JP2024024697A - 基地局装置、無線通信装置及び通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率的に適切な周波数帯を活用する基地局装置、無線通信装置及び通信方法を提供する。【解決手段】本開示の基地局装置は、第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立する無線ベアラ管理部と、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御するフロー制御部と、を備え、前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する。【選択図】図7

Description

本開示は、基地局装置、無線通信装置及び通信方法に関する。
超高速、低遅延・高信頼、多数同時接続という特徴を有する第5世代移動通信システム、いわゆる5Gは、2018年にRel-15として最初の規格が策定され、2020年3月に5Gに対応したサービスが国内でも開始された。これまで、セルラー業界にあまり馴染みのない業界の企業も標準化作業に参加し始めている。これらの新たな業界は垂直セクター(vertical sector)等とも呼ばれ、存在感を増しつつある。特に、industry 4.0のコンセプトに基づいて工場内の機器の通信を無線化しようというユースケースに対して、FS-CAV(Study on Communication for Automation in Vertical Domains)(S1-171422)というStudy Item(SI)の中でフィジビリティスタディが行われ、技術報告書(Technical Report)(3GPP TR 22.804)として成果がまとめられた。
また、国内でもローカル5Gと呼ばれる運用方法の議論が活発に行われている。ローカル5Gは、通信事業者以外の企業や自治体が自営網として5G通信環境を構築して、5G通信環境をIoT(Internet of Things)やスマートファクトリーに活用しようというものである。国内では、このローカル5G向けの周波数帯の割り当ても行われた。
このように、5Gが活用される機会は大幅に増えると予想できるものの、問題となるのは周波数の枯渇問題である。ライセンス周波数帯、共用周波数帯及び免許不要周波数帯等、5Gで使用できる周波数帯の選択肢は増えつつあるが、各自が何の工夫もなく占有し始めると、直ぐにこれらも枯渇してしまうことは想像に難くない。よって近年、周波数資源を有効活用するための技術に関する検討が進められている。
特開2012-138809号公報
特許文献1にはトラフィックや周波数帯の特質に基づいて、トラフィックに割り当てる周波数資源を変更する仕組みについて開示されている。しかしながら、特許文献1には、必要に応じて共用周波数で動作を開始する仕組みに関する開示はなく、共用周波数にトラフィックを割り当てていない状態でも同期信号を送信して、共用周波数を無駄に占有してしまうという課題があった。
そこで、本開示は、効率的に適切な周波数帯を活用する基地局装置、無線通信装置及び通信方法を提供する。
なお、上記課題又は目的は、本明細書に開示される複数の実施形態が解決し得、又は達成し得る複数の課題又は目的の1つに過ぎない。
本開示の基地局装置は、第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立する無線ベアラ管理部と、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御するフロー制御部と、を備え、前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する。
本開示の通信方法は、第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立し、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御し、前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する。
本開示の無線通信装置は、第1の周波数帯において基地局装置と無線ベアラを確立する無線ベアラ制御部と、前記基地局装置により前記無線ベアラに割り当てられたデータフローのデータを通信する通信部と、を備え、前記無線ベアラ制御部は、前記基地局装置から動作周波数帯を第2の周波数帯に変更することを指示する情報を受信した場合に、前記第2の周波数帯に前記基地局装置との第2の無線ベアラを確立し、前記通信部は、前記基地局装置により前記第2の無線ベアラに割り当て先が変更された前記データフローのデータを通信する。
無線通信システムの構成の一例を示す図。 5Gシステムのネットワークアーキテクチャの構成の一例を示す図。 QoSアーキテクチャの一例を示す図。 共用周波数帯における3階層構成の一例を示す図。 排他性に基づいて周波数帯を識別する一例を示す図。 本実施形態の基地局装置の構成の一例を示す図。 本実施形態の無線通信装置の構成の一例を示す図。 標準化された5QIとQoSの特徴の対応関係の一例を示す図。 QoSに応じた動作周波数帯の選択処理の一例を示す図。 QoSに応じた動作周波数帯の選択処理の別の例を示す図。 QoSに応じた動作周波数帯の選択処理の別の例を示す図。 QoSに応じた動作周波数帯の選択処理の別の例を示す図。 QoSに応じた動作周波数帯の選択処理の別の例を示す図。 GBR QoSフローを優先度に基づいて分類する処理の一例を示す図。 QoS制御に伴う周波数間ハンドオーバーの処理の一例を示す図。 QoS制御に伴う周波数間ハンドオーバーの処理の別の例を示す図。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。本開示において示される1以上の実施形態において、各実施形態が含む要素を互いに組み合わせることができ、かつ、当該組み合わせられた結果物も本開示が示す実施形態の一部をなす。
図1は、無線通信システム10の構成の一例である。無線通信システム10は、基地局装置20、管理装置30、及び1台以上の無線通信装置40から構成される。基地局装置20はNode Bと呼ばれるノードである。管理装置30は、基地局装置20、及び無線通信装置40を管理する装置である。また、管理装置30は、例えば、セルラーシステムにおけるコアネットワークの機能を含む装置である。管理装置と同じ参照符号を用いて、コアネットワーク30と記載する場合もある。コアネットワーク30は、複数のネットワーク機能(Network Function)から構成される。各ネットワーク機能は、1つの物理的な装置に集約されてもよいし、複数の物理的な装置に分散されてもよい。つまり、管理装置30は、複数の装置に分散配置され得る。基地局装置20、及び管理装置30は、1つのネットワークを構成し、無線通信装置40に無線通信サービスを提供する。管理装置30はインターネット50と接続され、無線通信装置40は、基地局装置20を介して、インターネット50を介して提供される各種サービスを利用することができる。
