JP2009130895A

JP2009130895A - 基地局装置及びレンジング方法

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Publication number: JP2009130895A
Application number: JP2007306997A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Tanaka; 義三田中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP4702353B2

Abstract

【課題】無線資源の利用効率を悪化するのを抑制しつつ、状況に応じて適正なレンジングを行うことができる基地局装置、及びレンジング方法を提供する。
【解決手段】本発明の基地局装置１０は、ＭＳ２０から送信されたレンジングコードの受信数をカウントするカウント部１５ａと、レンジングコードをＢＳ１０に送信するためのレンジング領域Ｒの大きさを、受信数に応じて設定するレンジング領域設定部１５ｂと、設定された大きさのレンジング領域Ｒの割り当て情報であるレンジング領域割当情報をＭＳ２０に送信する通信制御部１５ｃとを有している。レンジング領域設定部１５ｂは、レンジングコードの受信数が増加すると、レンジング領域Ｒを拡張し、レンジングコードの受信数が減少すると、レンジング領域Ｒを縮小するようにレンジング領域Ｒの大きさを設定する
【選択図】図２

Description

本発明は、広帯域移動無線通信システムなどに用いられる無線通信システム用の基地局装置、及びレンジング方法に関するものである。

近年、広範囲なエリアを無線でカバーして高速ブロードバンドサービスを提供することができる通信システムとして、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６に規定されるいわゆる「ＷｉＭＡＸ」と呼ばれる広帯域移動無線通信システム（ＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍ、以下、ＢＷＡシステムともいう）が、注目されている。
上記ＢＷＡシステムは、基地局装置と、この基地局装置との間で無線通信を確立する複数の移動端末とを有しており、前記基地局装置は、前記移動端末に対して、広帯域の無線通信サービスを提供する。
上記ＢＷＡシステムでは、基地局装置と、移動端末との間で信号出力や信号タイミングを同期させるためのレンジングが行われる。このレンジングには、移動端末がネットワークにエントリする際に行われるイニシャルレンジングの他、接続状態にある移動端末が定期的に行う定期的レンジング、ハンドオーバ時に行われるハンドオーバレンジングが規定されている。
このレンジングは、移動端末がレンジングを行うためのＣＤＭＡレンジングコード（以下、レンジングコードともいう）を基地局装置に対して送信し、これを受信した基地局装置が移動端末に信号出力等の調整を行わせるための命令を含んだレンジング応答メッセージを送信することで行われる。

図８は、イニシャルレンジングの手順を示す図である。基地局装置は、下りサブフレーム中の領域構成情報を含む下りサブフレーム割当情報（ＤＬ−ＭＡＰ）、及び、上りサブフレーム中の領域構成情報を含む上りサブフレーム割当情報（ＵＬ−ＭＡＰ）を、複数の移動端末に対してブロードキャスト送信している（ステップＳ５０１）。ここで、前記上り通信フレームには、ＣＤＭＡレンジングコードを送信するためのレンジングスロットを含むレンジング領域が割り当てられており、ＵＬ−ＭＡＰには、このレンジング領域の割当情報が含まれている。また、基地局装置は、上りの物理チャネル情報を含むＵＣＤ（ＵｐｌｉｎｋＣｈａｎｎｅｌＤｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）も送信している。このＵＣＤには、上記レンジングコードを生成するための生成パラメータ等が含まれている。

ネットワークにエントリするために所定の基地局装置との間で通信を行うことを決定した移動端末は、基地局装置が送信する上記各情報を取得する。そして、その各情報に基づいて、イニシャルレンジングのためのイニシャルレンジングコードを生成するとともに（ステップＳ５０２）、上記レンジング領域の割当情報に基づいて特定されるレンジングスロットをランダムに選択し、この選択したレンジングスロットを用いてレンジングコード（Ｃｏｄｅ）を基地局装置に対して、ＢＰＳＫ変調方式によって送信する（ステップＳ５０３）。また、移動端末は、後述のレンジング応答メッセージを受信するまで、電力を増加させつつレンジングコードの送信を繰り返す。
移動端末からのレンジングコードを受信した基地局装置は、受信したレンジングコードのレンジングコードの値、移動端末の送信出力等を調整させるための調整パラメータ、及びレンジングが完了したか否かを移動端末に通知するための情報である「ｓｔａｔｕｓ」を含んだレンジング応答メッセージ（ＲＮＧ＿ＲＳＰ）を送信する（ステップＳ５０４）。

