図1は、本発明が適用される無線通信システムを示す。これはE−UTRAN(Evolved−UMTS Terrestrial Radio Access Network)、またはLTE(Long Term Evolution)/LTE−Aシステムとも呼ばれる。
E−UTRANは、端末(User Equipment、UE)10に制御平面(control plane)とユーザ平面(user plane)を提供する基地局(Base Station、BS)20を含む。端末10は、固定されてもよいし、移動性を有してもよく、MS(Mobile station)、UT(User Terminal)、SS(Subscriber Station)、MT(mobile terminal)、無線機器(Wireless Device)等、他の用語で呼ばれることもある。基地局20は、端末10と通信する固定局(fixed station)を意味し、eNB(evolved−NodeB)、BTS(Base Transceiver System)、アクセスポイント(Access Point)等、他の用語で呼ばれることもある。
基地局20は、X2インターフェースを介して互いに連結されることができる。基地局20は、S1インターフェースを介してEPC(Evolved Packet Core)30、より詳しくは、S1−MMEを介してMME(Mobility Management Entity)と連結され、S1−Uを介してS−GW(Serving Gateway)と連結される。
EPC30は、MME、S−GW及びP−GW(Packet Data Network−Gateway)で構成される。MMEは、端末の接続情報や端末の能力に対する情報を有しており、このような情報は、端末の移動性管理に主に使われる。S−GWは、E−UTRANを終端点として有するゲートウェイであり、P−GWは、PDNを終端点として有するゲートウェイである。
基地局は、端末と無線フレームを利用して通信を実行することができる。
図2は、無線フレームの構造を示す。
無線フレーム(radio frame:以下、フレームと略称できる)は、10個のサブフレーム(subframe)を含み、一つのサブフレームは、2個の連続的なスロット(slot)を含む。
フレームは、FDD(frequency division duplex)システムで使われるFDDフレームとTDD(time division duplex)システムで使われるTDDフレームとがある。FDDフレームは、互いに異なる周波数帯域にダウンリンクサブフレームとアップリンクサブフレームが連続的に存在する。TDDフレームは、同じ周波数帯域にダウンリンクサブフレームとアップリンクサブフレームが互いに異なる時間に存在する。
サブフレームは、2個のスロット(slot)を含み、各スロットは、時間領域で複数のOFDM(orthogonal frequency division multiplexing)を含み、周波数領域で複数の副搬送波(subcarrier)を含む。
図3は、一つのダウンリンクスロットに対するリソースグリッド(resource grid)の一例を示す。
図3を参照すると、ダウンリンクスロットは、時間領域で複数のOFDM(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルを含み、周波数領域でNRB個のリソースブロック(RB;Resource Block)を含む。リソースブロックは、リソース割当単位であり、時間領域で一つのスロット、周波数領域で複数の連続する副搬送波(subcarrier)を含む。図3において、一つのリソースブロックは、時間領域で7OFDMシンボル、周波数領域で12副搬送波で構成されて7×12リソース要素を含むことを例示的に記述するが、リソースブロック内のOFDMシンボルの数と副搬送波の数は、これに制限されるものではない。
図4は、ダウンリンク(DL)サブフレーム構造を示す。
図4を参照すると、DL(downlink)サブフレームは、時間領域で制御領域(control region)とデータ領域(data region)とに分けられる。制御領域は、サブフレーム内の第1のスロットの前方部の最大3個(場合によって、最大4個)のOFDMシンボルを含むが、制御領域に含まれるOFDMシンボルの個数は変わることができる。制御領域には、PDCCH(physical downlink control channel)及び他の制御チャネルが割り当てられ、データ領域には、PDSCH(physical downlink shared channel)、PBCH(Physical Broadcast Channel)が割り当てられることができる。
サブフレームの1番目のOFDMシンボルで送信されるPCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)は、サブフレーム内で制御チャネルの送信に使われるOFDMシンボルの数(即ち、制御領域の大きさ)に対するCFI(control format indicator)を伝送する。PHICH(Physical Hybrid−ARQ Indicator Channel)は、制御領域で送信され、アップリンク(uplink:UL)HARQ(hybrid automatic repeat request)のためのACK(acknowledgement)/NACK(not−acknowledgement)信号を伝送する。即ち、端末がPUSCHを介して送信したULデータに対する応答として、基地局は、PHICHを介してACK/NACK信号を送信する。
PDCCHではダウンリンク制御情報(downlink control information、DCI)が送信される。DCIは、PDSCHのリソース割当(これをDLグラント(downlink grant)ともいう)、PUSCHのリソース割当(これをULグラント(uplink grant)ともいう)、任意のUEグループ内の個別UEに対する送信パワー制御命令のセット及び/またはVoIP(Voice over Internet Protocol)の活性化を含むことができる。
一方、端末とネットワークとの間の無線インターフェースプロトコル(Radio Interface Protocol)の階層は、通信システムで広く知られた開放型システム間相互接続(Open System Interconnection;OSI)基準モデルの下位3個階層に基づいてL1(第1の階層)、L2(第2の階層)、L3(第3の階層)に区分されることができ、このうち、第1の階層に属する物理階層は、物理チャネル(Physical Channel)を利用した情報転送サービス(Information Transfer Service)を提供し、第3の階層に位置するRRC(Radio Resource Control)階層は、端末とネットワークとの間に無線リソースを制御する役割を遂行する。そのために、RRC階層は、端末と基地局との間のRRCメッセージを交換する。
図5は、ユーザ平面(user plane)に対する無線プロトコル構造(radio protocol architecture)を示すブロック図である。図6は、制御平面(control plane)に対する無線プロトコル構造を示すブロック図である。ユーザ平面は、ユーザデータ送信のためのプロトコルスタック(protocol stack)であり、制御平面は、制御信号送信のためのプロトコルスタックである。
図5及び図6を参照すると、物理階層(PHY(physical) layer)は、物理チャネル(physical channel)を利用して上位階層に情報転送サービス(information transfer service)を提供する。物理階層は、上位階層であるMAC(Medium Access Control)階層とはトランスポートチャネル(transport channel)を介して連結されている。トランスポートチャネルを介してMAC階層と物理階層との間にデータが移動する。トランスポートチャネルは、無線インターフェースを介して、データが、どのように、どのような特徴にトランスポートされるかによって分類される。
互いに異なる物理階層間、即ち、送信機と受信機の物理階層間は、物理チャネルを介してデータが移動する。前記物理チャネルは、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式に変調されることができ、時間と周波数を無線リソースとして活用する。
MAC階層の機能は、論理チャネルとトランスポートチャネルとの間のマッピング、及び論理チャネルに属するMAC SDU(service data unit)のトランスポートチャネル上に物理チャネルで提供されるトランスポートブロック(transport block)への多重化/逆多重化を含む。MAC階層は、論理チャネルを介してRLC(Radio Link Control)階層にサービスを提供する。
RLC階層の機能は、RLC SDUの連結(concatenation)、分割(segmentation)及び再結合(reassembly)を含む。無線ベアラ(Radio Bearer;RB)が要求する多様なQoS(Quality of Service)を保障するために、RLC階層は、透明モード(Transparent Mode、TM)、非確認モード(Unacknowledged Mode、UM)及び確認モード(Acknowledged Mode、AM)の三つの動作モードを提供する。AM RLCは、ARQ(automatic repeat request)を介してエラー訂正を提供する。
RRC(Radio Resource Control)階層は、制御平面でのみ定義される。RRC階層は、無線ベアラの設定(configuration)、再設定(re−configuration)及び解除(release)と関連して論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルの制御を担当する。RBは、端末とネットワークとの間のデータ伝達のために、第1の階層(PHY階層)及び第2の階層(MAC階層、RLC階層、PDCP階層)により提供される論理的経路を意味する。
ユーザ平面でのPDCP(Packet Data Convergence Protocol)階層の機能は、ユーザデータの伝達、ヘッダ圧縮(header compression)及び暗号化(ciphering)を含む。制御平面でのPDCP(Packet Data Convergence Protocol)階層の機能は、制御平面データの伝達及び暗号化/完全性保護(integrity protection)を含む。