図1では、1つの基地局装置の例を示しているが、無線通信システム10は、複数の基地局装置20を備えていてもよい。また、各基地局装置20は、1つ以上のセルを構成し、無線通信システム10は、これら複数のセルを2次元、或いは、3次元に配置することで、無線通信サービスが利用可能なカバレージを構成する。また、各基地局装置20は、複数のアンテナ素子から構成されるアンテナアレーを装備して、MIMO(Multiple Input Multiple Output)やビームフォーミングに代表されるAdvanced Antenna Technologyを提供してもよい。
また、無線通信システム10は、ローカル5G、ノンパブリックネットワーク、或いは、プライベートネットワークと呼ばれる形態のネットワークを構成してもよい。さらに、管理装置30がインターネット50との接続を持たずに、無線通信システム10は、閉じられた形態のローカルネットワークであってもよい。
ノンパブリックネットワークは、例えば、SNPN(Stand-alone Non-Public Network)、或いは、PNI-NPN(Public Network Integrated NPN)の形態で提供される。SNPNの形態で提供されるノンパブリックネットワークは、PLMN(Public Land Mobile Network) IDとNID(Network identifier)の組み合わせによって識別される。このPLMN IDとNIDの組み合わせは、SPNP IDと呼ばれる識別子であってもよい。PNI-NPNの形態で提供されるノンパブリックネットワークは、PLMN IDによって識別され、さらに、CAG(Closed Access Group) IDによってノンパブリックネットワークに属するCAGセルにアクセスすることができる契約者/UE(User Equipment)のグループを限定することができる。ここで、セルは基地局装置20が提供する1つ以上のカバレージである。
図2は、5GS(5G System)のネットワークアーキテクチャの構成の一例を示す図である。このネットワークアーキテクチャは、UE(User Equipment)40、(R)AN(Radio Access Network/Access Network)20、コアネットワーク30から構成される。ここで、UE40は無線通信装置40に対応する。(R)AN20は基地局装置20に対応するNF(Network Function)である。コアネットワーク30、若しくは、コアネットワーク30に含まれる任意のネットワーク機能が管理装置30に対応する。5GSにおけるコアネットワーク30は、NGC(Next Generation Core)、或いは、5GC(5G Core)等と呼称される。
コントロール・プレーンの機能群は、AMF(Access and Mobility Management Function)301と、NEF(Network Exposure Function)302と、NRF(Network Repository Function)303と、NSSF(Network Slice Selection Function)304と、PCF(Policy Control Function)305と、SMF(Session Management Function)306と、UDM(Unified Data Management)307と、AF(Application Function)308と、AUSF(Authentication Server Function)309と、UCMF(UE radio Capability Management Function)310とを含む、複数のNF(Network Function)により構成される。
UDM307は、加入者情報を保持、管理するUDR(Unified Data Repository)と、加入者情報を処理するFE(Front End)部を含む。また、AMF301は、モビリティ管理を行う。SMF306は、セッション管理を行う。UCMF310は、PLMN(Public Land Mobile Network)における全てのUE無線ケイパビリティID(UE Radio Capability ID)に対応するUE無線ケイパビリティ情報(UE Radio Capability Information)を保持している。UCMF310は、各PLMN-割り当てUE無線ケイパビリティID(PLMN-assigned UE Radio Capability ID)を割り当てる役割を担っている。
ここで、Namfは、AMF301が提供するサービスベースドインターフェース(Service-based interface)、Nsmfは、SMF306が提供するサービスベースドインターフェース、Nnefは、NEF302が提供するサービスベースドインターフェース、Npcfは、PCF305が提供するサービスベースドインターフェース、Nudmは、UDM307が提供するサービスベースドインターフェース、Nafは、AF308が提供するサービスベースドインターフェース、Nnrfは、NRF303が提供するサービスベースドインターフェース、Nnssfは、NSSF304が提供するサービスベースドインターフェース、Nausfは、AUSF309が提供するサービスベースドインターフェースである。各NF(Network Function)は、各サービスベースドインターフェースを介して他のNFと情報の交換を行う。
また、UPF(User Plane Function)330は、ユーザ・プレーン処理の機能を有する。DN(Data Network)340は、MNO(Mobile Network Operator)独自のサービス、インターネット、サードパーティーのサービスへの接続を可能にする機能を有する。
(R)AN20は、RAN(Radio Access Network)との接続、およびRAN以外のAN(Access Network)との接続を可能にする機能を有する。(R)AN20は、gNB、あるいは、ng-eNBと呼ばれる基地局装置20を含む。RANのことをNG(Next Generation)-RANと称する場合もある。
UE40とAMF301間では、リファレンスポイントN1を介して相互に情報の交換が行われる。(R)AN20とAMF301間では、リファレンスポイントN2を介して相互に情報の交換が行われる。SMF306とUPF330間では、リファレンスポイントN4を介して相互に情報の交換が行われる。