移動端末は、レンジング応答メッセージを受信すると、このメッセージに含まれているレンジングコードの値に関する情報を参照し、このレンジングコードの値と、自身が送信時に用いたレンジングコードの値とが一致しているか否かによって、自身に対して送信されたメッセージであることを認識し、この調整パラメータに基づいて送信条件の調整を行う。移動端末は、送信条件を調整した後、再度、レンジングコードを基地局装置に対して送信する（ステップＳ５０５）。
上記ステップＳ５０４及びＳ５０５を繰り返すことにより、レンジングが行われ、基地局装置は、調整パラメータを移動端末に送信することで当該移動端末の送信条件を同期させる。このとき基地局装置は、レンジングを継続すると判断する場合、上記「ｓｔａｔｕｓ」を「ｃｏｎｔｉｎｕｅ」としてレンジング応答メッセージを送信する。一方、各送信条件の同期が完了し、レンジングを終了すると判断する場合、「ｓｔａｔｕｓ」を「ｓｕｃｃｅｓｓ」としてレンジング応答メッセージを送信する（ステップＳ５０６）。これを受信した移動端末は、レンジングコードの送信を停止し、レンジングを終了する。なお、移動端末が行う上記レンジングコードの送信は、コンテンション方式によって行われる。
その後、基地局装置は、このレンジングを終えた移動端末に対して、上り通信領域における割り当て情報の送信や、基本接続識別子等の割り当てを行い、この移動端末について上り通信フレーム上の登録を行い、当該基地局装置によって管理される。その後の通信は、基地局装置によって当該移動端末のみに割り当てられる通信資源を用いて行われる（例えば、非特許文献１参照）。

服部武、藤岡雅宣、"改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書高速ＩＰワイヤレス編"、初版、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００６年６月２１日、ｐ．１７７−１８１

レンジングにおいて、移動端末のレンジングコードの送信には、上述のようにコンテンション方式が採用されている。不特定多数の移動端末が基地局装置に向けてレンジングコードを送信するからである。移動端末はレンジングコードを送信するためのレンジングスロットをランダムに選択するため、複数の移動端末が同時に一つの基地局装置にレンジングコードを送信すると、一つのレンジングスロットを複数の移動端末が用いることよるコリジョンが生じる。
ここで、前記レンジング領域に含まれるレンジングスロット数が、レンジングコードを送信している移動端末数に対応した数になるように、当該レンジング領域が十分に大きく設定されていれば、たとえコリジョンが生じたとしても、複数の移動端末それぞれがレンジングを行うことを決定してから実際にレンジングが行われるまでに大きな遅延が生じることはなく、速やかにレンジングを行うことができる。

しかし、例えば、レンジング領域に含まれるレンジングスロットの数が、レンジングコードを送信している移動端末数に対して極端に少ないと、複数の移動端末それぞれにレンジングスロットが割り当てられる確率が低下し、コリジョンの発生によって、レンジングが行われるまでの時間に大きな遅延が発生するおそれが生じる。
このような場合、上述したように、レンジングスロットの数を増やすようにレンジング領域を大きく設定すれば、多数の移動端末がレンジングコードを送信してきたとしても、大きな遅延を生じさせることはない。

他方、上記のようにレンジングスロットの数を十分に増やすと、レンジング領域により多くのスロットを含ませることとなり、上り通信フレームにおけるレンジング領域が大きくなるので、上りユーザデータを送信するための領域が相対的に小さくなる。レンジング領域として割り当てられる領域は、レンジングコード以外の送信には使用されないので、多数の移動端末が同時にレンジングコードを送信してこないときには、レンジング領域を不必要に広く確保していることとなり、無線資源としての上り通信フレームの利用効率を悪化させるとともに、上りユーザデータ領域を小さくしたことによって、一通信フレーム当たりの上りデータ送信量が低下するという問題が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、無線資源の利用効率が悪化するのを抑制しつつ、状況に応じて適正なレンジングを行うことができる基地局装置、及びレンジング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、移動端末から送信されるレンジングコードを受信することでレンジングを行う基地局装置であって、前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信数をカウントするカウント部と、前記レンジングコードを前記移動端末が前記基地局装置に送信するためのレンジング領域の大きさを、前記カウント部がカウントする前記レンジングコードの前記受信数に応じて設定するレンジング領域設定部と、
設定された大きさのレンジング領域の割り当て情報を前記移動端末に送信する通信制御部と、を有し、前記レンジング領域設定部は、前記受信数が増加すると、前記レンジング領域を拡張し、前記受信数が減少すると、前記レンジング領域を縮小するように前記レンジング領域の大きさを設定することを特徴としている。

上記のように構成された基地局装置によれば、カウント部によってカウントされるレンジングコードの受信数が増加すると、レンジング領域を拡張し、この受信数が減少すると、レンジング領域を縮小するレンジング領域設定部を有しているので、移動端末から送信されたレンジングコードの受信数の増減に応じてレンジング領域の大きさを拡縮することができ、レンジング領域を動的に設定することができる。さらに通信制御部によって、この動的に設定されたレンジング領域の割り当て情報を移動端末に送信することができる。
すなわち、本発明の基地局装置によれば、レンジングを開始しようとしている移動端末から送信されるレンジングコードの受信数に基づいて、その状況に応じた必要な大きさのレンジング領域に設定することができる。この結果、多数のレンジングコードを同時に受信した場合において、レンジングを行うに際しての遅延が大きくなるのを防止でき、適正なレンジングを行うことができる。
その一方、レンジングコードの受信が相対的に少ない場合においては、上記のように、状況に応じた必要な大きさのレンジング領域に設定することで、レンジング領域を不必要に広く確保するのを防止でき、無線資源の利用効率が悪化するのを抑制できる。

