JP2017108352A

JP2017108352A - 無線基地局、無線端末、無線通信システム及び音声信号通信方法

Info

Publication number: JP2017108352A
Application number: JP2015242375A
Authority: JP
Inventors: 貴子堀; Takako Hori
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: US20180279321A1; US10966217B2; WO2017098675A1; JP6775163B2

Abstract

【課題】VoLTEのマルチレートコーデックの特性を活かして効率的なリソース制御を行うことで、緊急時に、収容ユーザー数の減少を抑制しつつ、輻輳制御を行うことができる装置及び方法を提供すること。【解決手段】緊急事態判断部１１３を設けることで緊急事態モードを設定可能とし、緊急事態モード時に無音区間検出部１１４、１２４が音声パケットの無音区間を検出した場合に、無音区間のパケットの送信及び割当の優先度を下げるようにした。これにより、緊急時に、収容ユーザー数の減少を抑制しつつ、輻輳制御を行うことができるようになる。【選択図】図２

Description

本開示は、VoLTE(Voice over Long Term Evolution)に対応した、無線基地局、無線端末、無線通信システム及び音声信号通信方法に関する。

地震等の大規模災害発生時には、多くのユーザーが被災地への安否確認等に音声電話を利用する。その結果、通信がつながりにくい状態となる。また、ネットワーク障害の発生時にも、通信がつながりにくい状態となる。このため緊急事態発生時において、トラヒックを削減する目的で通信の規制が実施されることがある。例えば、災害時の呼の規制に関する技術が、特許文献１に記載されている。

特開２０１５−１４２２９３号公報

3GPP TS 23.203, "Policy and charging control architecture, v13.5.1" 3GPP TS 26.071, "Mandatory speech CODEC speech processing functions; AMR speech Codec; General description, v12.0.0" 3GPP TS 26.171, "Speech codec speech processing functions; Adaptive Multi-Rate - Wideband (AMR-WB) speech codec; General description, v12.0.0" 3GPP TS 26.441, "Codec for Enhanced Voice Services (EVS); General overview, v12.1.0" 3GPP TS 36.321, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification, v12.7.0" IETF RFC 4867, "RTP Payload Format and File Storage Format for the Adaptive Multi-Rate (AMR) and Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB) Audio Codecs" 3GPP TS 26.114, "IP Multimedia Subsystem (IMS); Multimedia telephony; Media handling and interaction, v13.1.0" 3GPP TS 23.401, "General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access, v13.4.0" 3GPP TS 23.228, "IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2, v13.4.0" 3GPP TS 36.331, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification, v12.7.0" 3GPP TS 22.011, "Service accessibility, v14.0.0"

ところで、特許文献１に記載されているように、呼に優先度を設定する通信規制を行えば、確かに呼の優先度が高いユーザーの通信は確保される。しかし、呼の優先度が低いユーザーは通信できなくなる可能性が高くなるといった欠点もある。

よって、緊急事態発生時に、収容ユーザー数をできるだけ削減することなく、輻輳制御を行うことができる技術が望まれる。

本開示の一態様の目的は、VoLTEのマルチレートコーデックの特性を活かして効率的なリソース制御を行うことで、緊急時に、収容ユーザー数の減少を抑制しつつ、輻輳制御を行うことができる装置及び方法を提供することである。

本開示の一態様に係る無線基地局は、
緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、
緊急事態の場合、下り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、
緊急事態の場合、無音区間のパケットに対する送信優先度を下げる優先度制御部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当要求を検出するリソース割当要求検出部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当の優先度を下げるリソース制御部と、
を具備する。

本開示の一態様に係る無線端末は、
緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、
緊急事態の場合、無線基地局に対する上りリソース割当要求に、無音区間の音声パケットであることを示す情報を付加する上り用リソース要求部と、
を具備する。

本開示の一態様に係る無線通信システムは、前記無線基地局と、前記無線端末とを具備する。

本開示の一態様に係る音声信号通信方法は、
VoLTEに対応した無線通信システムにおける音声信号通信方法であって、
緊急事態モードを設定する緊急事態モード設定ステップと、
音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出ステップと、
前記無音区間のパケットの優先度を下げるステップと、
を含む。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、緊急時に、収容ユーザー数の減少を抑制しつつ、輻輳制御を行うことができる。