SMF306では、IP及びEthernetタイプの両方のデータフロー(サービスデーターフロー)に対して適用できるサービスデーターフロー毎のQoS制御を実行する。サービスデーターフロー毎のQoS制御により、SMF306は特定のサービスそれぞれにオーソライズされたQoSを提供する。サービスベース(service-based)、契約ベース(subscription-based)、若しくは、PCF内部であらかじめ定義された(predefined PCF internal)のポリシーのようなポリシールールと合わせて、QoS契約者情報のような指標を利用してもよい。
SMF306は、QoSフロー(QoS制御されるデータフロー)に関連するPCC(Policy and Charging Control)ルールを使って、QoSフローにオーソライズするQoSを決定する。SMF306は、QoSフローが削除された場合には、QoSフローが削除されたことをPCF305に通知することができる。また、SMF306は、QoSフローの保証されたビットレート、すなわち、GFBR(Guaranteed Flow Bit Rate)を保証できない場合には、GFBRを保証できないことをPCF305に通知することができる。
QoSフローのQoS予約手順(QoS reservation procedure)として、UE-initiated QoSフローの確立が可能である。若しくは、変更処理の一部として要求するQoSのダウングレード或いはアップグレードが可能である。
図3は、QoSアーキテクチャ(3GPP TS38.300からの転載)の一例である。5GのQoSモデルでは、GBR(Guaranteed flow Bit Rate) QoSフローと、non―GBR QoSフローがサポートされている。GBR QoSフローは帯域保証型のQoSフロー、non―GBR QoSは、帯域非保証型のQoSフローに対応する。NAS(Non-Access Stratum)レベルでは、QoSフローの粒度で、PDU(Protocol Data Unit)セッション内での異なるQoSを扱うことができる。QoSフローは、NG-Uインターフェース上でカプセル化される。QoSフローは、ヘッダーとして運ばれるQFI(QoS Flow ID)によってPDUセッション内で識別される。
各UE40に対して、NG-RAN20(例えば、基地局装置20)は、PDUセッションと共に、少なくとも1つの無線ベアラであるDRB(Data Radio Bearer)を確立でき、さらに、追加のDRBを確立することができる。DRBは、データを伝送するための論理的なパスである。NG-RAN20とコアネットワーク30は、パケットを、サービスに適したQoSとDRBとに割り当てることによってサービスの質を担保する。つまり、NAS(Non-Access Stratum)におけるIPフローとQoSフローのマッピングと、AS(Access Stratum)におけるQoSフローとDRBのマッピングとの2段階が行われる。
NAS(Non-Access Stratum)レベルでは、QoSフローは、コアネットワーク30からNG-RAN20に提供されるQoSプロファイル(QoS profile)と、コアネットワーク30からUE40に提供されるQoSルール(QoS rule(s))によって特徴づけられる。QoSプロファイルは、NG-RAN20が無線インターフェース上の処理方法を決定するために利用される。一方、QoSルールは、アップリンクのユーザープレーン・トラフィックとQoSとのマッピングをUE40に指示するために利用される。
QoSプロファイルは、SMF306によってAMF301を介してリファレンスポイントN2を介して、(R)AN20に提供される、或いは、あらかじめ(R)AN20に設定される。
SMF306は、AMF301を介して1つ以上のQoSルールと、必要に応じて、これらのQoSルールに関連するQoSフローレベルのQoSパラメータとを、リファレンスポイントN1を介して、UE40に提供することができる。これに加えて、或いは、この代わりに、UE40は、Reflective QoS制御を適用することができる。
QoSフローは、QoSプロファイルに応じて、GBR(帯域保証)、若しくは、non-GBR(帯域非保証)のいずれかのフロー種別であり得る。QoSフローのQoSプロファイルは、例えば、5QI(5G QoS Identifier)、ARP(Allocation and Retention Priority)等のパラメータを含む。
ここで、ARPは、priority level(優先度)、pre-emption capability、pre-emption vulnerabilityに関する情報を含んでいる。ARPのpriority levelは、QoSフローの相対的な重要度を定義するもので、最も高い重要度を1として、1から15の範囲で設定される。ARPのpre-emption capabilityは、QoSフローが他のより低い優先度を持つQoSフローに既に割り当てられているリソースを使用することができるか否かを定義する指標である。ARPのpre-emption vulnerabilityは、他のより高い優先度を持つQoSフローに、QoSフローに割り当てられているリソースを明け渡してしまうか否かを定義する指標である。ARPのpre-emption capabilityとARPのpre-emption vulnerabilityには、“enabled”、若しくは、“disabled”のいずれかを設定しなければならない。
さらに、GBR QoSフローの場合には、QoSプロファイルは、アップリンク及びダウンリンクのGFBR(Guaranteed Flow Bit Rate)、アップリンク及びダウンリンクのMFBG(Maximum Flow Bit Rate)、アップリンク及びダウンリンクの最大パケット損失率(Maximum Packet Loss Rate)、Delay Critical Resource Type、Notification Control等を含む。また、non-GBR QoSフローの場合には、QoSプロファイルは、RQA(Reflective QoS Attribute)、追加のQoSフロー情報(Additional QoS Flow Information)等を含む。
QoSパラメータのNotification Controlは、QoSフローに対してGFBRを満たすことができない時のRANからの通知が要求されているか否かを示すものである。あるGBR QoSフローに対して、Notification Controlが“enable”で、かつ、RANがGFBRを満たすことができないと決定した場合には、RAN20は、SMF306に通知を送信しなければならない。その際、RAN20がこのGBR QoSフローのRANリソースの開放を要求する特別な状態、例えば、無線リンク障害(Radio Link Failure)やRAN内部での輻輳(RAN internal congestion)でない限り、RAN20はQoSフローを維持しなければならない。RAN20が再びGFBRを満たすことができると判断した場合には、RAN20は、その旨の新たな通知をSMF306に送信する。