また上記基地局装置において、前記カウント部は、前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信信号と、前記レンジングコードとして予め定められる複数の信号パターンそれぞれとの間の類似度を示す値に基づいて、前記レンジングコードを受信しているか否かを、前記複数の信号パターンごとに判定するとともに、受信していると判定された信号パターンの数を前記受信数としてカウントするものであってもよい。
この場合、レンジングコードの受信信号と、信号パターンとの間の類似度を示す値に基づいて、受信したと判定された信号パターンの数を受信数としたので、複数のレンジングコードが重複して送信されたとしても、それらを分離して受信したか否かを判定でき、その受信数をより高い精度でカウントすることができる。

また、本発明は、レンジングコードを送信する複数の移動端末と、前記移動端末から送信される前記レンジングコードを受信することで当該移動端末との間でレンジングを行う基地局装置と、を備えた無線通信システムにおけるレンジング方法であって、前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信数をカウントするコード受信数カウントステップと、前記レンジングコードを前記基地局装置に送信するためのレンジング領域の大きさを、前記レンジングコードの前記受信数が増加すると拡張し、前記受信数が減少すると縮小するように設定するレンジング領域設定ステップと、設定された大きさのレンジング領域の割り当て情報を、前記基地局から前記複数の前記移動端末に送信する送信ステップと、を有していることを特徴としている。

上記のように構成されたレンジング方法によれば、無線資源の利用効率を悪化するのを抑制しつつ、状況に応じて適正なレンジングを行うことができる。

以上のように、本発明の基地局装置、及びレンジング方法によれば、無線資源の利用効率が悪化するのを抑制しつつ、状況に応じて適正なレンジングを行うことができる。

〔通信システムの全体構成〕
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、広帯域移動無線通信システム（ＢＷＡシステム）の全体構成を示す図である。このＢＷＡシステムは、例えば、広帯域無線通信を実現するために直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式をサポートするＩＥＥＥ８０２．１６に規定される通信システム等が候補に挙がっており、多数の基地局装置１０（以下、ＢＳ１０ともいう）と、移動が可能な移動端末２０（以下、ＭＳ２０ともいう）とを有して構成される。
ＢＳ１０は、その周囲にＭＳ２０との間で無線通信可能な範囲であるセルＳを設定しており、このセルＳ内に位置するＭＳ２０に対して、無線通信による高速のブロードバンドサービスを提供する。また、セルＳは、隣接するセルＳと互いに重なり合うように設定されており、これら多数のセルＳによって、本ＢＷＡシステムのサービスエリア全体が構成されている。
通信が確立されているＢＳ１０とＭＳ２０との間では、所定の通信フレームにユーザデータを載せることで、当該情報の送受信が可能であり、ＭＳ２０は、この情報の送受信によって、外部のネットワークへのエントリーが可能となる。

〔基地局装置の構成〕
図２は、ＢＳ１０、及びＭＳ２０の構成を示したブロック図である。ＢＳ１０は、ＭＳ２０との間で無線通信を行うための信号を送受信するアンテナ１１と、このアンテナ１１によって、信号波の送受信を行うための送受信部１２と、送受信部１２によって送受信される信号波の変復調、及びＡ／Ｄ，Ｄ／Ａ変換等を行うための変複調部１３と、上位ネットワークと接続するための通信部１４と、これら各部の制御を行う制御部１５とを有している。

制御部１５は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ハードディスクやＲＯＭ）等を有するマイコンにより構成されており、ＢＳ１０がＭＳ２０との間で通信を確立するために必要な処理を行ったり、ＭＳ２０からの受信信号の通信フレームに含まれる受信情報を取り出して上位ネットワークに送信したり、上位ネットワークからＭＳ２０に送信される情報を通信フレームに載せる処理等を行う。
また、この制御部１５は、ＭＳ２０との間で上述のレンジングを実行するための機能を有するとともに、このレンジングの際にＭＳ２０から送信されるレンジングコードを受信した受信数をカウントするためのカウント部１５ａ、上りサブフレームにレンジング領域を設定するレンジング領域設定部１５ｂ、及びＭＳ２０との間の通信に関する制御を行う通信制御部１５ｃを機能的に有している。これら各機能部については、後に詳述する。
なお、ＢＳ１０とＭＳ２０との間で行われるレンジング及びその手順については、上記従来例で説明した通りであるので、説明を省略する。

〔移動端末の構成〕
上記ＢＳ１０と無線通信を行うＭＳ２０は、ＢＳ１０との間で信号を送受信するためのアンテナ２１と、このアンテナ２１が接続された通信部２２と、ＭＳ２０の機能を包括的に制御するための制御部２３と、ＢＳ１０とＭＳ２０との間で授受される情報の入出力を行うための入出力部２４，２５とを有している。
制御部２３は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ハードディスクやＲＯＭ）等を有するマイコンにより構成されており、通信部２２を制御することでＢＳ１０との無線通信を確立する処理を行ったり、この通信部２２により受信される受信信号の通信フレームからユーザデータを取り出して出力部２５に出力したり、入力部２４に入力されるユーザデータを通信フレームに乗せることで送信したりといった処理を行う。

また、制御部２３は、レンジングを行うことを決定し、ＢＳ１０に対してレンジングを要求するためのレンジングコードを生成、送信する機能を有している。また、制御部２３は、このレンジングコードに応じてＢＳ１０から送信されるレンジング応答メッセージを受信し、これに格納される調整パラメータの制御命令に基づいて、ＭＳ２０の信号出力や信号タイミングを調整する機能も有している。
このように、制御部２３は、ＢＳ１０との間で、レンジングを行うための機能を有している。