本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

実施の形態の無線通信システムの構成を示す図実施の形態のeNB及びUEの構成を示す図緊急事態モードの設定手順を示す図緊急事態モードでの呼設定の手順を示す図緊急事態モードでの下り音声パケット処理手順を示す図緊急事態モードでの上り音声パケット処理手順を示す図他の実施の形態の説明に供する図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（１）原理
先ず、本実施の形態に至った経緯及び本実施の形態の原理について説明する。

LTEのサービスにおいて、end-to-end双方向リアルタイム性を要する音声通話(VoLTE)パケットは、非特許文献１に記載されているとおり、Mission Criticalサービスの場合を除き、VoLTE等の制御信号であるIMS信号に次ぐ優先度で扱われる。同じeNB(E-UTRAN NodeB: E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)無線基地局)に繋がる複数の無線端末が、同時にVoLTEサービスを使っていた場合、その優先度はeNBによって同じ扱いになる。

VoLTEに使われるAMR(Adaptive Multi-Rate)（非特許文献２）、AMR-WB(Adaptive Multi-Rate Wideband)（非特許文献３）、EVS(Enhanced Voice Services)（非特許文献４）などに記載されているような音声コーデックは、DTX(Discontinuous Transmission)技術をサポートしている。この技術では、ユーザーが話しをしていない間（無音区間）にデータ量の少ない擬似データを送ることで、必要となる無線帯域が節約される。

しかし、災害時等の緊急事態発生時に一斉にVoLTEが使われた場合、eNBでは大量の音声パケットを同時に扱う必要があり、全ての音声パケットを同じ優先度で扱うのは困難となる。そこで、本実施の形態では、無音区間のパケットの優先度を下げることにより、無線リソースの割り当てを効率的に行う。優先度が下げられた無音区間のパケットは、破棄されるか、或いは有音区間のパケットより遅く送信される。

これにより、有音区間のパケットの優先度を相対的に上げ、有音区間のパケットロスを抑えることにより、災害時等で一斉にVoLTEが使われた場合においても、品質劣化を抑えた通信を提供することが可能となる。また、無音区間のパケットの一部を破棄することにより、ユーザー収容数を高めることができる。つまり、緊急時にトラフィックが集中した場合でも、QoE(Quality of Experience)劣化を抑えた通信を行いつつ、一人でも多くのユーザーを収容することができるようになる。

具体的には、下りについては、eNBが無音区間の音声パケットの優先度を下げて送信する。又は無音区間のパケットの一部を送信しない。何故ならば、無音区間のパケットは、ロスしてもQoEへの影響は、有音区間パケットのロスに比べ小さいからである。因みに、eNBは、無音区間のパケットを、パケットの大きさ及びパケットの送信パターンにより検出することができる。具体的には、無音区間を示す56bits程度のデータ量のSID(Silence Insertion Descriptor)が8フレームに一回程度送られ、SIDとSIDとの間はデータを含まない、No Dataであることを示す０から数ビット程度の情報が送られる。eNBはこのパターンにより無音区間を検出することができる。例えば、EVSコーデックのVBR(Variable Bit Rate)モードでは、有音区間であってもSIDと同等サイズのデータが、数フレームに一回程度送られるが、無音区間とは他のフレームの大きさや、SIDと同等サイズのデータの送信パターンが異なるため、識別可能である。

一方、上りについては、UE(User Equipment: 無線端末)が上り用リソースを要求するシグナリングである、非特許文献５に記載されているようなBSR(Buffer Status Report)に、無音区間に対するBSRであることを明示的に示す情報を付加して送信する。無音区間に対するBSRである事を明示的に示すには、例えば非特許文献５のTable 6.2.1-2に記載されている、LCID(Logical Channel Identifier)のうち、Reservedとなっている値01100-10101のうちの一つを、無音区間に対するBSRとして割り当てる。eNBはこのBSRに対する上りリソース割当の優先度を下げる、又はBSRを無視する。なおUEは、エンコーダから渡される情報により、無音区間（SID又はNo Data）であることを検出することができる。