さらに、AMBR(Aggregate Maximum Bit Rate)は、それぞれのPDUセッションのSession-AMBRとそれぞれのUEのUE-AMBRと関係している。Session-AMBRは、特定のPDUセッションに対する全てのnon-GBR QoSフローに渡って提供されると期待される総ビットレート(aggregate bit rate)を制限し、UPF(User Plane Function)によって管理される。UE-AMBRは、あるUEに対する全てのnon-GBR QoSフローに渡って提供されると期待される総ビットレート(aggregate bit rate)を制限し、RAN20によって管理される。
5QIは、QoSの特徴に関係し、それぞれのQoSフローに対して、ノード固有のパラメータを設定するための指針を提供する。標準化された、或いは、あらかじめ設定された5G QoSの特徴は、5QIから知ることができ、明示的なシグナリングはされない。シグナリングされるQoSの特徴は、QoSプロファイルの一部として含めることができる。QoSの特徴は、Priority level(優先度)、Packet Delay Budget(パケット遅延許容時間)、Packet Error Rate(パケットエラーレート)、Averaging window(平均ウィンドウ)、Maximum Data Burst Volume(最大データバースト量)等の要素で構成される。パケット遅延許容時間は、コアネットワーク30でのパケット遅延許容時間を含んでもよい。
AS(Access Stratum)レベルでは、DRB(無線ベアラ)は、無線インターフェース(Uuインターフェース)におけるパケット処理方法を定義する。任意のDRBは、パケットに対して同一のパケット転送処理を提供する。NG-RAN20は、QFI(QoS Flow ID)と関連するQoSプロファイルに基づいて、QoSフローをDRBに割り当てる(マッピングする)。異なるパケット転送処理を要求するパケットに対して、別のDRBを確立することができる(図3参照)。或いは、同一のPDUセッションに属する複数のQoSフローを同じDRBに多重化することができる(図3参照)。
アップリンクにおいて、QoSフローのDRBへのマッピングは、2つの異なる方法でシグナリングされるマッピングルールによって制御される。1つは、Reflective mappingと呼ばれる方法で、それぞれのDRBに対して、UE40は、ダウンリンク・パケットのQFI(s)をモニターし、アップリンクに同じマッピングを適用する。もう1つの方法は、Explicit Configurationと呼ばれる方法で、QoSフローのDRBへのマッピングルールは、RRC(Radio Resource Control)によって明示的にシグナリングされる。
ダウンリンクにおいて、QFI(QoS Flow ID)はNG-RAN20によってUuインターフェース上でシグナリングされるが、NG-RAN20もNAS(Non-Access Stratum)も、あるDRBで運ばれるQoSフローのためにReflective mappingを使うのでなければ、そのDRBのためのQFIはUuインターフェース上でシグナリングされない。アップリンクにおいて、NG-RAN20は、UE40にUuインターフェース上でシグナリングすることを設定することができる。
それぞれのPDUセッションに対して、デフォルトDRB(default DRB)を設定することができ、アップリンク・パケットが、Explicit ConfigurationにもReflective mappingにも適合しない場合には、UE40は、そのパケットをPDUセッションのデフォルトDRBにマッピングする。non-GBR QoSフローに対しては、コアネットワーク30は、同じPDUセッション上で確立されている他のnon-GBR QoSフローに比べてあるトラフィックの頻度を増やすことを指示するために任意のQoSフローに関連する追加のQoSフロー情報パラメータをNG-RAN20に送信してもよい。
PDUセッション内で、複数のQoSフローを1つのDRBにどのようにしてマッピングするかはNG-RAN20次第である。例えば、NG-RAN20は、GBRフローとnon-GBR flowを同じDRBにマッピングしてもよいし、別々のDRBにマッピングしてもよい。また、NG-RAN20は、複数のGBRフローを同じDRBにマッピングしてもよいし、別々のDRBにマッピングしてもよい。
図4は、共用周波数帯における3階層(Tier)構成の一例を示す。3階層の構成においては、Incumbent401に割り当てられている周波数帯を、Incumbent401とは異なる排他性を有するPAL(Priority Access Licensees)402とGAA(General Authorized Access)403が共有することができる。例えば、米国のCBRS(Citizens Broadband Radio Service)は、3.55Gから3.70GHzを使った周波数共用方式であり、この3階層の構成が採用されている。Incumbentと呼ばれる第1階層は、連邦政府(例えばレーダーシステム)が必要な際に最優先でアクセスできる階層である。ライセンス利用者に相当するPAL(Priority Access Licensees)と呼ばれる第2階層は、第1階層が使用していないエリア、時間帯に優先して共用できる階層となる。アンライセンス利用者に相当するGAA(General Authorized Access)と呼ばれる第3階層は、第1階層と第2階層のユーザーが使用していない場合に、他のユーザーが使用することができる階層である。
図5は、排他性(Exclusivity)に基づいて周波数帯を識別する一例である。排他性を識別するIDである排他性ID(Exclusivity Identifier)を定義して、それぞれの周波数帯を排他性の高さに基づいて分類する。例えば、通信事業者(PLMN)やNPN(non Public Network)事業者に専用で割り当てられるライセンス周波数帯(Licensed band)にIDの1を割り当て、3階層構成の共用周波数帯における第2階層(PAL)には、IDの2を割り当て、第3階層(GAA)には、IDの3を割り当てる。さらに、2.4GHz帯のIMSバンドのような免許不要周波数帯(Unlicensed band)には、IDの4を割り当てる。排他性は、バンド毎にあらかじめ定義されていてもよいし、バンド毎の可用性(availability)に応じて動的に設定されるようにしてもよい。前述の図4に示したIncumvent401に割り当てられた周波数帯は、IDが1であるライセンス周波数帯に対応する。なお、図5に示した分類は一例であり、排他性における優先度に基づく他の分類方法であってもよい。例えば、同一のExclusivity Identifierの中でさらに細かい粒度で分類するためのID(例えば、Exclusivity Differentiator)を導入して、これら2つのIDの組み合わせを使って、それぞれの周波数帯を、排他性における優先度に基づいて分類するようにしてもよい。