ＭＳ２０は、ネットワークにエントリするためにＢＳ１０との間で通信を行うことを決定すると、レンジングを行い、ＢＳ１０との間で通信を確立する。そして、ＢＳ１０から無線通信によるサービスを受けることで、外部のネットワークにエントリーが可能となり、外部とのユーザデータの授受が可能となる。

〔通信フレーム及びレンジング領域について〕
図３は、本システムの通信フレームの構成を示す図である。本システムの通信フレームは、ＢＳ１０が送信する送信信号が割り当てられる下りサブフレームと、ＭＳ２０が送信する送信信号が割り当てられる上りサブフレーム（上り通信フレーム）とによって構成され、両サブフレームは時間軸上に、所定時間のギャップ（ＴＴＧ，ＲＴＧ）を介して交互に配列されている。

下りサブフレームには、前置信号（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、フレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ）、下りサブフレーム割当情報（ＤＬ−ＭＡＰ）、上りサブフレーム割当情報（ＵＬ−ＭＡＰ）、及びユーザデータが格納される下りバースト領域（ＤＬ−Ｂｕｒｓｔ）が割り当てられている。
ＤＬ−ＭＡＰは、ＤＬ−Ｂｕｒｓｔに格納されるユーザデータ等の割り当て位置に関する情報を含んでいる。
また、ＵＬ−ＭＡＰは、上りサブフレームに割り当てられている上りバースト領域（ＵＬ−Ｂｕｒｓｔ）に格納されるユーザデータ等が当該ＵＬ−Ｂｕｒｓｔのどの位置に割り当てられているかを示す情報を含んでいる。また、ＤＬ−Ｂｕｒｓｔには、上りの物理チャネル情報を含むＵＣＤ（ＵｐｌｉｎｋＣｈａｎｎｅｌＤｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）が収容されている。このＵＣＤには、レンジングコードを生成するために必要となる生成パラメータ群が含まれている。
上りサブフレームには、上述のＵＬ−Ｂｕｒｓｔの他、レンジングコードを送信するためのレンジング領域Ｒが割り当てられている。

図４（ａ）は、図３中のレンジング領域Ｒが割り当てられている部分を示した、上りサブフレームの拡大図である。レンジング領域Ｒは、複数（図例では４つ）のレンジングスロットＳを含むように分割されている。レンジングスロットＳは、１４４個のサブキャリアを有している。

ここで、ＭＳ２０が送信するレンジングコードは、後述するように１４４ビット長に設定されている。ＭＳ２０は、上記のスロットＳが有する１４４個のサブキャリアに、レンジングコードの各ビット（１４４ビット）を割り当て、ＢＰＳＫ変調方式によってレンジングコードを送信する。すなわち、ＭＳ２０は、上記レンジングスロットＳを用いてレンジングコードを送信する。

本実施形態では、上記上りサブフレームに設定されるレンジング領域Ｒの大きさを拡縮可能とすることで、当該レンジング領域Ｒに含まれるレンジングスロットＳの数を所定の値の範囲で増減させることができる。例えば、図４（ｂ）では、レンジングスロットＳをひとつだけ含んだ状態のレンジング領域Ｒを示している。この場合のレンジング領域Ｒは、図４（ａ）にて示したレンジング領域Ｒと比較して、レンジングスロットＳ３つ分縮小されて、設定されることとなる。このレンジング領域Ｒ以外の他の領域は、データ送信のための上りバースト領域（ＵＬ−Ｂｕｒｓｔ）として設定される。
なお、本実施形態では、後述するように、レンジング領域Ｒが含むレンジングスロットＳの数を「１」〜「６」の間で動的に変化させて決定する。レンジング領域Ｒは、決定したスロット数を含む大きさに拡縮して設定される。

なお、上記レンジング領域Ｒに含まれるレンジングスロットＳの数、すなわちレンジング領域Ｒの大きさは、ＢＳ１０が設定する。さらに、ＢＳ１０（の制御部１５）は、この設定した大きさのレンジング領域Ｒが上りサブフレームにおいて割り当てられる領域を示す割り当て情報であるレンジング領域割当情報を上りサブフレーム割当情報（ＵＬ−ＭＡＰ）に格納して複数のＭＳ２０に対して送信する。

〔レンジングコードについて〕
ＭＳ２０がＢＳ１０に送信するＣＤＭＡレンジングコードは、上述のように１４４ビット長のデータを有するように設定されている。レンジングコードには、イニシャルレンジング、定期的レンジング、ハンドオーバレンジング、及び、帯域要求のそれぞれに関する値が、上記１４４ビット長データ領域の中で定められている。レンジングコードには、その定められた値に従って、ＭＳ２０が行おうとする処理に応じて必要な情報が格納される。
ＭＳ２０は、自身が行おうとする処理に応じて、上記情報（イニシャルレンジング、定期的レンジング、ハンドオーバレンジング、及び、帯域要求）の内、いずれかひとつをレンジングコードとして生成する。
また、レンジングコードは、上記規格によって、２５６種類のパターンとして予め定められている。このレンジングコードのパターンは、例えば、下記式（１）に示すように、各ビットごとに「＋１」又は「−１」が割り当てられ、これらの組み合わせによって、２５６パターンを定めている。各パターンそれぞれには、０〜２５５までのコード番号が割り当てられる。なお、式（１）において、Ｃ₁〜Ｃ₁₄₄は、各ビットごとのデータ配列の一例を示している。

