値よりも大きい場合に増大させられ、前記コリジョンエラーの率が所定最小値よりも小さい場合に減少させられることを特徴とする請求項18に記載の方法。
  20. 前記動的持続性レベルがノードBで調整されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
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