RBが設定されるとは、特定サービスを提供するために、無線プロトコル階層及びチャネルの特性を規定し、それぞれの具体的なパラメータ及び動作方法を設定する過程を意味する。また、RBは、SRB(Signaling RB)とDRB(Data RB)の二つに分けられる。SRBは、制御平面でRRCメッセージを送信する通路として使われ、DRBは、ユーザ平面でユーザデータを送信する通路として使われる。
端末のRRC階層とE−UTRANのRRC階層との間にRRC接続(RRC Connection)が確立される場合、端末は、RRC接続(RRC connected)状態になり、そうでない場合、RRCアイドル(RRC idle)状態になる。
ネットワークから端末にデータを送信するダウンリンクトランスポートチャネルには、システム情報を送信するBCH(Broadcast Channel)と、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信するダウンリンクSCH(Shared Channel)がある。ダウンリンクマルチキャストまたはブロードキャストサービスのトラフィックまたは制御メッセージの場合、ダウンリンクSCHを介して送信されることもでき、または別途のダウンリンクMCH(Multicast Channel)を介して送信されることもできる。一方、端末からネットワークにデータを送信するアップリンクトランスポートチャネルとしては、初期制御メッセージを送信するRACH(Random Access Channel)と、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信するアップリンクSCH(Shared Channel)がある。
トランスポートチャネル上位にあり、トランスポートチャネルにマッピングされる論理チャネル(Logical Channel)には、BCCH(Broadcast Control Channel)、PCCH(Paging Control Channel)、CCCH(Common Control Channel)、MCCH(Multicast Control Channel)、MTCH(Multicast Traffic Channel)などがある。
物理チャネル(Physical Channel)は、時間領域で複数個のOFDMシンボルと周波数領域で複数個の副搬送波(Sub−carrier)とで構成される。一つのサブフレーム(Sub−frame)は、時間領域で複数のOFDMシンボル(Symbol)で構成される。リソースブロックは、リソース割当単位であり、複数のOFDMシンボルと複数の副搬送波(sub−carrier)とで構成される。また、各サブフレームは、PDCCH(Physical Downlink Control Channel)、即ち、L1/L2制御チャネルのために、該当サブフレームの特定OFDMシンボル(例えば、1番目のOFDMシンボル)の特定副搬送波を利用することができる。TTI(Transmission Time Interval)は、サブフレーム送信の単位時間である。
以下、端末のRRC状態(RRC state)とRRC接続方法に対して詳述する。
RRC状態とは、端末のRRC階層がE−UTRANのRRC階層と論理的接続(logical connection)されているかどうかを意味し、接続している場合はRRC接続状態(RRC_CONNECTED)といい、接続されていない場合はRRCアイドル状態(RRC_IDLE)という。RRC接続状態の端末は、RRC接続が存在するため、E−UTRANは、該当端末の存在をセル単位で把握することができ、したがって、端末を効果的に制御することができる。それに対し、RRCアイドル状態の端末は、E−UTRANが把握することができず、セルより大きい地域単位であるトラッキング領域(Tracking Area)単位でCN(core network)が管理する。即ち、RRCアイドル状態の端末は、大きい地域単位に存在可否のみが把握され、音声やデータのような通常の移動通信サービスを受けるためにはRRC接続状態に移動しなければならない。
ユーザが端末の電源を最初にオンにした時、端末は、まず、適切なセルを探索した後、該当セルでRRCアイドル状態にとどまる。RRCアイドル状態の端末は、RRC接続を確立する必要がある時になって初めてRRC接続過程(RRC connection procedure)を介してE−UTRANとRRC接続を確立し、RRC接続状態に移動する。RRCアイドル状態の端末がRRC接続を確立する必要がある場合は多様であり、例えば、ユーザの通話試みなどの理由で上りデータ送信が必要な場合、またはE−UTRANからページング(paging)メッセージを受信した場合、これに対する応答メッセージ送信などを挙げることができる。
RRC階層の上位に位置するNAS(Non−Access Stratum)階層は、セッション管理(Session Management)と移動性管理(Mobility Management)などの機能を遂行する。
NAS階層で端末の移動性を管理するために、EMM−REGISTERED(EPS Mobility Management−REGISTERED)及びEMM−DEREGISTEREDの二つの状態が定義されており、この二つの状態は、端末とMMEに適用される。初期端末は、EMM−DEREGISTERED状態であり、この端末がネットワークに接続するために初期連結(Initial Attach)手順を介して該当ネットワークに登録する過程を実行する。前記連結(Attach)手順が成功的に遂行されると、端末及びMMEは、EMM−REGISTERED状態になる。
端末とEPCとの間のシグナリング接続(signaling connection)を管理するために、ECM(EPS Connection Management)−IDLE状態及びECM−CONNECTED状態の二つの状態が定義されており、この二つの状態は、端末及びMMEに適用される。ECM−IDLE状態の端末がE−UTRANとRRC接続を確立すると、該当端末は、ECM−CONNECTED状態になる。ECM−IDLE状態にあるMMEは、E−UTRANとS1接続(S1 connection)を確立すると、ECM−CONNECTED状態になる。端末がECM−IDLE状態にある時、E−UTRANは、端末のコンテキスト(context)情報を有していない。したがって、ECM−IDLE状態の端末は、ネットワークの命令を受ける必要なく、セル選択(cell selection)またはセル再選択(reselection)のような端末ベースの移動性関連手順を実行する。それに対し、端末がECM−CONNECTED状態にある時、端末の移動性は、ネットワークの命令により管理される。ECM−IDLE状態で端末の位置が、ネットワークが知っている位置と異なる場合、端末は、トラッキング領域更新(Tracking Area Update)手順を介してネットワークに端末の該当位置を知らせる。
以下、システム情報(System Information)に対する説明である。
システム情報は、端末が基地局に接続するために知るべき必須情報を含む。したがって、端末は、基地局に接続する前にシステム情報を全て受信しているべきであり、また、常に最新システム情報を有しているべきである。また、前記システム情報は、一セル内の全ての端末が知っているべき情報であるため、基地局は、周期的に前記システム情報を送信する。システム情報は、MIB(Master Information Block)及び複数のSIB(System Information Block)に分けられる。
MIBは、セルから他の情報のために取得されることが要求される最も必須で且つ最も頻繁に送信される、制限された個数のパラメータを含むことができる。端末は、ダウンリンク同期化以後に最も先にMIBを探す。MIBは、ダウンリンクチャネル帯域幅、PHICH設定、同期化をサポートし、タイミング基準として動作するSFN、及びeNB送信アンテナ設定のような情報を含むことができる。MIBは、BCH(broadcase channel)上にブロードキャスト送信されることができる。
含まれているSIBのうち、SIB1(SystemInformationBlockType1)は、“SystemInformationBlockType1”メッセージに含まれて送信され、SIB1を除外した他のSIBは、システム情報メッセージに含まれて送信される。SIBをシステム情報メッセージにマッピングさせることは、SIB1に含まれているスケジューリング情報リストパラメータにより流動的に設定されることができる。ただ、各SIBは、単一システム情報メッセージに含まれ、同じスケジューリング要求値(例えば、周期)を有するSIBのみが同じシステム情報メッセージにマッピングされることができる。また、SIB2(SystemInformationBlockType2)は、常にスケジューリング情報リストのシステム情報メッセージリスト内の1番目のエントリに該当するシステム情報メッセージにマッピングされる。同じ周期内に複数のシステム情報メッセージが送信されることができる。SIB1及び全てのシステム情報メッセージは、DL−SCH上に送信される。
ブロードキャスト送信に加えて、E−UTRANにおいて、SIB1は既存に設定された値と同じように設定されたパラメータを含んだまま専用シグナリング(dedicated signaling)されることができ、この場合、SIB1は、RRC接続再設定メッセージに含まれて送信されることができる。
SIB1は、端末セル接近と関連している情報を含み、他のSIBのスケジューリングを定義する。SIB1は、ネットワークのPLMN識別子、TAC(Tracking Area Code)及びセルID、セルがキャンプオンすることができるセルかどうかを指示するセル禁止状態(cell barring status)、セル再選択基準として使われるセル内に要求される最低受信レベル、及び他のSIBの送信時間及び周期と関連している情報を含むことができる。
SIB2は、全ての端末に共通する無線リソース設定情報を含むことができる。SIB2は、アップリンク搬送波周波数及びアップリンクチャネル帯域幅、RACH設定、ページ設定(paging configuration)、アップリンクパワ制御設定、サウンディング基準信号設定(Sounding Reference Signal configuration)、ACK/NACK送信をサポートするPUCCH設定及びPUSCH設定と関連している情報を含むことができる。