レンジングコードは、ＢＳ１０から送信されるＵＣＤに格納される上述の生成パラメータ群に基づいて、ＭＳ２０によって生成される。この生成パラメータ群には、上述の各レンジングで使用するコードの値の範囲を示す情報、及び、この情報に関する所定の初期値が含まれている。

ＢＳ１０は、レンジング領域割当情報等を含んだＵＬ−ＭＡＰ、及び上記生成パラメータ群が格納されたＵＣＤを、複数のＭＳ２０に対してブロードキャスト送信している。
レンジングを行うことを決定し、ＢＳ１０に対してレンジングを要求するためにレンジングコードを生成、送信しようとしているＭＳ２０は、ＵＬ−ＭＡＰ、及びＵＣＤを受信することで、生成パラメータ群、及び、前記レンジング領域割当情報を取得する。ＭＳ２０は、この取得した生成パラメータ群を用いて、レンジングに必要な情報を格納したレンジングコードを生成するとともに、レンジング領域割当情報に基づいてレンジングスロットＳを特定する。ＭＳ２０は、この特定したレンジングスロットＳを用いて、レンジングコードをＢＳ１０に対して送信する。

ここで、ＭＳ２０は、上記生成パラメータ群からレンジングコードの構造を把握するとともに、この把握したレンジングコードの構造、及びレンジング領域割当情報に基づいて、レンジング領域Ｒに含まれるレンジングスロットＳを特定する。ＭＳ２０は、特定されるレンジングスロットＳが複数ある場合には、この複数のレンジングスロットＳからランダムに選択し、選択したレンジングスロットＳを用いて送信を行う。

〔レンジング領域の設定手順について〕
次に、ＢＳ１０が行うレンジング領域Ｒの設定手順について説明する。図５は、ＢＳ１０によるレンジング領域設定の手順を示す図である。なお、ここでは、ＢＳ１０とＭＳ２０との間で、イニシャルレンジングを行う場合について例示して説明する。
まず、ＢＳ１０の制御部１５は、レンジング領域Ｒ（レンジングスロットＳ）を用いて送信されてきた受信信号の有無を判断することによって、ＣＤＭＡイニシャルレンジングコードの受信の有無を判断する（ステップＳ１０１）。レンジングスロットＳが複数設定されている場合には、複数のレンジングスロットＳそれぞれについて受信の有無を判断し、少なくともいずれかひとつのレンジングスロットＳが受信信号を受信していれば受信していると判断する。なお、以下の説明では、理解を容易とするため、レンジングスロットＳをひとつだけ含んだレンジング領域Ｒに設定されている場合の手順について説明する。

ＣＤＭＡイニシャルレンジングコード（以下、単にＣＤＭＡコードともいう）を受信していないと判断すると、制御部１５のレンジング領域設定部１５ｂは、スロット数を１に設定し、レンジングスロットＳをひとつだけ含むようにレンジング領域Ｒを設定し（ステップＳ１０２）、この設定したレンジング領域Ｒを示すレンジング領域割当情報を含んだＵＬ−ＭＡＰを送信する（ステップＳ１１４）。
一方、ＣＤＭＡコードを受信していると判断すると、制御部１５のカウント部１５ａは、当該制御部１５が機能的に有しているカウンタのカウント値ｎを０に設定する（ステップＳ１０３）。

次に、制御部１５のカウント部１５ａは、コード番号ｎのＣＤＭＡコードのパターンを自身の記憶装置等から取得する（ステップＳ１０４）。なお、制御部１５は、各コード番号のＣＤＭＡコードのパターンを予め前記記憶装置等に格納している。
ついで、制御部１５のカウント部１５ａは、受信したＣＤＭＡコードの受信信号に含まれる複数の受信サブキャリアごとの伝送路周波数応答を算出する（ステップＳ１０５）。
以下に、上記伝送路周波数応答の算出方法について説明する。各受信サブキャリアの出力ｙ_kは、下記式（２）によって表される。
ｙ_k ＝ｈ_k × ｓ_k ＋ｎ_k ・・・・（２）

なお、式（２）中、ｓ_kは、ＢＳ１０が受信したＭＳ２０の送信信号を示しており、「＋１」又は「−１」の値を採る。ｎ_kは、ＢＳ１０が受信したＭＳ２０の送信信号に含まれるノイズを示す。ｈ_kは、伝送路周波数応答であり、伝搬路中の振幅、位相の変化を示しており、下記式（３）によって表される。また、ｋは、各受信サブキャリアの配列順を示す値であり、上述のように１４４ビット長のＣＤＭＡコードの各ビットが割り当てられており、「１」〜「１４４」の値を採る。
ｈ_k ＝ｒ_kｅ^jθk ・・・・（３）