さらに、UEは、新たに発呼する際に送信するIMS(IP Multimedia Subsystem)シグナリングに付加されるSDP(Session Description Protocol)オファーを、低ビットレートの音声コーデックが用いられるように作成し、通信相手先UEに送信する。例えばAMRコーデックのビットレートのうち、一番低いビットレートである4.75kbpsのみ、またAMR-WBコーデックのビットレートのうち、一番低いビットレートである6.6kbpsのみ、SDPオファーに記述する。これにより低ビットレートでの通話が可能となる。また、SDPオファーのコーデックやRTPペイロードフォーマットを限定してもよい。例えばオファーするコーデックをAMRコーデックのみに限定し、ペイロードフォーマットも非特許文献６に記載されている2つのペイロードフォーマットのうち、Bandwidth-Efficientのみに限定する。つまりSDPオファーに含まれる複数の項目のうち最低限の項目のみを送る。これにより、IMSシグナリングのビット数下げることができ、より収容数を増やすことができるようになる。VoLTEで利用されるSDPオファー及び後述のSDPアンサーの例は、非特許文献７に記載されている。なお、通常時、及び緊急時にSDPオファーに記述するコーデック及びパラメータ等、及びSDPアンサーに記述するコーデック及びパラメータ等は、あらかじめUE内ソフトウェアやチップ内に静的に設定されてもよいし、ローミング等に対応するために、動的に設定されてもよい。動的に設定される場合は、例えばVoLTEサービスを提供するオペレータのサーバ等からUEに対しコーデック及びパラメータが通知されてもよいし、eNBからの報知情報及び又はeNBとのコネクション設立時のシグナリングのパラメータの一つとしてコーデック及びパラメータ等が通知されてもよい。また、UE内に各オペレータで設定するコーデック及びパラメータ等が格納されており、eNBからの報知情報により得られるPLMN ID(Public Land Mobile Network Identifier)やMNC(Mobile Network Code)などのオペレータ情報により、接続先オペレータを判別して、SDPに記述するコーデック及びパラメータ等を選択してもよい。

なお、eNB及びUEを上述の災害時等の緊急事態発生時のオペレーションに切り替えるために、VoLTEサービスを提供するオペレータのサーバ等から、eNB及びUEに対し緊急事態通知を送ってもよい。また、この緊急事態通知は上述のサーバ等からeNBのみに送り、UEへはeNBから通知を送ってもよい。また、緊急事態発生時のオペレーションに切り替えるための通知は、eNB及びUEだけではなく、VoLTEサービスを構成する他のネットワークノードにも送ってもよい。

（２）構成
図１は、本開示による音声信号通信方法が実行される無線通信システムの構成例を示す図である。図１の無線通信システム１００は、VoLTEを実行するための一般的な構成を示すものなので、ここでは簡単に説明する。無線通信システム１００は、非特許文献８に記載されているような、P-GW(Packet data network Gate Way)やS-GW(Serving Gate Way)等からなるEPC(Evolved Packet Core)１０１と、非特許文献９に記載されているようなIMS(IP Multimedia Subsystem)網１０２とが連携することで音声呼を実行するようになっている。サービス網１０３のサーバ１０３ａは上述のVoLTEサービスを提供するオペレータのサーバであり、このサーバ１０３aからEPC１０１に緊急事態であることを示す緊急情報等が提供される。E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Access Network)１０４のeNB１１０は自局の通信エリア内のUE１２０（１２０−１、………、１２０ｎ）とVoLTEに準拠した無線通信を行う。

図２は、本実施の形態のeNB１１０及びUE１２０の構成を示す。

eNB１１０は、無線受信部１１１、無線送信部１１２、緊急事態判断部１１３、無音区間検出部１１４、BSR(Buffer Status Report)解析部１１５、優先度制御部１１６及びリソース制御部１１７を有する。

UE１２０は、無線受信部１２１、無線送信部１２２、緊急事態判断部１２３、無音区間検出部１２４、上り用リソース要求部としてのBSR(Buffer Status Report)作成部１２５、及びSDP(Session Description Protocol)オファー作成部１２６を有する。