端末は、システム情報の取得及び変更検知手順をプライマリセル(primary cell:PCell)に対してのみ適用することができる。セカンダリセル(secondary cell:SCell)において、E−UTRANは、該当SCellが追加される時、RRC接続状態動作と関連している全てのシステム情報を専用シグナリングを介して提供することができる。設定されたSCellと関連しているシステム情報の変更時、E−UTRANは、考慮されるSCellを解除(release)して以後に追加可能であり、これは単一RRC接続再設定メッセージと共に実行されることができる。E−UTRANは、考慮されるSCell内でブロードキャストされた値と異なるパラメータ値を専用シグナリングを介して設定することができる。
端末は、特定タイプのシステム情報に対してその有効性を保障しなければならず、このようなシステム情報を必須システム情報(required system information)という。必須システム情報は、下記のように定義されることができる。
−端末がRRCアイドル状態である場合:端末は、SIB2乃至SIB8だけでなく、MIB及びSIB1の有効なバージョンを有しているように保障しなければならず、これは考慮されるRAT(radio access technology)のサポートにしたがう。
−端末がRRC接続状態である場合:端末は、MIB、SIB1及びSIB2の有効なバージョンを有しているように保障しなければならない。
一般的に、システム情報は、取得後最大3時間まで有効性が保障されることができる。
一般的に、ネットワークが端末に提供するサービスは、下記のように三つのタイプに区分することができる。また、どのようなサービスの提供を受けることができるかによって、端末は、セルのタイプも異なるように認識する。以下、サービスタイプを叙述した後、セルのタイプを叙述する。
1)制限的サービス(Limited service):このサービスは、緊急呼び(Emergency call)及び災害警報システム(Earthquake and Tsunami Warning System;ETWS)を提供し、受容可能なセル(acceptable cell)で提供することができる。
2)正規サービス(Normal service):このサービスは、一般的用途の汎用サービス(public use)を意味し、正規セル(suitable or normal cell)で提供することができる。
3)事業者サービス(Operator service):このサービスは、通信ネットワーク事業者のためのサービスを意味し、このセルは、通信ネットワーク事業者のみが使用することができ、一般ユーザは使用することができない。
セルが提供するサービスタイプと関連し、セルのタイプは、下記のように区分されることができる。
1)受容可能なセル(Acceptable cell):端末が制限された(Limited)サービスの提供を受けることができるセル。このセルは、該当端末立場で、禁止(barred)されておらず、端末のセル選択基準を満たすセルである。
2)正規セル(Suitable cell):端末が正規サービスの提供を受けることができるセル。このセルは、受容可能なセルの条件を満たし、同時に追加条件を満たす。追加的な条件として、このセルは、該当端末が接続できるPLMN(Public Land Mobile Network)所属でなければならず、端末のトラッキング領域(Tracking Area)更新手順の実行が禁止されないセルでなければならない。該当セルがCSGセルの場合、端末がこのセルにCSGメンバとして接続可能なセルでなければならない。
3)禁止されたセル(Barred cell):セルがシステム情報を介して禁止されたセルであるという情報をブロードキャストするセルである。
4)予約されたセル(Reserved cell):セルがシステム情報を介して予約されたセルであるという情報をブロードキャストするセルである。
図7は、RRCアイドル状態の端末の動作を示す流れ図である。図7は、初期電源がオンされた端末がセル選択過程を経てネットワークに登録し、その後、必要な場合、セル再選択をする手順を示す。
図7を参照すると、端末は、自分がサービスを受けることを希望するネットワークであるPLMN(public land mobile network)と通信するためのラジオアクセス技術(radio access technology;RAT、無線通信方法)を選択する(S410)。PLMN及びRATに対する情報は、端末のユーザが選択することもでき、USIM(universal subscriber identity module)に格納されているものを使用することもできる。
端末は、測定した信号強度や品質が特定値より大きいセルのうち、最も大きい値を有するセルを選択する(Cell Selection)(S420)。これは電源がオンされた端末がセル選択を実行することであって、初期セル選択(initial cell selection)という。セル選択手順に対して以後に詳述する。セル選択以後の端末は、基地局が周期的に送るシステム情報を受信する。前記特定値は、データ送/受信での物理的信号に対する品質の保証を受けるために、システムで定義された値を意味する。したがって、適用されるRATによって、その値は異なる。
端末は、ネットワーク登録が必要な場合、ネットワーク登録手順を実行する(S430)。端末は、ネットワークからサービス(例:Paging)を受けるために自分の情報(例:IMSI)を登録する。端末は、セルを選択するたびにアクセスするネットワークに登録するものではなく、システム情報から受けたネットワークの情報(例:Tracking Area Identity;TAI)と自分が知っているネットワークの情報が異なる場合にネットワークに登録する。
端末は、セルで提供されるサービス環境または端末の環境などに基づいてセル再選択を実行する(S440)。端末は、現在サービスを受けている基地局(サービング基地局)から測定した信号の強度や品質の値が、隣接したセルの基地局から測定した値より低い場合、端末が現在接続した基地局のセルより良い信号特性を提供する他のセルの中から一つを選択する。この過程を2番目の過程である初期セル選択(Initial Cell Selection)と区分するためにセル再選択(Cell Re−Selection)という。このとき、信号特性の変化によって頻繁にセルが再選択されることを防止するために時間的な制約条件をおく。セル再選択手順に対しては以後に詳述する。
図8は、RRC接続を確立する過程を示す流れ図である。
端末は、RRC接続を要求するRRC接続要求(RRC Connection Request)メッセージをネットワークに送る(S510)。ネットワークは、RRC接続要求に対する応答としてRRC接続設定(RRC Connection Setup)メッセージを送る(S520)。RRC接続設定メッセージを受信した後、端末は、RRC接続モードに進入する。
端末は、RRC接続確立の成功的な完了を確認するために使われるRRC接続設定完了(RRC Connection Setup Complete)メッセージをネットワークに送る(S530)。
図9は、RRC接続再設定過程を示す流れ図である。RRC接続再設定(reconfiguration)は、RRC接続の修正に使われる。これはRB確立/修正(modify)/解除(release)、ハンドオーバ実行、測定セットアップ/修正/解除のために使われる。
ネットワークは、端末にRRC接続を修正するためのRRC接続再設定(RRC Connection Reconfiguration)メッセージを送る(S610)。端末は、RRC接続再設定に対する応答として、RRC接続再設定の成功的な完了を確認するために使われるRRC接続再設定完了(RRC Connection Reconfiguration Complete)メッセージをネットワークに送る(S620)。
以下、PLMN(public land mobile network)に対して説明する。
PLMNは。モバイルネットワーク運営者により配置及び運用されるネットワークである。各モバイルネットワーク運営者は、一つまたはそれ以上のPLMNを運用する。各PLMNは、MCC(Mobile Country Code)及びMNC(Mobile Network Code)により識別されることができる。セルのPLMN情報は、システム情報に含まれてブロードキャストされる。
PLMN選択、セル選択及びセル再選択において、多様なタイプのPLMNが端末により考慮されることができる。
HPLMN(Home PLMN):端末IMSIのMCC及びMNCとマッチングされるMCC及びMNCを有するPLMN
EHPLMN(Equivalent HPLMN):HPLMNと等価として取り扱われるPLMN
RPLMN(Registered PLMN):位置登録が成功的に終了されたPLMN
EPLMN(Equivalent PLMN):RPLMNと等価として取り扱われるPLMN
各モバイルサービス需要者は、HPLMNに加入する。HPLMNまたはEHPLMNにより端末に一般サービスが提供される時、端末は、ローミング状態(roaming state)ではない。それに対し、HPLMN/EHPLMN以外のPLMNにより端末にサービスが提供される時、端末は、ローミング状態であり、そのPLMNは、VPLMN(Visited PLMN)と呼ばれる。
端末は、初期に電源がオンされると、使用可能なPLMN(public land mobile network)を検索し、サービスを受けることができる適切なPLMNを選択する。PLMNは、モバイルネットワーク運営者(mobile network operator)により配置され(deploy)、または運営されるネットワークである。各モバイルネットワーク運営者は、一つまたはそれ以上のPLMNを運営する。それぞれのPLMNは、MCC(mobile country code)及びMNC(mobile network code)により識別されることができる。セルのPLMN情報は、システム情報に含まれてブロードキャストされる。端末は、選択したPLMNを登録するために試みる。登録が成功した場合、選択されたPLMNは、RPLMN(registered PLMN)になる。ネットワークは、端末にPLMNリストをシグナリングすることができ、これはPLMNリストに含まれているPLMNをRPLMNのようなPLMNであると考慮することができる。ネットワークに登録された端末は、常時ネットワークにより接近可能(reachable)でなければならない。もし、端末がECM−CONNECTED状態(同様に、RRC接続状態)である場合、ネットワークは、端末がサービスを受けていることを認知する。しかし、端末がECM−IDLE状態(同様に、RRCアイドル状態)である場合、端末の状況がeNBでは有効でないが、MMEには格納されている。この場合、ECM−IDLE状態の端末の位置は、TA(tracking Area)のリストの粒度(granularity)を介してMMEにのみ知られる。単一TAは、TAが所属されたPLMN識別子で構成されたTAI(tracking area identity)及びPLMN内のTAを唯一に表現するTAC(tracking area code)により識別される。