上記伝送路周波数応答ｈ_kを得るためには、下記式（４）に示すように、各受信サブキャリアの出力ｙ_kを、ステップＳ１０４で取得した、コード番号ｎのＣＤＭＡコードのパターンを正方単位行列で表したものと積算する。なお、式（４）中、Ｎは、ノイズである。

以上によって、制御部１５のカウント部１５ａは、各受信サブキャリアごとの伝送路周波数応答ｈ_kを算出することができる。

次に、制御部１５のカウント部１５ａは、受信判定値Ｔ_nを算出する（ステップＳ１０６）。この受信判定値Ｔ_nとは、各パターンごとのＣＤＭＡコードが受信されたか否かを数値的に判定するための値であり、以下のように算出される。
すなわち、下記式（５）に示すように、隣り合う受信サブキャリアそれぞれの伝送路周波数応答ｈ_kについて、互いに複素共役の積算をｋ＝１〜１４４全ての範囲で行う。そして、式（６）に示すように、式（５）にて得られる複素共役の積算値ｈ´_kの全ての値を加算した値を受信判定値Ｔ_nとして得る。
ｈ´_k ＝ｒ_k・ｒ_k+1ｅ^{j(θk - θk+1)} ・・・・（５）
Ｔ＝ｈ´₁ ＋ｈ´₂ ＋・・・・＋ｈ´₁₄₃ ・・・（６）

次に、制御部１５のカウント部１５ａは、前記カウンタのカウント値ｎが２５５以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。カウント値ｎが２５５よりも小さいと判断すると、制御部１５は、カウント値ｎに１を加え（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０４に戻る。
一方、カウント値ｎが２５５以上であると判断すると、制御部１５のカウント部１５ａは、ステップＳ１０９に進む。すなわち、制御部１５のカウント部１５ａは、カウント値ｎが２５５となるまで、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６を繰り返し、全てのコード番号（０〜２５５）に対応する受信判定値Ｔ_nを算出する。

ここで、上記積算値ｈ´_k及び受信判定値Ｔ_nについて説明する。当該伝送路周波数応答ｈ_kを算出する際に用いたＣＤＭＡコードのパターンと、ＢＳ１０が受信したＭＳ２０の送信信号のパターンとが一致している場合には、伝送路周波数応答ｈ_kに大きな変位が生じないので、隣り合う受信サブキャリア同士の間における伝送路周波数応答ｈ_kの複素共役の積算値ｈ´_kは、図６（ａ）に示すように、正の値として現れるとともに、ばらつきが少なく現れる。
一方、伝送路周波数応答ｈ_kを算出する際に用いたＣＤＭＡコードのパターンと、ＢＳ１０が受信したＭＳ２０の送信信号のパターンとが一致していない場合には、伝送路周波数応答ｈ_kに大きな変位が生じるので、複素共役の積算値ｈ´_kは、図６（ｂ）に示すように、負の値として現れる場合が生じる等、ばらつきが大きく現れる。

従って、複素共役の積算値ｈ´_kを全て加算した受信判定値Ｔ_nの値は、伝送路周波数応答ｈ_kを算出する際に用いたＣＤＭＡコードのパターンと、ＢＳ１０が受信したＭＳ２０の送信信号のパターンとが一致している場合の方が、一致していない場合と比較して相対的に大きな値を採る。
つまり、受信判定値Ｔ_nの値は、ＭＳ２０から送信されたＣＤＭＡコードとしての受信信号が、ＣＤＭＡコードの各パターンと一致しているか否かを判断するための類似度を示しており、この受信判定値Ｔ_nの値をＣＤＭＡコードのパターンごとに相対比較することで、どのＣＤＭＡコードのパターンが、ＭＳ２０の送信信号のパターンと一致しているかを把握することができる。
そして、一致するＣＤＭＡコードのパターンが把握された場合、ＢＳ１０は、当該パターンでＭＳ２０の送信信号を受信していると判断できるため、上記受信判定値Ｔ_nによって、ＢＳ１０がどのパターンのＣＤＭＡコードを受信しているのかを判定することができる。
すなわち、制御部１５のカウント部１５ａは、ＭＳ２０から送信されたＣＤＭＡコードとしての受信信号と、ＣＤＭＡコードとして予め定められる複数のパターンそれぞれとの間の類似度を示す値である受信判定値Ｔ_nに基づいて、レンジングコードを受信しているか否かを、複数のＣＤＭＡコードのパターンごとに判定する。

次に、ステップＳ１０９に進んだ制御部１５のカウント部１５ａは、全てのコード番号（０〜２５５）に対応する受信判定値Ｔ_nの中からその最大値を取得し、例えばその最大値の半分の値を閾値Ｔｓとして設定する（ステップＳ１０９）。
さらに、制御部１５のカウント部１５ａは、受信判定値Ｔ_nが、閾値Ｔｓ以上となるパターンのコード番号（０〜２５５）を取得し、このコード番号のパターンのＣＤＭＡコードを受信していると判定する（ステップＳ１１０）。
図６（ｃ）は、一のレンジングスロットＳの判定結果について示したグラフである。図において、縦軸には受信判定値Ｔ_n、横軸にはコード番号を示している。この図のように、閾値Ｔｓ以上となるパターンのコード番号を特定し、これを受信していると判定することで、一のレンジングスロットＳにおいて、重複して受信している互いに異なるパターンのレンジングコードがいくつ受信されているかを明らかにすることができる。
なお、ステップＳ１０９にて設定した閾値Ｔｓは、本実施形態では、図６（ｃ）に示すように、受信判定値Ｔ_nの最大値の半分の値としたが、例えば、予め、受信判定値Ｔ_nがどの程度の値を採れば、受信と判定できるかを予め測定しておき、その測定値に基づいて、固定値として設定することもできる。