図３は、本実施の形態による緊急事態モードの設定手順を示す。サーバ１０３ａから緊急事態通知が送信されると、eNB１１０はステップＳ１０で緊急事態判断部１１３によって緊急事態であると判断し自局を緊急事態モードに設定する。またeNB１１０はUE１２０に緊急事態であることを通知する。UE１２０は、eNB１１０から緊急事態通知を受信すると、ステップＳ１１で緊急事態判断部１２３によって緊急事態であると判断し自局を緊急事態モードに設定する。なお、eNB１１０及びUE１２０への緊急事態通知は、非特許文献９に記載されているようなSIB(System Information Block)を利用してもよいし、UEがeNBにコネクション接続要求をする際のeNBの応答メッセージを利用してもよい。またSIBを利用する場合には既存の報知情報であるETWS(Earthquake and Tsunami Warning System)を利用してもよく、緊急事態の通知の仕方は限定されない。

図４は、本実施の形態による緊急事態モードでの呼設定の手順を示す。UE１２０のSDPオファー作成部１２６がステップＳ２１において緊急事態モードのSDPオファーを作成する。具体的には、上述したようにSDPオファー作成部１２６は、緊急モード時には、上述のように低いビットレート及び又は項目を限定したSDPオファーを作成することにより、IMSシグナリングのビット数下げ、収容数を増やす。SDPオファーはIMSシグナリングであるSIP INVITEとともにEPC１０１及びIMS網１０２を経由して、通信相手先UE（不図示）に送られる。UE１２０が通信相手先UEから、IMS網１０２及びEPC１０１を経由してIMSシグナリングの応答（200OK: 設定完了通知）及びSDPオファーの応答であるSDPアンサーを受け取ることで呼が設定される。

図５は、本実施の形態による緊急事態モードでの下り音声パケット処理手順を示す。eNB１１０は、P-GW及びS-GW１０１ａを経由した音声パケットを受け取ると、ステップＳ３１で無音区間検出部１１４によって無音区間を判断する。eNB１１０は、ステップＳ３２で優先度制御部１１６によって無音区間の音声パケットの優先度を下げて、UE１２０に音声パケットを送信する。

図６は、本実施の形態による緊急事態モードでの上り音声パケット処理手順を示す。UE１２０は、ステップＳ４１で無音区間検出部１２４によって自局から送信しようとする音声パケットに無音区間が発生したことを検出すると、BSR作成部１２５によってBSRに無音区間に対するBSRであることを明示的に示す情報を付加し、eNB１１０に無音区間であるという情報が付加されたBSRを送信する。eNB１１０は、ステップＳ４２でリソース制御部１１７によって無音区間の上りリソース割当ての優先度を下げる。そして、eNB１１０は、その優先度でUE１２０から音声パケットを受信し、S-GW及びP-GW１０１ａを経由して音声パケットを送信する。

また上記に加え、緊急事態モードのUEは、無音区間のパケットが遅延して届く、及び又は届かないことに備え、ジッタ・バッファ・マネジメントの方法を変更してもよい。例えば受信バッファのサイズを大きくするなどの変更を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、緊急事態モードを設定可能とし、緊急事態モード時に音声パケットの無音区間を検出した場合に、無音区間のパケットの送信及び割当の優先度を下げるようにしたことにより、緊急時に、収容ユーザー数の減少を抑制しつつ、輻輳制御を行うことができるようになる。

なお、上述の実施の形態に加えて、図７に示すように、緊急事態モード時には、VoLTE端末であっても、LTE側が混んでいる場合、SRVCC(通話中)やCSFB(発着呼時)に、CS網を使わせるようにすれば、収容ユーザー数をより増やすことができる。この場合、SRVCCの時には、使用しているコーデックを考慮し、CSでも同じコーデックを使い続けることのできる端末を移動させるとよい。またこの場合、サーバ１０３ａなどからSRVCCやCSFBに関わるネットワークノードに、緊急事態モードである事を通知してもよい。また、サーバ１０３ａなどからUEに対し直接、又はeNBを通じて、発呼時にはCSFBで発呼するようサ通知してもよい。eNBからUEへの通知方法は、前述の通り非特許文献９に記載されているようなSIB(System Information Block)を利用してもよいし、UEがeNBにコネクション接続要求をする際のeNBの応答メッセージを利用してもよい。またSIBを利用する場合には既存の報知情報であるETWS(Earthquake and Tsunami Warning System)を利用してもよく、緊急事態の通知の仕方は限定されない。