次に、選択したPLMNが提供するセルの中から、前記端末が適切なサービスの提供を受けることができる信号品質と特性を有するセルを選択する。
以下、従来技術において、端末がセルを選択する手順に対して詳細に説明する。
電源がオンされ、またはセルにとどまっている時、端末は、適切な品質のセルを選択/再選択することでサービスを受けるための手順を実行する。
RRCアイドル状態の端末は、常に適切な品質のセルを選択することで、このセルを介してサービスの提供を受けるための用意をしなければならない。例えば、電源がオンされた端末は、ネットワークに登録するために適切な品質のセルを選択しなければならない。RRC接続状態の前記端末がRRCアイドル状態に進入すると、前記端末は、RRCアイドル状態にとどまるセルを選択しなければならない。このように、前記端末がRRCアイドル状態のようなサービス待機状態にとどまるために、一定条件を満たすセルを選択する過程をセル選択(Cell Selection)という。重要な点は、前記セル選択は、前記端末が前記RRCアイドル状態にとどまるセルを現在決定していない状態で実行されているため、可能な限り速かにセルを選択することが重要である。したがって、一定基準以上の無線信号品質を提供するセルの場合は、たとえ、このセルが端末に最も良い無線信号品質を提供するセルでないとしても、端末のセル選択過程で選択されることができる。
以下、3GPP TS 36.304 V8.5.0(2009−03)“User Equipment(UE)procedures in idle mode(Release 8)”を参照し、3GPP LTEにおいて、端末がセルを選択する方法及び手順に対して詳述する。
セル選択過程は、大いに、二つに分けられる。
まず、初期セル選択過程であり、この過程では、前記端末が無線チャネルに対する事前情報がない。したがって、前記端末は、適切なセルを探すために全ての無線チャネルを検索する。各チャネルにおいて、前記端末は、最も強いセルを探す。以後、前記端末がセル選択基準を満たす適切な(suitable)セルを探すと、該当セルを選択する。
次に、端末は、格納された情報を活用し、またはセルで放送している情報を活用することで、セルを選択することができる。したがって、初期セル選択過程に比べてセル選択が迅速である。端末がセル選択基準を満たすセルを探すと、該当セルを選択する。もし、この過程を介してセル選択基準を満たす適切なセルを探すことができない場合、端末は、初期セル選択過程を実行する。
セル選択基準は、下記数式1のように定義されることができる。
ここで、前記式1の各変数は、以下の表1のように定義されることができる。
シグナリングされた値であるQrxlevminoffset及びQqualminoffsetは、端末がVPLMN内の正規セルにキャンプしている中、より高い優先順位のPLMNに対する周期的探索の結果としてセル選択が評価される場合に限って適用されることができる。前記のように、より高い優先順位のPLMNに対する周期的な探索中、端末は、このようなより高い優先順位のPLMNの他のセルから格納されたパラメータ値を使用してセル選択評価を実行することができる。
前記端末がセル選択過程を介してあるセルを選択した以後、端末の移動性または無線環境の変化などにより端末と基地局との間の信号の強度や品質が変わることができる。したがって、もし、選択したセルの品質が低下される場合、端末は、より良い品質を提供する他のセルを選択することができる。このようにセルを再び選択する場合、一般的に現在選択されたセルより良い信号品質を提供するセルを選択する。このような過程をセル再選択(Cell Reselection)という。前記セル再選択過程は、無線信号の品質観点で、一般的に端末に最も良い品質を提供するセルを選択することに基本的な目的がある。
無線信号の品質観点以外に、ネットワークは、周波数別に優先順位(priority)を決定して端末に知らせることができる。このような優先順位を受信した端末は、セル再選択過程で、この優先順位を無線信号品質基準より優先的に考慮するようになる。
前記のように、無線環境の信号特性によってセルを選択または再選択する方法があり、セル再選択において、再選択のためのセルを選択するとき、セルのRATと周波数(frequency)特性によって下記のようなセル再選択方法がある。
−イントラ周波数(Intra−frequency)セル再選択:端末がキャンプ(camp)中であるセルと同じRAT及び同じ中心周波数(center−frequency)を有するセルを再選択
−インター周波数(Inter−frequency)セル再選択:端末がキャンプ中であるセルと同じRAT及び異なる中心周波数を有するセルを再選択
−インターRAT(Inter−RAT)セル再選択:端末がキャンプ中であるRATと異なるRATを使用するセルを再選択
セル再選択過程の原則は、下記の通りである。
第一に、端末は、セル再選択のためにサービングセル(serving cell)及び隣接セル(neighboring cell)の品質を測定する。
第二に、セル再選択は、セル再選択基準に基づいて実行される。セル再選択基準は、サービングセル及び隣接セルの測定に関連して下記のような特性を有している。
イントラ周波数セル再選択は、基本的にランキング(ranking)に基づいて行われる。ランキングとは、セル再選択評価のための指標値を定義し、この指標値を利用してセルを指標値の大きさ順に順序を定める作業である。最も良い指標を有するセルを一般的に最高順位セル(highest ranked cell)という。セル指標値は、端末が該当セルに対して測定した値を基本にし、必要によって、周波数オフセットまたはセルオフセットを適用した値である。
インター周波数セル再選択は、ネットワークにより提供された周波数優先順位に基づいて行われる。端末は、最も高い周波数優先順位を有する周波数にとどまる(camp on:以下、キャンプオンと表現できる)ことができるように試みる。ネットワークは、ブロードキャストシグナリング(broadcast signaling)を介してセル内の端末が共通的に適用する周波数優先順位を提供し、または端末別シグナリング(dedicated signaling)を介して端末別に各々周波数別優先順位を提供することができる。ブロードキャストシグナリングを介して提供されるセル再選択優先順位を共用優先順位(common priority)といい、端末別にネットワークが設定するセル再選択優先順位を専用優先順位(dedicated priority)という。端末は、専用優先順位を受信すると、専用優先順位と関連している有効時間(validity time)を共に受信することができる。端末は、専用優先順位を受信すると、共に受信した有効時間に設定された有効性タイマ(validity timer)を開始する。端末は、有効性タイマが動作する中、RRCアイドルモードで専用優先順位を適用する。有効性タイマが満了されると、端末は、専用優先順位を廃棄し、再び共用優先順位を適用する。
インター周波数セル再選択のために、ネットワークは、端末にセル再選択に使われるパラメータ(例えば、周波数別オフセット(frequency−specific offset))を周波数別に提供することができる。
イントラ周波数セル再選択またはインター周波数セル再選択のために、ネットワークは、端末にセル再選択に使われる隣接セルリスト(Neighboring Cell List、NCL)を端末に提供することができる。このNCLは、セル再選択に使われるセル別パラメータ(例えば、セル別オフセット(cell−specific offset))を含む。
イントラ周波数またはインター周波数セル再選択のために、ネットワークは、端末にセル再選択に使われるセル再選択禁止リスト(black list)を端末に提供することができる。禁止リストに含まれているセルに対し、端末は、セル再選択を実行しない。
以下、セル再選択評価過程で実行するランキングに対して説明する。
セルの優先順位を定める時に使われるランキング指標(ranking criterion)は、数式2のように定義される。
ここで、Rsは端末が現在キャンプオンしており、サービングセルのランキング指標であり、Rnは隣接セルのランキング指標であり、Qmeas,sは端末がサービングセルに対して測定した品質値であり、Qmeas,nは端末が隣接セルに対して測定した品質値であり、Qhystはランキングのためのヒステリシス(hysteresis)値であり、Qoffsetは二つのセル間のオフセットである。
イントラ周波数で、端末がサービングセルと隣接セルとの間のオフセット(Qoffsets,n)を受信した場合は、Qoffset=Qoffsets,nであり、端末がQoffsets,nを受信しない場合は、Qoffset=0である。
インター周波数で、端末が該当セルに対するオフセット(Qoffsets,n)を受信した場合は、Qoffset=Qoffsets,n+Qfrequencyであり、端末がQoffsets,nを受信しない場合は、Qoffset=Qfrequencyである。
サービングセルのランキング指標(Rs)と隣接セルのランキング指標(Rn)が互いに類似する状態で変動すると、変動結果、ランキング順位が頻繁に変わるため、端末が二つのセルを交互に再選択することがある。Qhystは、セル再選択において、ヒステリシスを与え、端末が二つのセルを交互に再選択することを防止するためのパラメータである。
端末は、前記数式によってサービングセルのRs及び隣接セルのRnを測定し、ランキング指標値が最も大きい値を有するセルを最高順位(highest ranked)セルと見なし、このセルを再選択する。
前記基準によると、セル再選択において、セルの品質が最も主要な基準として作用することを確認することができる。もし、再選択したセルが正規セル(suitable cell)でない場合、端末は、該当周波数または該当セルをセル再選択対象から除外する。
以下、無線リンク失敗に対して説明する。
端末は、サービスを受信するサービングセルとの無線リンクの品質維持のために持続的に測定を実行する。端末は、サービングセルとの無線リンクの品質悪化(deterioration)により現在状況で通信が不可能かどうかを決定する。もし、サービングセルの品質があまりにも低くて通信がほぼ不可能な場合、端末は、現在状況を無線連結失敗であると決定する。