なお、排他性IDと周波数帯とのマッピングに係る情報(以下、排他性ID-周波数帯マッピング情報)はあらかじめ基地局装置20に設定されていてもよいし、必要に応じて、管理装置30から基地局装置20に提供するようにしてもよい。例えば、PCF305が排他性ID-周波数帯マッピング情報を管理する。また、管理装置30が排他性ID-周波数帯マッピング情報が更新された場合には、管理装置30は、速やかに基地局装置20にその更新された排他性ID-周波数帯マッピング情報を提供して、更新を指示する。
また、管理装置30は、各無線通信装置40が使用できる排他性IDに係る情報を契約者情報に含めて管理するようにしてもよい。ここで、管理装置30は、各無線通信装置40から通知されるケイパビリティ、例えば、UE無線ケイパビリティ情報(UE Radio Capability Information)に基づいて、使用できる排他性IDに係る情報を設定するようにしてもよい。
図6は、本実施形態の基地局装置20の構成の一例である。基地局装置20は、通信部21と、記憶部22と、ネットワーク通信部23と、制御部24とを備える。通信部21は、受信処理部211と、送信処理部212と、複数のアンテナ214と、を備える。通信部21は、受信処理部211、送信処理部212をそれぞれ複数備えていてもよい。図の例では、アンテナ214の本数は2であるが、アンテナ214の本数は1でも、3以上でもよい。
通信部21は、他の無線通信装置(例えば、無線通信装置40)と無線通信するための信号処理部である。通信部21は、制御部24の制御に従って動作する。通信部21は1又は複数の無線アクセス方式に対応する。例えば、通信部21は、NR及びLTEの双方に対応する。通信部21は、NRやLTEに加えて、W-CDMAやcdma2000に対応していてもよい。また、通信部21は、HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)等の自動再送技術に対応していてもよい。
通信部21は、受信処理部211、送信処理部212、アンテナ214を備える。無線通信部21は、受信処理部211、送信処理部212、及びアンテナ214をそれぞれ複数備えていてもよい。なお、通信部21が複数の無線アクセス方式に対応する場合、通信部21の各部は、無線アクセス方式毎に個別に構成されうる。例えば、受信処理部211及び送信処理部212は、LTEとNRとで個別に構成されてもよい。また、アンテナ214は複数のアンテナ素子(例えば、複数のパッチアンテナ)で構成されていてもよい。この場合、通信部21は、ビームフォーミング可能に構成されていてもよい。無線通信部21は、垂直偏波(V偏波)と水平偏波(H偏波)とを使用した偏波ビームフォーミング可能に構成されていてもよい。
通信部21は、無線通信装置40とアップリンク又はダウンリンクの通信を行うための通信インターフェースである。受信処理部211は、アンテナ214を介して受信された上りリンク信号の受信処理を行う。受信処理部211は、無線受信部211aと、多重分離部211bと、復調部211cと、復号部211dと、を備える。
無線受信部211aは、上りリンク信号に対して、ダウンコンバート、不要な周波数成分の除去、増幅レベルの制御、直交復調、デジタル信号への変換、ガードインターバル(サイクリックプレフィックス)の除去、高速フーリエ変換による周波数領域信号の抽出等を行う。多重分離部211bは、無線受信部211aから出力された信号から、PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)、PUCCH(Physical Uplink Control Channel)等の上りリンクチャネル及び上りリンク参照信号を分離する。復調部211cは、上りリンクチャネルの変調シンボルに対して、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase shift Keying)等の変調方式を使って受信信号の復調を行う。復調部211cが使用する変調方式は、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM、又は256QAMであってもよい。この場合、コンスタレーション上の信号点は必ずしも等距離である必要はない。コンスタレーションは、不均一コンスタレーション(NUC:Non Uniform Constellation)であってもよい。復号部411dは、復調された上りリンクチャネルの符号化ビットに対して、復号処理を行う。復号された上りリンクデータ及び上りリンク制御情報は制御部24へ出力される。
送信処理部212は、下りリンク制御情報及び下りリンクデータの送信処理を行う。送信処理部212は、符号化部212aと、変調部212bと、多重部212cと、無線送信部212dと、を備える。
符号化部212aは、制御部24から入力された下りリンク制御情報及び下りリンクデータを、ブロック符号化、畳み込み符号化、ターボ符号化等の符号化方式を用いて符号化を行う。なお、符号化部212aは、ポーラ符号(Polar code)による符号化、LDPC符号(Low Density Parity Check Code)による符号化を行ってもよい。変調部212bは、符号化部212aから出力された符号化ビットをBPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM等の所定の変調方式で変調する。この場合、コンスタレーション上の信号点は必ずしも等距離である必要はない。コンスタレーションは、不均一コンスタレーションであってもよい。多重部212cは、各チャネルの変調シンボルと下りリンク参照信号とを多重化し、所定のリソースエレメントに配置する。無線送信部212dは、多重部212cからの信号に対して、各種信号処理を行う。例えば、無線送信部212dは、高速フーリエ変換による周波数領域への変換、ガードインターバル(サイクリックプレフィックス)の付加、ベースバンドのデジタル信号の生成、アナログ信号への変換、直交変調、アップコンバート、余分な周波数成分の除去、電力の増幅等の処理を行う。送信処理部212で生成された信号は、アンテナ214から送信される。
記憶部22は、DRAM、SRAM、フラッシュメモリ、ハードディスク等のデータ読み書き可能な記憶装置である。記憶部22は、基地局装置20の記憶手段として機能する。記憶部22は、基地局装置20の動作のための各種プログラムおよび様々なデータを一時的に又は恒久的に記憶する。記憶部22は、例えば、先述したQoSプロファイルや排他性ID-周波数帯マッピング情報を保持する。