次に、制御部１５のカウント部１５ａは、ステップＳ１１０にて受信していると判定したＣＤＭＡコードのパターンの数を、一の上りサブフレームによって送信されＢＳ１０が受信したレンジングコードの受信数としてカウントする（ステップＳ１１１）。
なお、カウント部１５ａは、レンジングスロットＳが複数設定されている場合には、複数のレンジングスロットＳそれぞれについて、上記ステップＳ１０３〜ステップＳ１１１の処理を行ない、上記受信判定値Ｔ_nを算出し、閾値Ｔｓを設定し判定を行う。そして、複数のレンジングスロットＳそれぞれについての受信数（受信判定数）をカウントし、これらの総合計を受信数とする。

以上のようにカウント部１５ａは、ＭＳ２０から送信されたＣＤＭＡコードとしての受信信号と、ＣＤＭＡコードとして予め定められる複数のパターンそれぞれとの間の類似度を示す値である受信判定値Ｔ_nに基づいて、レンジングコードを受信しているか否かを、複数のＣＤＭＡコードのパターンごとに判定するとともに、受信していると判定されたＣＤＭＡコードのパターンの数を前記受信数としてカウントするように構成されている。また、ステップＳ１０３〜Ｓ１１１は、レンジングコードの受信数をカウントするコード受信数カウントステップを構成している。

本実施形態では、上記構成のカウント部１５ａは、レンジングコードの受信信号と、信号パターンとの間の類似度を示す値である受信判定値Ｔ_nに基づいて、受信したと判定されたパターンの数を受信数としてカウントするので、複数のレンジングコードが同一のスロットで重複して送信されたとしても、それらを分離して受信したか否かを判定でき、その受信数をより高い精度でカウントすることができる。
なお、本実施形態では、レンジングコードの受信数をカウントするように構成したが、この受信数が多くなれば、それに従ってコリジョンの発生数もしくは発生確率が大きくなる。このため、この受信数は、実質的にはコリジョンの発生頻度を示していると言える。

次に、制御部１５のレンジング領域設定部１５ｂは、この受信数に基づいて、レンジングスロットＳのスロット数を決定する（ステップＳ１１２）。図７は、ＣＤＭＡコードの受信数と、この受信数に応じて決定されるレンジングスロット数との関係を示した表である。制御部１５は、このような、受信数とスロット数の関係を示す情報について、予め前記記憶装置等に格納しており、これを参照してスロット数を決定するように構成されている。
図のように、例えば、ＢＳ１０において、受信数が８以下である場合、レンジング領域設定部１５ｂは、スロット数を「１」に設定する。また、受信数が４１以上である場合、スロット数を「６」に設定する。このように、レンジング領域設定部１５ｂは、受信数に応じてスロット数を動的に変化させて決定する。
ここで、一回のコリジョンの発生によって生じる遅延時間は、一般に最大で６０ｍ秒である。また、上記規定によると、ＭＳ２０において、レンジングの契機を得るまでの待ち時間は５秒とされているが、実際の運用を考慮すると、レンジングの契機を得るまでの待ち時間は、５００ｍ秒以内に抑えることが好ましい。このため、図７で示す受信数と、この受信数に応じて決定されるスロット数との関係では、例えば、受信数が「８」の場合、
６０ｍ秒 × ８＝４８０ｍ秒＜５００ｍ秒
といったように、コリジョンが生じたとしても、理論上、最大で５００ｍ秒以内の遅延時間となるように設定されている。（なお、本実施形態では、スロット数の上限を「６」としているため、受信数が「４１」以上の場合は例外である。）

次に、制御部１５の通信制御部１５ｃは、ステップＳ１１２にて決定したスロット数を含む大きさにレンジング領域Ｒを設定し（ステップＳ１１３）、この設定したレンジング領域Ｒを示すレンジング領域割当情報を含んだＵＬ−ＭＡＰを送信する（ステップＳ１１４）。つまり、レンジング領域設定部１５ｂは、受信数に応じて決定したスロット数を含むレンジング領域Ｒを上りサブフレーム上に設定するものであり、レンジング領域Ｒの大きさを、受信数に応じて動的に拡縮して設定する。
このように、ステップＳ１１２，Ｓ１１３は、レンジング領域Ｒの大きさを、受信数に応じて設定するレンジング領域設定ステップを構成するとともに、ステップＳ１１４は、レンジング領域Ｒを示すレンジング領域割当情報をＭＳ２０からＢＳ１０に対して送信する送信ステップを構成している。
上記ステップＳ１１４の後は、図８に示した通りの手順によって、イニシャルレンジングが行われる。