もし、無線リンク失敗が決定されると、端末は、現在のサービングセルとの通信維持をあきらめ、セル選択(または、セル再選択)手順を介して新しいセルを選択し、新しいセルへのRRC接続再確立(RRC connection re−establishment)を試みる。
3GPP LTEのスペックでは、正常に通信することができない場合として下記のような例示を挙げている。
−端末の物理階層の無線品質測定結果に基づいて、端末が下り通信リンク品質に深刻な問題があると判断した場合(RLM実行中、PCellの品質が低いと判断した場合)
−MAC副階層でランダムアクセス(random access)手順が持続的に失敗してアップリンク送信に問題があると判断した場合
−RLC副階層で上りデータ送信が持続的に失敗してアップリンク送信に問題があると判断した場合
−ハンドオーバを失敗したと判断した場合
−端末が受信したメッセージが完全性検査(integrity check)を通過することができない場合
以下、RRC接続再確立(RRC connection re−establishment)手順に対し、より詳細に説明する。
図10は、RRC接続再確立手順を示す。
図10を参照すると、端末は、SRB0(Signaling Radio Bearer #0)を除外した、設定されている全ての無線ベアラ(radio bearer)使用を中断し、AS(Access Stratum)の各種副階層を初期化させる(S710)。また、各副階層及び物理階層を基本構成(default configuration)に設定する。このような過程中、端末は、RRC接続状態を維持する。
端末は、RRC接続再設定手順を実行するためのセル選択手順を実行する(S720)。RRC接続再確立手順中に、セル選択手順は、端末がRRC接続状態を維持しているにもかかわらず、端末がRRCアイドル状態で実行するセル選択手順と同じように実行されることができる。
端末は、セル選択手順を実行した後、該当セルのシステム情報を確認することで該当セルが適合なセルかどうかを判断する(S730)。もし、選択されたセルが適切なE−UTRANセルであると判断された場合、端末は、該当セルにRRC接続再確立要求メッセージ(RRC connection reestablishment request message)を送信する(S740)。
一方、RRC接続再確立手順を実行するためのセル選択手順を介して選択されたセルが、E−UTRAN以外の異なるRATを使用するセルであると判断された場合、RRC接続再確立手順を中断し、端末は、RRCアイドル状態に進入する(S750)。
端末は、セル選択手順及び選択したセルのシステム情報受信を介して、制限された時間内にセルの適切性確認を終えるように具現されることができる。そのために、端末は、RRC接続再確立手順を開始することによってタイマを駆動させることができる。タイマは、端末が適合なセルを選択したと判断された場合、中断されることができる。タイマが満了された場合、端末は、RRC接続再確立手順が失敗したと見なし、RRCアイドル状態に進入することができる。以下、このタイマを無線リンク失敗タイマという。LTEスペックTS 36.331では、T311という名称のタイマが無線リンク失敗タイマとして活用されることができる。端末は、このタイマの設定値をサービングセルのシステム情報から取得することができる。
端末からRRC接続再確立要求メッセージを受信して要求を受諾した場合、セルは、端末にRRC接続再確立メッセージ(RRC connection reestablishment message)を送信する。
セルからRRC接続再確立メッセージを受信した端末は、SRB1に対するPDCP副階層とRLC副階層を再構成する。また、セキュリティ設定と関連している各種キー値を再計算し、セキュリティを担当するPDCP副階層を新しく計算したセキュリティキー値で再構成する。それによって、端末とセルとの間のSRB1が開放され、RRC制御メッセージをやりとりすることができるようになる。端末は、SRB1の再開を完了し、セルにRRC接続再確立手順が完了したというRRC接続再確立完了メッセージ(RRC connection reestablishment complete message)を送信する(S760)。
それに対し、端末からRRC接続再確立要求メッセージを受信して要求を受諾しない場合、セルは、端末にRRC接続再確立拒絶メッセージ(RRC connection reestablishment reject message)を送信する。
RRC接続再確立手順が成功的に実行されると、セルと端末は、RRC接続再設定手順を実行する。それによって、端末は、RRC接続再確立手順を実行する前の状態を回復し、サービスの連続性を最大限保障する。
図11は、端末がRRC_IDLE状態で有することができるサブ状態(substate)とサブ状態移動過程を例示する。
図11を参照すると、端末は、最初セル選択過程を実行する(S801)。最初セル選択過程は、PLMNに対して格納したセル情報がない場合、または正規セル(suitable cell)を探すことができない場合に実行されることができる。
最初セル選択過程で正規セルをさがすことができない場合、任意セル選択状態(S802)に移動する。任意セル選択状態は、正規セルにも受容可能なセルにもキャンプオン(camp on)できない状態であり、端末がキャンプできる任意のPLMNの受容可能なセル(acceptable cell)を探すために試みる状態である。端末がキャンプできるどのようなセルも探すことができない場合、端末は、受容可能なセルをさがす時まで持続的に任意セル選択状態にとどまる。
最初セル選択過程で正規セルをさがすと、正規キャンプ状態(S803)に移動する。正規キャンプ状態は、正規セルにキャンプオン(camp on)した状態を意味し、システム情報を介して与えられた情報によってページングチャネル(paging channel)を選択してモニタリングすることができ、セル再選択のための評価過程を実行することができる。
正規キャンプ状態(S803)でセル再選択評価過程(S804)が誘発されると、セル再選択評価過程(S804)を実行する。セル再選択評価過程(S804)で正規セル(suitable cell)が発見される場合、再び正規キャンプ状態(S803)に移動する。
任意セル選択状態(S802)で、受容可能なセルが発見される場合、任意セルキャンプ状態(S805)に移動する。任意セルキャンプ状態は、受容可能なセルにキャンプオン(camp on)した状態である。
任意セルキャンプ状態(S805)で、端末は、システム情報を介して与えられた情報によってページングチャネル(paging channel)を選択してモニタリングすることができ、セル再選択のための評価過程(S806)を実行することができる。前記セル再選択のための評価過程(S806)で受容可能なセル(acceptable cell)が発見されない場合、任意セル選択状態(S802)に移動する。
次に、D2D動作に対して説明する。3GPP LTE−Aでは、D2D動作と関連しているサービスを近接サービス(Proximity Services:ProSe)という。以下、近接サービス(ProSe)に対して記述する。以下、ProSeは、D2D動作と同等な概念であり、ProSeはD2D動作と混用されることができる。
ProSeには、ProSe直接通信(communication)とProSe直接発見(direct discovery)がある。ProSe直接通信は、近接した2以上の端末間で実行される通信を意味する。前記端末は、ユーザ平面のプロトコルを利用して通信を実行することができる。ProSe可能端末(ProSe−enabled UE)は、ProSeの要求条件と関連している手順をサポートする端末を意味する。別の言及がない場合、ProSe可能端末は、公用安全端末(public safety UE)と非公用安全端末(non−public safety UE)を両方とも含む。公用安全端末は、公用安全に特化された機能とProSe過程を両方ともサポートする端末であり、非公用安全端末は、ProSe過程はサポートするが、公用安全に特化された機能はサポートしない端末である。
ProSe直接発見(ProSe direct discovery)は、ProSe可能端末が、隣接した他のProSe可能端末を発見するための過程であり、このとき、前記2個のProSe可能端末の能力のみを使用する。EPC次元のProSe発見(EPC−level ProSe discovery)は、EPCが2個のProSe可能端末の近接可否を判断し、前記2個のProSe可能端末にそれらの近接を知らせる過程を意味する。
以下、便宜上、ProSe直接通信はD2D通信といい、ProSe直接発見はD2D発見という。
図12は、ProSeのための基準構造を示す。
図12を参照すると、ProSeのための基準構造は、E−UTRAN、EPC、ProSe応用プログラムを含む複数の端末、ProSe応用サーバ(ProSe APP server)、及びProSe機能(ProSe function)を含む。
EPCは、E−UTRANコアネットワーク構造を代表する。EPCは、MME、S−GW、P−GW、政策及び課金規則(policy and charging rules function:PCRF)、ホーム加入者サーバ(home subscriber server:HSS)などを含むことができる。
ProSe応用サーバは、応用機能を作成するためのProSe能力のユーザである。ProSe応用サーバは、端末内の応用プログラムと通信することができる。端末内の応用プログラムは、応用機能を作成するためのProSe能力を使用することができる。
ProSe機能は、下記のうち少なくとも一つを含むことができるが、必ずこれに制限されるものではない。
−第3者応用プログラムに向かう基準点を介したインターワーキング(Interworking via a reference point towards the 3rd party applications)
−発見及び直接通信のための認証及び端末に対する設定(Authorization and configuration of the UE for discovery and direct communication)
−EPC次元のProSe発見の機能(Enable the functionality of the EPC level ProSe discovery)
−ProSeと関連した新しい加入者データ及びデータ格納調整、ProSe IDの調整(ProSe related new subscriber data and handling of data storage、and also handling of ProSe identities)
−セキュリティ関連機能(Security related functionality)