ネットワーク通信部23は、ネットワーク上で上位に位置するノード(例えば、管理装置30)と通信するための通信インターフェースである。例えば、ネットワーク通信部23は、NIC(Network Interface Card)等のLANインターフェースである。ネットワーク通信部23は、有線インターフェースであってもよいし、無線インターフェースであってもよい。ネットワーク通信部23は、基地局装置20のネットワーク通信手段として機能する。
制御部24は、基地局装置20の各部を制御するコントローラである。制御部24は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)により実現される。例えば、制御部24は、基地局装置20内部の記憶装置に記憶されている各種プログラムを、プロセッサがRAM(Random Access Memory)等を作業領域として実行することにより実現される。なお、制御部24、通信部21及びネットワーク通信部23は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路により実現されてもよい。CPU、MPU、GPU、ASIC、及びFPGAは何れもコントローラとみなすことができる。
制御部24は、転送部241と、動作周波数制御部242と、無線ベアラ管理部243と、QoSフロー制御部244とを備える。これら機能ブロックはソフトウェアブロックであってもよいし、ハードウェアブロックであってもよい。例えば、上述の機能ブロックが、それぞれ、ソフトウェア(マイクロプログラムを含む。)で実現される1つのソフトウェアモジュールであってもよいし、半導体チップ(ダイ)上の1つの回路ブロックであってもよい。勿論、各機能ブロックがそれぞれ1つのプロセッサ又は1つの集積回路であってもよい。機能ブロックの構成方法は任意である。
転送部241は、一の装置から受信した情報を他の装置へ送信することにより転送処理を行う。転送部241は、無線通信装置40から受信するNAS(Non-Access Stratum)メッセージを管理装置30に転送、若しくは、管理装置30から受信するNASメッセージを無線通信装置40に転送する。管理装置30は、無線アクセスとモビリティを管理する。また、転送部241は、管理装置30から受信するQoSプロファイルと、管理装置30から受信する排他性ID-周波数帯マッピング情報を記憶部22に転送する。
動作周波数制御部242は、通信部21が上りリンク信号を受信、及び、下りリンク信号を送信するための動作周波数帯の設定と運用を行う。動作周波数制御部242は、無線ベアラであるDRBを確立するための周波数帯を動作周波数帯として設定する。動作周波数制御部242は、無線通信装置40が複数のRF回路を具備する場合は、1台の無線通信装置40に対して複数の動作周波数帯を同時に設定及び運用することが可能であってもよい。動作周波数制御部242は、例えば、ライセンス周波数帯と、共用周波数帯、或いは、免許不要周波数帯から選択した周波数帯を、動作周波数帯として設定する。ライセンス周波数帯と、共用周波数帯、或いは、免許不要周波数帯はそれぞれ複数の周波数帯から構成されていてもよい。この場合、例えばライセンス周波数帯を選択するとは、ライセンス周波数帯に含まれる複数の周波数帯から動作周波数帯として用いる周波数を選択することを意味する。動作周波数制御部242は、QoSプロファイルと排他性ID-周波数帯マッピング情報とに基づいて後述する無線ベアラ管理部243により選択された周波数帯を設定及び運用してもよい。動作周波数帯の選択の詳細は後述する。
無線ベアラ管理部243は、無線通信装置40からのPDUセッション確立要求に合わせて、無線通信装置40との間に少なくとも1つの無線ベアラ(DRB)を確立する。ここで、無線ベアラ管理部243は、動作周波数制御部242が運用する1つ以上の動作周波数帯の中から、QoSプロファイルと排他性ID-周波数帯マッピング情報とに基づいて動作周波数帯を選択し、選択された動作周波数帯(例えば、ライセンス周波数帯)にDRBを確立してもよい。DRBを確立する動作周波数帯の選択の詳細は後述する。
また、無線ベアラ管理部243は、同じ無線通信装置40に対して複数のDRBを確立することも可能である。また、無線ベアラ管理部243は、同じ無線通信装置40に対して複数の動作周波数帯が同時に設定されている場合に、動作周波数帯ごとに少なくとも1つのDRBを確立し、各動作周波数帯のDRBで同時に同じ無線通信装置40と通信(例えばキャリアアグリゲーション、或いはマルチコネクティビティによる通信)することも可能である。
また、無線ベアラ管理部243は、ある周波数帯に確立されたある無線ベアラに割り当てられているデータフロー(QoSフロー)の割り当て先の無線ベアラを、他の周波数帯の無線ベアラに変更する場合に、データフローのフロー種別(GBR又はnon-GBRなど)に基づいて、変更先の無線ベアラを確立する周波数帯を決定してもよい。例えばフロー種別に基づき周波数帯の排他性を決定し、決定した排他性を有する周波数帯を、変更先の周波数帯として選択してもよい。無線ベアラ管理部243は、選択した周波数帯を動作周波数帯として追加することを動作周波数制御部242に指示し、動作周波数制御部242は指示された周波数帯を動作周波数帯として設定し、当該周波数帯の運用を開始する。
QoSフロー制御部244は、無線ベアラ管理部243によって確立された1つ以上のDRBのそれぞれにデーフロー(QoSフロー)を割り当て、QoSプロファイルに基づいて、対応するDRB内でのQoSフローの制御を行う。QoSフロー制御部244は、1つのDRBに複数のQoSフローを割り当ててもよい。この際、複数のQoSフローはGBR、non-GBRといった複数のフロー種別のQoSフローを含んでいてもよいし、同じフロー種別の複数のQoSフローを含んでいてもよい。
また、QoSフロー制御部244はQoSフローの通信品質を測定する機能を有している。通信品質の例としてビットレート、パケットの遅延時間、パケットのエラーレート等があるが、これらに限定されない。パケットのエラーはパケットの復号時に誤りが検出された場合のみならず、消失によりパケットを受信できなかった場合も含んでよい。QoSフロー制御部244は、QoSフローが、QoSフローに要求される通信品質要求を満たしているか否かを判断する機能を備えている。通信品質要求は、例えば、ビットレートの要求、遅延時間の要求、及びエラーレートの要求の少なくとも1つ等を含む。