また、上述の実施の形態に加えて、緊急事態モード時には、RTPペイロードの単位で２〜３フレームまとめて送るようにしてもよい。このようにすれば、フレーム先頭のヘッダ数を減らすことができるので、収容ユーザー数をより増やすことができる。

なお、本実施の形態は、VoLTEに限らず、VoIP(Voice over Internet Protocol)やGroup call、Push to Talkなどの音声サービスに適応されてもよい。

また、本実施の形態は、非特許文献１１に記載されているような既存の輻輳制御技術であるACB(Access Class Barring)、SSAC(Service Specific Access Control)、SCM(Smart Congestion Mitigation)などと併用して使われてもよい。

上記実施の形態では、本開示の一態様をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本開示の無線基地局は、緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、緊急事態の場合、下り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、緊急事態の場合、無音区間のパケットに対する送信優先度を下げる優先度制御部と、緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当要求を検出するリソース割当要求検出部と、緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当の優先度を下げるリソース制御部と、を具備する構成を採る。

また、本開示の無線基地局において、前記優先度制御部は、前記無音区間のパケットを送信させない構成を採る。

また、本開示の無線基地局において、前記リソース制御部は、前記上り音声パケットの無音区間に対する無線リソース割当を無視する、構成を採る。

本開示の無線端末は、緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、緊急事態の場合、無線基地局に対する上りリソース割当要求に、無音区間の音声パケットであることを示す情報を付加する上り用リソース要求部と、を具備する、構成を採る。

また、本開示の無線端末において、緊急事態の場合、緊急事態でない場合と比較して低ビットレートのSDP(Session Description Protocol)オファーを作成するSDPオファー作成部を、さらに具備する、構成を採る。

本開示の無線通信システムは、前記無線基地局と、前記通信端末とを具備する、構成を採る。

本開示の音声信号通信方法は、VoLTEに対応した無線通信システムにおける音声信号通信方法であって、緊急事態モードを設定する緊急事態モード設定ステップと、音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出ステップと、前記無音区間のパケットの優先度を下げるステップと、を含む。

本開示の装置及び方法は、VoLTEに対応した、無線基地局、無線端末、無線通信システム及び音声信号通信方法として有用である。

１００無線通信システム
１０１ EPC(Evolved Packet Core)
１０１ａ P-GW(Packet data network Gate Way)、S-GW(Serving Gate Way)
１０２ IMS(IP Multimedia Subsystem)網
１０３サービス網
１０３ａサーバ
１０４ E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Access Network)
１１０ eNB
１２０ UE
１１３、１２３緊急事態判断部
１１４、１２４無音区間検出部
１１５ BSR(Buffer Status Report)解析部
１１６優先度制御部
１１７リソース制御部
１２５ BSR(Buffer Status Report)作成部
１２６ SDP(Session Description Protocol)オファー作成部

Claims

緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、
緊急事態の場合、下り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、
緊急事態の場合、無音区間のパケットに対する送信優先度を下げる優先度制御部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当要求を検出するリソース割当要求検出部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間に対する上り無線リソース割当の優先度を下げるリソース制御部と、
を具備する無線基地局。
前記優先度制御部は、前記無音区間のパケットを送信させない、
請求項１に記載の無線基地局。
前記リソース制御部は、前記上り音声パケットの無音区間に対する無線リソース割当を無視する、
請求項１又は請求項２に記載の無線基地局。
緊急事態であることを判断し緊急事態モードを設定可能な緊急事態判断部と、
緊急事態の場合、上り音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出部と、
緊急事態の場合、無線基地局に対する上りリソース割当要求に、無音区間の音声パケットであることを示す情報を付加する上り用リソース要求部と、
を具備する無線端末。
緊急事態の場合、緊急事態でない場合と比較して低ビットレートのSDP(Session Description Protocol)オファーを作成するSDPオファー作成部を、さらに具備する、
請求項４に記載の無線端末。
請求項１に記載の無線基地局と、
請求項４に記載の無線端末と、
を具備する無線通信システム。
VoLTEに対応した無線通信システムにおける音声信号通信方法であって、
緊急事態モードを設定する緊急事態モード設定ステップと、
音声パケットの無音区間を検出する無音区間検出ステップと、
前記無音区間のパケットの優先度を下げるステップと、
を含む音声信号通信方法。