−政策関連機能のためにEPCに向かう制御提供(Provide control towards the EPC for policy related functionality)
−課金のための機能提供(Provide functionality for charging(via or outside of EPC、例えば、offline charging))
以下、ProSeのための基準構造において、基準点と基準インターフェースを説明する。
−PC1:端末内のProSe応用プログラムとProSe応用サーバ内のProSe応用プログラムとの間の基準点である。これは応用次元でシグナリング要求条件を定義するために使われる。
−PC2:ProSe応用サーバとProSe機能との間の基準点である。これはProSe応用サーバとProSe機能との間の相互作用を定義するために使われる。ProSe機能のProSeデータベースの応用データアップデートが前記相互作用の一例になることができる。
−PC3:端末とProSe機能との間の基準点である。端末とProSe機能との間の相互作用を定義するために使われる。ProSe発見及び通信のための設定が前記相互作用の一例になることができる。
−PC4:EPCとProSe機能との間の基準点である。EPCとProSe機能との間の相互作用を定義するために使われる。前記相互作用は、端末間に1:1通信のための経路を設定する時、またはリアルタイムセッション管理や移動性管理のためのProSeサービスを認証する時を例示することができる。
−PC5:端末間に発見及び通信、中継、1:1通信のために制御/ユーザ平面を使用するための基準点である。
−PC6:互いに異なるPLMNに属するユーザ間にProSe発見のような機能を使用するための基準点である。
−SGi:応用データ及び応用次元制御情報交換のために使われることができる。
<ProSe直接通信:ProSe Direct Communication>
ProSe直接通信は、2個の公用安全端末がPC5インターフェースを介して直接通信することができる通信モードである。この通信モードは、端末がE−UTRANのカバレッジ内でサービスを受ける場合やE−UTRANのカバレッジから外れた場合の両方ともでサポートされることができる。
図13は、ProSe直接通信を実行する端末とセルカバレッジの配置例を示す。
図13(a)を参照すると、端末A及びBは、セルカバレッジ外に位置できる。図13(b)を参照すると、端末Aは、セルカバレッジ内に位置し、端末Bは、セルカバレッジ外に位置できる。図13(c)を参照すると、端末A及びBは、両方とも単一セルカバレッジ内に位置できる。図13(d)を参照すると、端末Aは、第1のセルのカバレッジ内に位置し、端末Bは、第2のセルのカバレッジ内に位置できる。
ProSe直接通信は、図13のように多様な位置にある端末間に実行されることができる。
一方、ProSe直接通信には下記のIDが使われることができる。
ソースレイヤ−2 ID:このIDは、PC5インターフェースでパケットの送信子を識別させる。
目的レイヤ−2 ID:このIDは、PC5インターフェースでパケットのターゲットを識別させる。
SA L1 ID:このIDは、PC5インターフェースでスケジューリング割当(scheduling assignment:SA)でのIDである。
図14は、ProSe直接通信のためのユーザ平面プロトコルスタックを示す。
図14を参照すると、PC5インターフェースは、PDCH、RLC、MAC及びPHY階層で構成される。
ProSe直接通信では、HARQフィードバックがない場合がある。MACヘッダは、ソースレイヤ−2 ID及び目的レイヤ−2 IDを含むことができる。
<ProSe直接通信のための無線リソース割当>
ProSe可能端末は、ProSe直接通信のためのリソース割当に対し、下記の二つのモードを利用することができる。
1.モード1
モード1は、ProSe直接通信のためのリソースを基地局からスケジューリングを受けるモードである。モード1により端末がデータを送信するためにはRRC_CONNECTED状態でなければならない。端末は、送信リソースを基地局に要求し、基地局は、スケジューリング割当及びデータ送信のためのリソースをスケジューリングする。端末は、基地局にスケジューリング要求を送信し、ProSe BSR(Buffer Status Report)を送信することができる。基地局は、ProSe BSRに基づいて、前記端末がProSe直接通信をするデータを有しており、この送信のためのリソースが必要であると判断する。
2.モード2
モード2は、端末が直接リソースを選択するモードである。端末は、リソースプール(resource pool)で直接ProSe直接通信のためのリソースを選択する。リソースプールは、ネットワークにより設定され、または予め決まることができる。
一方、端末がサービングセルを有している場合、即ち、端末が基地局とRRC_CONNECTED状態にある場合、またはRRC_IDLE状態で特定セルに位置した場合、前記端末は、基地局のカバレッジ内にあると見なされる。
端末がカバレッジ外にある場合、前記モード2のみ適用されることができる。もし、端末がカバレッジ内にある場合、基地局の設定によってモード1またはモード2を使用することができる。
他の例外的な条件がない場合、基地局が設定した時にのみ、端末は、モード1からモード2に、またはモード2からモード1にモードを変更することができる。
<ProSe直接発見(ProSe direct discovery)>
ProSe直接発見は、ProSe可能端末が、近接した他のProSe可能端末を発見するときに使われる手順を意味し、D2D発見とも呼ばれる。このとき、PC5インターフェースを介したE−UTRA無線信号が使われることができる。以下、ProSe直接発見に使われる情報を発見情報(discovery information)という。
図15は、D2D発見のためのPC5インターフェースを示す。
図15を参照すると、PC5インターフェースは、MAC階層、PHY階層と上位階層であるProSe Protocol階層で構成される。上位階層(ProSe Protocol)で発見情報(discovery information)のお知らせ(anouncement:以下、アナウンスメント)及びモニタリング(monitoring)に対する許可を扱い、発見情報の内容は、AS(access stratum)に対して透明(transparent)である。ProSe Protocolは、アナウンスメントのために有効な発見情報のみがASに伝達されるようにする。
MAC階層は、上位階層(ProSe Protocol)から発見情報を受信する。IP階層は、発見情報送信のために使われない。MAC階層は、上位階層から受けた発見情報をアナウンスするために使われるリソースを決定する。MAC階層は、発見情報を伝送するMAC PDU(protocol data unit)を作成して物理階層に送る。MACヘッダは追加されない。
発見情報アナウンスメントのために二つのタイプのリソース割当がある。
1.タイプ1
発見情報のアナウンスメントのためのリソースが、端末特定的でなく割り当てられる方法であり、基地局が端末に発見情報アナウンスメントのためのリソースプール設定を提供する。この設定は、SIBでシグナリングされることができる。
端末は、指示されたリソースプールから自体的にリソースを選択し、選択したリソースを利用して発見情報をアナウンスする。端末は、各発見周期(discovery period)中に任意に選択したリソースを介して発見情報をアナウンスすることができる。
2.タイプ2
発見情報のアナウンスメントのためのリソースが、端末特定的に割り当てられる方法である。RRC_CONNECTED状態にある端末は、RRC信号を介して基地局に発見信号アナウンスメントのためのリソースを要求することができる。基地局は、RRC信号で発見信号アナウンスメントのためのリソースを割り当てることができる。端末に設定されたリソースプール内で発見信号モニタリングのためのリソースが割り当てられることができる。
RRC_IDLE状態にある端末に対して、基地局は、1)発見信号アナウンスメントのためのタイプ1のリソースプールをSIBで知らせることができる。ProSe直接発見が許容された端末は、RRC_IDLE状態で発見情報アナウンスメントのためにタイプ1のリソースプールを利用する。または、基地局は、2)SIBを介して前記基地局が、ProSe直接発見はサポートすることを知らせるが、発見情報アナウンスメントのためのリソースは提供しない。この場合、端末は、発見情報アナウンスメントのためにはRRC_CONNECTED状態に進入しなければならない。
RRC_CONNECTED状態にある端末に対して、基地局は、RRC信号を介して前記端末が発見情報アナウンスメントのためにタイプ1のリソースプールを使用するか、またはタイプ2のリソースを使用するかを設定することができる。
図16は、ProSe発見過程の一実施例である。
図16を参照すると、端末Aと端末Bは、ProSe可能な応用プログラム(ProSe−enabled application)が運用されており、前記応用プログラムで相互間に‘友人’である関係、即ち、相互間にD2D通信を許容することができる関係に設定されていると仮定する。以下、端末Bは、端末Aの‘友人’と表現できる。前記応用プログラムは、例えば、ソーシャルネットワーキングプログラムである。‘3GPP Layers’は、3GPPにより規定された、ProSe発見サービスを利用するための応用プログラムの機能に対応される。
端末Aと端末Bとの間の直接発見は、下記の過程を経ることができる。
1.まず、端末Aは、応用サーバと正規応用レイヤ通信(regular application−Layer communication)を実行する。この通信は、応用プログラムインターフェース(Application programming interface:API)に基づいて行われる。
2.端末AのProSe可能応用プログラムは、‘友人’である関係にある応用レイヤIDのリストを受信する。前記応用レイヤIDは、一般的にネットワーク接続ID形態である。例えば、端末Aの応用レイヤIDは、“adam@example.com”のような形態である。
3.端末Aは、端末Aのユーザのための個人表現コード(private expressions codes)、前記ユーザの友人のための個人表現コードを要求する。
4.3GP Playersは、ProSeサーバに表現コード要求を送信する。
5.ProSeサーバは、運営者または第3者応用サーバから提供される応用レイヤIDを個人表現コードにマッピングする。例えば、“adam@example.com”のような応用レイヤIDは、“GTER543$#2FSJ67DFSF”のような個人表現コードにマッピングされることができる。このマッピングは、ネットワークの応用サーバから受けたパラメータ(例えば、マッピングアルゴリズム、キー値等)に基づいて実行されることができる。