QoSフロー制御部244は、ある周波数帯(第1の周波数帯)に複数のQoSフローとして例えば第1のデータフローと第2のデータフローが属する場合に、第1のデータフローの通信品質に応じて(例えば第1のデータフローの通信品質が通信品質要求を満たさない場合に)、第1のデータフロー又は第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを、他の周波数帯(第2の周波数帯)に変更することを決定してもよい。例えば第1の周波数帯に複数の無線通信装置40との無線ベアラがそれぞれ1つ以上確立されており、各無線ベアラには1つ以上のQoSフロー(データフロー)が割り当てられているとする。これらのうちの1つのQoSフロー(第1のデータフロー)が、通信品質要求を満たさない場合に、他のQoSフローの割り当てを第2の周波数帯に変更することで、第1の周波数帯の空き容量を増やし、第1のデータフローが通信品質要求を満たすようにする。ここで、第1のデータフローと第2のデータフローは同じ無線通信装置とのデータフローでもよいし、互いに異なる無線通信装置とのデータフローでもよい。第1のデータフローと第2のデータフローが同じ無線通信装置とのデータフローの場合、第1のデータローと第2のデータフローとが同じDRBに割り当てられている場合、及び互いに異なるDRBに割り当てられている場合のいずれもあり得る。
無線ベアラ管理部243は、第1のデータフロー又は第2のデータフローの割り当てを第2の周波数帯に変更することが決定された場合、第1のデータフロー又は第2のデータフローを割り当てるための無線ベアラを第2の周波数帯に確立する。この際、第2の周波数帯は動作周波数制御部242によって新たに設定されてもよいし、既に運用中のものであってもよい。第2の周波数帯の排他性(図5参照)は、割り当て先を変更するデータフローのフロー種別に応じて決定してもよい。第2の周波数帯に無線ベアラが確立された後、QoSフロー制御部244は、第1のデータフロー又は第2のデータフローの割り当てを第2の周波数帯に変更する。例えば第1のデータフローがGBRのQoSフローであり、第2のデータフローがnon-GBRのQoSフローである場合、第2の周波数帯として免許不要周波数帯、又は共用周波数帯におけるGAAに相当する周波数帯から周波数帯を選択し、選択した周波数帯に確立された無線ベアラに第2のデータフローの割り当て先を変更する。選択された周波数帯がすでに運用中である場合、運用中の周波数帯に無線ベアラを追加で確立することも可能である。また、選択された周波数帯が運用中であり、かつDRBが確立されている場合に、当該DRBに第2のデータフローの割り当て先を変更する場合もあり得る。この場合、選択された周波数帯に新たなDRBを確立する処理を省略してよい。このようにして第2のデータフローの割り当てる無線ベアラを変更することで、第1の周波数帯の利用可能なリソース量(空き容量)が増加し、第1のデータフローが通信品質要求を満たすことを可能にする。第2のデータフローの割り当てを第2の周波数帯に変更した後、第2のデータフローが属していた無線ベアラを第1の周波数帯から解放してもよい。これにより、第1の周波数帯の空き容量をより一層増加させることができるとともに、基地局装置20及び無線通信装置40の負荷を低減させることができる。
なお、基地局(基地局装置ともいう。)という概念には、ドナー基地局のみならず、リレー基地局(中継局、或いは中継局ともいう。)も含まれる。また、基地局という概念には、基地局の機能を備えた構造物(Structure)のみならず、構造物に設置される装置も含まれる。
構造物は、例えば、高層ビル、家屋、鉄塔、駅施設、空港施設、港湾施設、スタジアム等の建物である。なお、構造物という概念には、建物のみならず、トンネル、橋梁、ダム、塀、鉄柱等の構築物(Non-building structure)や、クレーン、門、風車等の設備も含まれる。また、構造物という概念には、陸上(狭義の地上)又は地中の構造物のみならず、桟橋、メガフロート等の水上の構造物や、海洋観測設備等の水中の構造物も含まれる。基地局は、情報処理装置と言い換えることができる。
基地局装置20は、ドナー局であってもよいし、リレー局(中継局)であってもよい。また、基地局装置20は、固定局であってもよいし、移動局であってもよい。移動局は、移動可能に構成された無線通信装置(例えば、基地局)である。このとき、基地局装置20は、移動体に設置される装置であってもよいし、移動体そのものであってもよい。例えば、移動能力(Mobility)をもつリレー局は、移動局としての基地局装置20とみなすことができる。また、車両、ドローンに代表されるUAV(Unmanned Aerial Vehicle)、スマートフォンなど、もともと移動能力がある装置であって、基地局の機能(少なくとも基地局の機能の一部)を搭載した装置も、移動局としての基地局装置20に該当する。
ここで、移動体は、スマートフォンや携帯電話等のモバイル端末であってもよい。また、移動体は、陸上(狭義の地上)を移動する移動体(例えば、自動車、自転車、バス、トラック、自動二輪車、列車、リニアモーターカー等の車両)であってもよいし、地中(例えば、トンネル内)を移動する移動体(例えば、地下鉄)であってもよい。
また、移動体は、水上を移動する移動体(例えば、旅客船、貨物船、ホバークラフト等の船舶)であってもよいし、水中を移動する移動体(例えば、潜水艇、潜水艦、無人潜水機等の潜水船)であってもよい。
なお、移動体は、大気圏内を移動する移動体(例えば、飛行機、飛行船、ドローン等の航空機)であってもよい。
また、基地局装置20は、地上に設置される地上基地局(地上局)であってもよい。例えば、基地局装置20は、地上の構造物に配置される基地局であってもよいし、地上を移動する移動体に設置される基地局であってもよい。より具体的には、基地局装置20は、ビル等の構造物に設置されたアンテナ及びそのアンテナに接続する信号処理装置であってもよい。勿論、基地局装置20は、構造物や移動体そのものであってもよい。「地上」は、陸上(狭義の地上)のみならず、地中、水上、水中も含む広義の地上である。なお、基地局装置20は、地上基地局に限られない。例えば、無線通信システム10を衛星通信システムとする場合、基地局装置20は、航空機局であってもよい。衛星局から見れば、地球に位置する航空機局は地上局である。
なお、基地局装置20は、地上局に限られない。基地局装置20は、空中又は宇宙を浮遊可能な非地上基地局装置(非地上局)であってもよい。例えば、基地局装置20は、航空機局や衛星局であってもよい。
衛星局は、大気圏外を浮遊可能な衛星局である。衛星局は、人工衛星等の宇宙移動体に搭載される装置であってもよいし、宇宙移動体そのものであってもよい。宇宙移動体は、大気圏外を移動する移動体である。宇宙移動体としては、人工衛星、宇宙船、宇宙ステーション、探査機等の人工天体が挙げられる。