上記のように構成されたＢＳ１０によれば、カウント部１５ａによってカウントされるレンジングコードの受信数が増加すると、レンジング領域Ｒを拡張し、この受信数が減少すると、レンジング領域Ｒを縮小するレンジング領域設定部１５ｂを有しているので、ＭＳ２０から送信されたレンジングコードの受信数の増減に応じてレンジング領域Ｒの大きさを拡縮することができ、レンジング領域Ｒを動的に設定することができる。さらに通信制御部１５ｃによって、この動的に設定されたレンジング領域Ｒのレンジング領域割当情報をＭＳ２０に送信することができる。
すなわち、本発明のＢＳ１０によれば、レンジングを開始しようとしているＭＳ２０から送信されるレンジングコードの受信数に基づいて、その状況に応じた必要な大きさのレンジング領域Ｒに設定することができる。この結果、多数のレンジングコードを同時に受信した場合において、レンジングを行うに際しての遅延が大きくなるのを防止でき、適正なレンジングを行うことができる。
その一方、レンジングコードの受信が相対的に少ない場合においては、上記のように、状況に応じた必要な大きさのレンジング領域Ｒに設定することで、レンジング領域Ｒを不必要に広く確保するのを防止でき、無線資源の利用効率が悪化するのを抑制できる。

具体的には、レンジング領域設定部１５ｂは、ステップＳ１１２において、受信数が増加すると、レンジング領域Ｒを拡張してスロット数を増加させ、受信数が減少すると、レンジング領域を縮小してスロット数を減少させるように構成されており、この場合、ＢＳ１０からのレンジングコードの受信数の増減に応じて、レンジング領域Ｒの大きさを拡縮でき、レンジング領域Ｒに含まれるスロット数を増減できる。

また、上記実施形態において、ＢＳ１０とＭＳ２０との間で、イニシャルレンジングを行う場合を例示したが、他のレンジングにおいても、コンテンション方式に送信であるとともに、ＭＳ２０が生成するレンジングコードの構造は、基本的に同じであり、図５で示した手順とほぼ同様に行われる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

広帯域移動無線通信システム（ＢＷＡシステム）の全体構成を示す図である。ＢＳ、及びＭＳの構成を示したブロック図である。本システムの通信フレームの構成を示す図である。図３中のレンジング領域が割り当てられている部分を示した、上りサブフレームの拡大図であり、（ａ）では、レンジングスロットを４つ含んだ状態のレンジング領域Ｒ、（ｂ）では、レンジングスロットをひとつだけ含んだ状態のレンジング領域Ｒを示している。ＢＳによるレンジング領域設定の手順を示す図である。（ａ）は、算出する際に用いたＣＤＭＡコードのパターンと、ＢＳが受信したＭＳの送信信号のパターンとが一致している場合の伝送路周波数応答のサブキャリアの配列に応じた変化を示す図であり、（ｂ）は、ＣＤＭＡコードのパターンと、ＢＳが受信したＭＳの送信信号のパターンとが一致していない場合の伝送路周波数応答のサブキャリアの配列に応じた変化を示す図であり、（ｃ）は、、一のレンジングスロットの判定結果について示したグラフである。ＣＤＭＡコードの受信数と、この受信数に応じて決定されるレンジングスロット数との関係を示した表である。イニシャルレンジングの手順を示す図である。

符号の説明

１０ＢＳ（基地局装置）１１アンテナ１２送受信部
１３変復調部１４通信部１５制御部（通信制御部）
１５ａカウント部１５ｂレンジング領域設定部
１５ｃ通信制御部２０ＭＳ（移動端末）
２１アンテナ２２通信部２３制御部
２４入力部２５出力部

Claims

移動端末から送信されるレンジングコードを受信することでレンジングを行う基地局装置であって、
前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信数をカウントするカウント部と、
前記レンジングコードを前記移動端末が前記基地局装置に送信するためのレンジング領域の大きさを、前記カウント部がカウントする前記レンジングコードの前記受信数に応じて設定するレンジング領域設定部と、
設定された大きさのレンジング領域の割り当て情報を前記移動端末に送信する通信制御部と、を有し、
前記レンジング領域設定部は、前記受信数が増加すると、前記レンジング領域を拡張し、前記受信数が減少すると、前記レンジング領域を縮小するように前記レンジング領域の大きさを設定することを特徴とする基地局装置。
前記カウント部は、前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信信号と、前記レンジングコードとして予め定められる複数の信号パターンそれぞれとの間の類似度を示す値に基づいて、前記レンジングコードを受信しているか否かを、前記複数の信号パターンごとに判定するとともに、受信していると判定された信号パターンの数を前記受信数としてカウントする請求項１に記載の基地局装置。
レンジングコードを送信する複数の移動端末と、
前記移動端末から送信される前記レンジングコードを受信することで当該移動端末との間でレンジングを行う基地局装置と、を備えた無線通信システムにおけるレンジング方法であって、
前記移動端末から送信された前記レンジングコードの受信数をカウントするコード受信数カウントステップと、
前記レンジングコードを前記基地局装置に送信するためのレンジング領域の大きさを、前記レンジングコードの前記受信数が増加すると拡張し、前記受信数が減少すると縮小するように設定するレンジング領域設定ステップと、
設定された大きさのレンジング領域の割り当て情報を、前記基地局から前記複数の前記移動端末に送信する送信ステップと、を有していることを特徴とするレンジング方法。