6.ProSeサーバは、導出された表現コードを3GPP layersに応答する。3GPP layersは、要求された応用レイヤIDに対する表現コードが成功的に受信されたことをProSe可能応用プログラムに知らせる。そして、応用レイヤIDと表現コードとの間のマッピングテーブルを生成する。
7.ProSe可能応用プログラムは、3GPP layersに発見手順を開始するように要求する。即ち、提供された‘友人’のうち一つが端末Aの近くにあり、直接通信が可能な時に発見を試みるようにする。3GPP layersは、端末Aの個人表現コード(即ち、前記例において、“adam@example.com”の個人表現コードである“GTER543$#2FSJ67DFSF”)を知らせる(announce)。以下、これを‘アナウンス’という。該当応用プログラムの応用レイヤIDと個人表現コードとの間のマッピングは、このようなマッピング関係を予め受信した‘友人’のみが知ることができ、そのマッピングを実行することができる。
8.端末Bは、端末Aと同じProSe可能応用プログラムを運用中であり、前述した3乃至6ステップを実行したと仮定する。端末Bにある3GPP layersは、ProSe発見を実行することができる。
9.端末Bが端末Aから前述したアナウンスを受信すると、端末Bは、前記アナウンスに含まれている個人表現コードが自分が知っているかどうか及び応用レイヤIDとマッピングされるかどうかを判断する。8ステップで説明したように、端末Bも3乃至6ステップを実行したため、端末Aに対する個人表現コード、個人表現コードと応用レイヤIDとのマッピング、該当応用プログラムが何かを知っている。したがって、端末Bは、端末Aのアナウンスから端末Aを発見することができる。端末B内で、3GPP layersは、ProSe可能応用プログラムに“adam@example.com”を発見したことを知らせる。
図16では、端末A及び端末BとProSeサーバ、応用サーバなどを全て考慮して発見手順を説明した。端末Aとの端末Bとの間の動作側面に限定してみると、端末Aは、アナウンスと呼ばれる信号を送信し(この過程をアナウンスメントという)、端末Bは、前記アナウンスを受信して端末Aを発見する。即ち、各端末で行われる動作のうち他の端末と直接的に関連した動作は、一つのステップだけであるという側面で、図16の発見過程は、単一ステップ発見手順とも呼ばれる。
図17は、ProSe発見過程の他の実施例である。
図17において、端末1乃至4は、特定GCSE(group communication system enablers)グループに含まれている端末と仮定する。端末1は、発見者(discoverer)であり、端末2、3、4は、発見される者(discoveree)であると仮定する。端末5は、発見過程と関係がない端末である。
端末1及び端末2−4は、発見過程で下記の動作を実行することができる。
まず、端末1は、前記GCSEグループに含まれている任意の端末が周囲にあるかどうかを発見するために、ターゲット発見要求メッセージ(targeted discovery request message、以下、発見要求メッセージまたはM1と略称できる)をブロードキャストする。ターゲット発見要求メッセージには、前記特定GCSEグループの固有な応用プログラムグループIDまたはレイヤ−2グループIDを含むことができる。また、ターゲット発見要求メッセージには、端末1の固有なID、即ち、応用プログラム個人IDを含むことができる。ターゲット発見要求メッセージは、端末2、3、4及び5により受信されることができる。
端末5は、何らの応答メッセージを送信しない。それに対し、前記GCSEグループに含まれている端末2、3、4は、前記ターゲット発見要求メッセージに対する応答としてターゲット発見応答メッセージ(Targeted discovery response message、以下、発見応答メッセージまたはM2と略称できる)を送信する。ターゲット発見応答メッセージには、このメッセージを送信する端末の固有な応用プログラム個人IDが含まれることができる。
図17で説明したProSe発見過程で端末間の動作を見ると、発見者(端末1)は、ターゲット発見要求メッセージを送信し、これに対する応答であるターゲット発見応答メッセージを受信する。また、発見される者(例えば、端末2)もターゲット発見要求メッセージを受信すると、これに対する応答としてターゲット発見応答メッセージを送信する。したがって、各端末は、2ステップの動作を実行する。このような側面で、図17のProSe発見過程は、2ステップ発見手順という。
前記図17で説明した発見手順に加えて、もし、端末1(発見者)がターゲット発見応答メッセージに対する応答として発見確認メッセージ(discovery confirm message、以下、M3と略称できる)を送信する場合、これは3ステップ発見手順という。
以下、本発明に対して説明する。
端末間のD2D動作(1回性または反復性)は、トリガリング(triggering)により実行されることができる。端末の装置特性/能力(capability)によって、端末は、現在サービングセルとの通信とD2D動作を同時に実行できない場合がある。この場合、端末は、前記D2D動作を実行するために、特定時間区間の間にサービングセルとの通信を一時的に中断し、D2D動作またはD2D動作に関連した手順を実行することが必要である。
端末が上記の通りにD2D動作のためにサービングセルとの通信を一時的に中断することを許容するために、ネットワークは、前記特定時間区間を端末に割り当てることができる。または、ネットワークは、端末が上記の通りにD2D動作のためにサービングセルとの通信を一時的に中断することを許容する指示子を端末に送信することができる。端末は、前記特定時間区間内でサービングセルが送信する制御信号(例:PDCCH)をモニタリングしない。
前記特定時間区間内で、端末は、ネットワークが送信する制御信号をモニタリングしない(または、ネットワークと一時的に接続を切って)代わりに、下記の動作を実行することができる。
端末は、他の端末が送信するD2D信号をモニタリングし、または他の端末にD2D信号を送信することができる。前記D2D信号は、前述したD2D通信、D2D発見の各々で決められる信号である。即ち、前記特定時間区間内で、端末は、D2D動作のための信号の送受信を実行することができる。端末は、前記特定時間区間内で、D2D発見のみを実行し、またはD2D通信のみを実行し、または両方ともを実行することができる。
以下、前記特定時間区間をD2D動作のためのギャップ(gap for D2D operation)または簡単にギャップという。
図18は、本発明の一実施例に係るD2D動作方法を示す。
図18を参照すると、端末1は、ギャップ要求メッセージをネットワークに送信することができる(S181)。
端末は、ネットワークにD2D動作のためのギャップ(gap)、即ち、特定時間区間を設定することを要求することができ、D2D動作のためのギャップを要求する情報を以下でギャップ要求情報という。端末は、RRCメッセージを介してギャップ要求情報をネットワークに送信することができる。一例として、端末がD2D動作を実行しようとすることをネットワークに知らせるRRCメッセージに前記ギャップ要求情報を含むことができる。他の例として、端末が指示する特定周波数でD2D動作を実行しようとすることをネットワークに知らせるRRCメッセージを受信したサービングセルは、端末が報告した能力(capability)を考慮して端末が指示した周波数でD2D動作の実行時にギャップが必要かどうかを判断することができる。他の例として、ギャップ要求情報は、測定報告(measurement report)に含まれることができる。
S181ステップは、端末がD2D動作のためのギャップを要求する必要がある時、前記ギャップ要求メッセージ(RRCメッセージ)が誘発されると表現することもできる。
ギャップ要求情報には、完全なD2D動作のために必要であると予想される、端末が選好する時間区間が含まれることができる。即ち、端末は、単純にネットワークにD2D動作のためのギャップを要求することもできるが、端末自体が選好する時間区間をネットワークに知らせながら、D2D動作のためのギャップを要求することもできる。
ギャップ要求情報は、多様な情報をさらに含むことができる。
例えば、ギャップ要求情報にはD2D動作の対象となるターゲット端末の位置に対する情報を指示するフィールド(これを近接度指示フィールドという)が含まれることができる。近接度指示フィールドは、ターゲット端末の正確な位置を知らせ、または予め規定された範囲のうちどこに該当されるかに対してのみ知らせることもできる。例えば、近接度指示フィールドが2ビットで構成され、端末の近接度を非常に近い、中間、遠く離れるのような三つのレベルに分けると、近接度指示フィールドの値と各レベルは、以下の表のようにマッピングされることができる。
ターゲット端末の位置に対する情報は、ネットワークがD2D動作を実行しようとする端末に対してD2D信号の送信に使われる送信電力値を決定するのに使われ、またはD2D動作のためのギャップに必要な時間区間を決定するのに使われることができる。
ネットワークは、端末からギャップ要求情報を受信すると、特定時間区間の間に前記端末に対するダウンリンクリソース割当を中止し、前記端末に対するダウンリンクトラフィック(ある場合)をバッファに格納することができる(S182)。
その後、ネットワークは、前記端末にギャップ設定情報を送信する(S183)。ここで、ギャップ設定情報は、D2D動作のためのギャップを設定する情報を意味する。
ギャップ設定情報は、RRCメッセージを介して送信されることができる。ギャップ設定メッセージは、測定設定(measurement configuration)に含まれることができる。
ギャップ設定情報で、D2D動作のためのギャップ(gap)は、多様な方式に指示されることができる。
例えば、D2D動作のためのギャップ(gap)は、任意のサブフレームの個数に指示されることができる。または、予め指定された限定された個数の値(例えば、K、L、M:K、L、Mは、自然数)のうちいずれか一つの値(例えば、K)が指示され、前記指示された値ほどのサブフレーム個数をD2D動作のためのギャップ(gap)として使用することもできる。
ギャップ設定情報は、前記端末のD2D信号送信時の送信電力レベルを設定する情報をさらに含むこともできる。
また、ギャップ設定情報は、前記端末のD2D信号送信が許容される時間区間を設定する情報をさらに含むことができる。例えば、特定端末に対するD2D動作のためのギャップがサブフレーム1からサブフレーム4までに設定されたと仮定する。このとき、端末は、前記サブフレーム1からサブフレーム4までの全てでD2D信号の送信が許容されることもできるが、一部サブフレーム、例えば、サブフレーム2−3でのみD2D信号送信が許容されることもできる。このとき、D2D信号送信が許容される時間区間を設定する情報がサブフレーム2−3を指示することができる。もし、D2D信号送信が許容される時間区間を設定する情報が設定されない、またはエラーが発生する場合、D2D動作のためのギャップ内で端末がD2D信号を送信することができる時間区間は、予め決められた値と見なされることができる。
ギャップ設定情報を受信した端末は、ギャップ設定情報により設定された‘D2D動作のためのギャップ’でネットワークが送信するダウンリンク信号の受信を中止することができる(S184)。例えば、端末は、PDCCHのような制御チャネルのモニタリングをD2D動作のためのギャップ区間で中止することができる。
端末は、D2D動作のためのギャップ区間で他の端末(端末2)とD2D動作を実行する(S185)。
図18で示していないが、もし、端末がD2D動作のためのギャップが経過する前にD2D動作を完了した場合、直ちに、端末は、前記D2D動作のためのギャップの使用が完了したことをネットワークに知らせることができる。
または、D2D動作のためのギャップが経過する前にD2D動作を完了しても、端末は、前記D2D動作のためのギャップの使用が完了したことをネットワークに知らせない場合もある。ネットワークは、前記端末に対してD2D動作のためのギャップが開始されると同時にタイマを動作させ、前記タイマが満了されると、前記端末に対するD2D動作のためのギャップも満了されたと認識できる。この方法によると、端末からの別途のお知らせメッセージが不必要である。
または、D2D動作のためのギャップが経過する前にD2D動作を完了すると、端末は、前記D2D動作のためのギャップの使用が完了したことをネットワークに知らせ、前記お知らせの時点は、前記D2D動作のためのギャップが満了された時点である。即ち、D2D動作のためのギャップの満了前にD2D動作を完了しても、D2D動作のためのギャップが満了された時点になって前記D2D動作のためのギャップの使用完了をネットワークに知らせる。このとき、端末は、D2D動作の完了可否もネットワークに知らせることができる。それによって、ネットワークは、追加的なD2D動作のためのギャップを設定すべきかどうかを決定することができる。
前述した方法では、端末がネットワークにギャップ要求情報を送信し、これに対する応答としてネットワークがギャップ設定情報を送信する方式によりD2D動作のためのギャップが設定された。以下、端末が自体的にD2D動作のためのギャップを設定する例に対して説明する。
ネットワークは、特定時間区間に対して、D2D動作のためのギャップと端末が利用可能な総サブフレーム間の最大の割合を規定して端末に知らせることができる。
前記特定時間区間は、動的ウィンドウ(moving window)に基づいて構成されることができる。例えば、前記特定時間区間が100ms、即ち、100個のサブフレームの時、現在サブフレームを基準にして、以後100個のサブフレームが動的ウィンドウに該当できる。
端末は、動的ウィンドウで前記最大の割合を超えない限度内では自体的にD2D動作のためのギャップに使われるサブフレームを設定することが許容されることができる。
前記特定時間区間は、特定周期を有する連続的な時間区間に基づいて構成されることができる。例えば、100ms周期に前記特定時間区間が繰り返して発生する形態で構成されることができる。
前記特定時間区間の間に端末がD2D動作のためのギャップとして使用することができる時間の総和に対して最大時間が規定されることができる。前記最大時間は、端末に予め設定され、またはネットワークにより設定されることができる。前記最大時間は、端末に割合(%)に設定されることができ、この場合、前記割合は、前記最大時間と前記特定時間との割合で定義される。
ネットワークは、特定時間区間に対して、D2D動作のためのギャップを最大いくつまで設定できるかを規定して端末に知らせることができる。この場合、端末は、D2D動作のためのギャップの最大許容個数内で自体的に一つまたは複数のD2D動作のためのギャップを設定することもできる。
また、一つのD2D動作のためのギャップの最大区間も、予め決められ、またはネットワークにより設定されることができる。端末は、前記最大区間値を超えない範囲内で自体的にD2D動作のためのギャップを設定することができる。
端末がD2D動作のためのギャップを設定した後、特定の時間が経過する前までは再びD2D動作のためのギャップが設定できないようにすることが可能である。このとき、前記特定の時間を禁止区間(prohibit period)という。禁止区間は、予め決められ、またはネットワークにより設定されることができる。端末は、禁止区間が経過した後になって、再びD2D動作のためのギャップを設定することができる。
D2D動作のためのギャップに対する設定及びD2D動作のためのギャップを端末が自体的に設定できるかどうかは、端末別に適用可否が変わり、または周波数別に変わることができる。ネットワークは、端末がD2D動作のためのギャップを自体的に設定/生成することができる周波数帯域を知らせることができる。ネットワークは、周波数別にD2D動作のためのギャップの最大設定個数を知らせることができる。
ネットワークは、ブロードキャスト信号または特定端末に対する専用信号を介して、端末が自体的にD2D動作のためのギャップを設定することができるかどうかを知らせることができる。
以下、D2Dリソースの設定を受ける端末の立場で、端末がD2D動作のためのギャップをどのように設定するかに対して説明する。以下、端末は、ギャップ要求メッセージ、ギャップ設定メッセージをネットワークと交換せずに、D2Dリソースのみ設定された端末である。
図19は、本発明の他の実施例に係る端末のD2D動作を示す。
図19を参照すると、端末は、ネットワークからD2Dリソースプールに対する情報を受信する(S191)。
例えば、端末は、ネットワークからD2D発見に使われることができるD2D発見リソースプール(resource pool)に対する情報を受信することができる。D2D発見リソースプールは、時間領域で少なくとも一つのサブフレームと周波数領域で少なくとも一つのリソースブロックを含むことができる。
端末は、ネットワークからギャップ設定許容情報を受信する(S192)。ギャップ設定許容情報は、端末がギャップを設定することができるように許容するかどうかを指示する情報である。ギャップ設定許容情報は、1ビットで構成されることができ、端末別に設定されることができる。ギャップ設定許容情報は、D2Dリソースプールに対する情報と別個に提供され、または共に提供されることができる。ギャップ設定許容情報は、RRCメッセージのような上位階層信号を介して提供されることができる。以下、図19ではギャップ設定許容情報が端末にギャップを自体的に設定することができるように許容したと仮定する。
端末は、D2D動作のためのギャップを設定する(S193)。
端末は、D2D動作のためのギャップでダウンリンク信号受信を中止する(S194)。
端末は、D2Dリソースプールに対する情報をに基づいてD2D発見リソースプールの設定を受けると、前記D2D発見リソースプールに属するサブフレーム及び前記サブフレームの前後のサブフレームでサービングセルのダウンリンク信号(例:PDCCH)を読まないこともある。隣接セルのD2D発見リソースプールに属するサブフレーム及び前記サブフレームの前後のサブフレームでサービングセルのダウンリンク信号(例:PDCCH)を読まないこともある。
端末は、D2D動作のためのギャップ区間で他の端末とD2D動作を実行する(S195)。
前記D2D動作は、D2D通信のためのD2D信号送受信及びD2D発見のためのD2D信号送受信のうち少なくとも一つを含むことができる。
図20は、図19でのD2Dリソースプール及び端末が設定するD2D動作のためのギャップを例示する。
図20には、D2Dリソースプール201、D2D動作のためのギャップ202、203、204が開示されている。D2Dリソースプール201は、D2D発見に使われるD2D発見リソースプールである。
例えば、FDDで、もし、端末が一つの受信機能部のみを備え、アップリンク搬送波の周波数帯域でD2D発見信号を受信すべき場合、前記端末は、前記アップリンク搬送波とシステム情報によりリンクされたダウンリンク搬送波で、D2D発見リソースプール201に属するサブフレーム202及びそのサブフレーム202の前後の一つずつのサブフレーム203、204ではダウンリンク信号を受信しないことがある。
前記例において、インター周波数測定のためにPDCCHモニタリングをしない時間区間である測定ギャップサブフレーム(measuremet gap subframe)は除外されることができる。また、D2D信号の受信に比べてページング(paging)信号の受信は、優先順位が高い。
図21は、本発明の実施例が具現される端末を示すブロック図である。
図21を参照すると、端末1100は、プロセッサ1110、メモリ1120及びRF部(radio frequency unit)1130を含む。プロセッサ1110は、提案された機能、過程及び/または方法を具現する。例えば、プロセッサ1110は、ネットワークからD2Dリソースプールに対する情報を受信し、D2Dリソースプールに対する情報が指示するD2Dリソースで他の端末とD2D動作を実行することができる。この過程で、ネットワークから送信されるダウンリンク信号を受信しないギャップ(gap)を前記D2Dリソースに基づいて前記端末が自体的に設定できる。
RF部1130は、プロセッサ1110と連結されて無線信号を送信及び受信する。
プロセッサは、ASIC(application−specific integrated circuit)、他のチップセット、論理回路及び/またはデータ処理装置を含むことができる。メモリは、ROM(read−only memory)、RAM(random access memory)、フラッシュメモリ、メモリカード、格納媒体及び/または他の格納装置を含むことができる。RF部は、無線信号を処理するためのベースバンド回路を含むことができる。実施例がソフトウェアで具現される時、前述した技法は、前述した機能を遂行するモジュール(過程、機能など)で具現されることができる。モジュールは、メモリに格納され、プロセッサにより実行されることができる。メモリは、プロセッサの内部または外部にあり、よく知られた多様な手段によりプロセッサと連結されることができる。