なお、衛星局となる衛星は、低軌道(LEO:Low Earth Orbiting)衛星、中軌道(MEO:Medium Earth Orbiting)衛星、静止(GEO:Geostationary Earth Orbiting)衛星、高楕円軌道(HEO:Highly Elliptical Orbiting)衛星の何れであってもよい。勿論、衛星局は、低軌道衛星、中軌道衛星、静止衛星、又は高楕円軌道衛星に搭載される装置であってもよい。
航空機局は、航空機等、大気圏内を浮遊可能な無線通信装置である。航空機局は、航空機等に搭載される装置であってもよいし、航空機そのものであってもよい。なお、航空機という概念には、飛行機、グライダー等の重航空機のみならず、気球、飛行船等の軽航空機も含まれる。また、航空機という概念には、重航空機や軽航空機のみならず、ヘリコプターやオートジャイロ等の回転翼機も含まれる。なお、航空機局(又は、航空機局が搭載される航空機)は、ドローン等の無人航空機であってもよい。
なお、無人航空機という概念には、無人航空システム(UAS:Unmanned Aircraft Systems)、つなぎ無人航空システム(tethered UAS)も含まれる。また、無人航空機という概念には、軽無人航空システム(LTA:Lighter than Air UAS)、重無人航空システム(HTA:Heavier than Air UAS)が含まれる。その他、無人航空機という概念には、高高度無人航空システムプラットフォーム(HAPs:High Altitude UAS Platforms)も含まれる。
基地局装置20のカバレッジの大きさは、マクロセルのような大きなものから、ピコセルのような小さなものであってもよい。勿論、基地局装置20のカバレッジの大きさは、フェムトセルのような極めて小さなものであってもよい。また、基地局装置20はビームフォーミングの能力を有していてもよい。この場合、基地局装置20はビームごとにセルやサービスエリアが形成されてもよい。
いくつかの実施形態において、基地局という概念は、複数の物理的又は論理的装置の集合で構成されていてもよい。例えば、本実施形態において基地局は、BBU(Baseband Unit)及びRU(Radio Unit)等の複数の装置に区別されてもよい。そして、基地局は、これら複数の装置の集合体として解釈されてもよい。また、基地局は、BBU及びRUのうちいずれかであってもよいし、両方であってもよい。BBUとRUは、所定のインターフェース(例えば、eCPRI(enhanced Common Public Radio Interface))で接続されていてもよい。なお、RUはRRU(Remote Radio Unit )又はRD(Radio DoT)と言い換えてもよい。また、RUは後述するgNB-DU(gNB Distributed Unit)に対応していてもよい。さらにBBUは、後述するgNB-CU(gNB Central Unit)に対応していてもよい。さらに、RUはアンテナと一体的に形成された装置であってもよい。基地局が有するアンテナ(例えば、RUと一体的に形成されたアンテナ)はAdvanced Antenna Systemを採用し、MIMO(例えば、FD-MIMO)やビームフォーミングをサポートしていてもよい。また、基地局が有するアンテナは、例えば、64個の送信用アンテナポート及び64個の受信用アンテナポートを備えていてもよい。また、RUに搭載されるアンテナは、1つ以上のアンテナ素子から構成されるアンテナパネルであってもよく、RUは、1つ以上のアンテナパネルを搭載してもよい。例えば、RUは、水平偏波のアンテナパネルと垂直偏波のアンテナパネルの2種類のアンテナパネル、或いは、右旋円偏波のアンテナパネルと左旋円偏波のアンテナパネルの2種類のアンテナパネルを搭載してもよい。また、RUは、アンテナパネル毎に独立したビームを形成し、制御してもよい。
なお、基地局は、複数が互いに接続されていてもよい。1又は複数の基地局は無線アクセスネットワーク(RAN:Radio Access Network)に含まれていてもよい。この場合、基地局は単にRAN、RANノード、AN(Access Network)、ANノードと称されることがある。なお、LTEにおけるRANはEUTRAN(Enhanced Universal Terrestrial RAN)と呼ばれることがある。また、NRにおけるRANはNGRANと呼ばれることがある。また、W-CDMA(UMTS)におけるRANはUTRANと呼ばれることがある。
なお、LTEの基地局は、eNodeB(Evolved Node B)又はeNBと称されることがある。このとき、EUTRANは1又は複数のeNodeB(eNB)を含む。また、NRの基地局は、gNodeB又はgNBと称されることがある。このとき、NGRANは1又は複数のgNBを含む。EUTRANは、LTEの通信システム(EPS)におけるコアネットワーク(EPC)に接続されたgNB(en-gNB)を含んでいてもよい。同様にNGRANは5G通信システム(5GS)におけるコアネットワーク5GCに接続されたng-eNBを含んでいてもよい。
なお、基地局がeNB、gNBなどである場合、基地局は、3GPPアクセス(3GPP Access)と称されることがある。また、基地局が無線アクセスポイント(Access Point)である場合、基地局は、非3GPPアクセス(Non-3GPP Access)と称されることがある。さらに、基地局は、RRH(Remote Radio Head)と呼ばれる光張り出し装置であってもよい。また、基地局がgNBである場合、基地局は、前述したgNB-CUとgNB-DUとを組み合わせたものであってもよいし、gNB-CUとgNB-DUとのうちのいずれかであってもよい。
ここで、gNB-CUは、UEとの通信のために、アクセス層(Access Stratum)のうち、複数の上位レイヤ(例えば、RRC、SDAP、PDCP)をホストする。一方、gNB-DUは、アクセス層(Access Stratum)のうち、複数の下位レイヤ(例えば、RLC、MAC、PHY)をホストする。すなわち、後述されるメッセージ/情報のうち、RRCシグナリング(準静的な通知)はgNB-CUで生成され、一方でMAC CEやDCI(動的な通知)はgNB-DUで生成されてもよい。又は、RRCコンフィギュレーション(準静的な通知)のうち、例えばIE:cellGroupConfigなどの一部のコンフィギュレーション(configuration)についてはgNB-DUで生成され、残りのコンフィギュレーションはgNB-CUで生成されてもよい。これらのコンフィギュレーションは、後述されるF1インターフェースで送受信されてもよい。
なお、基地局は、他の基地局と通信可能に構成されていてもよい。例えば、複数の基地局装置がeNB同士又はeNBとen-gNBの組み合わせである場合、当該基地局間はX2インターフェースで接続されてもよい。また、複数の基地局がgNB同士又はgn-eNBとgNBの組み合わせである場合、当該装置間はXnインターフェースで接続されてもよい。また、複数の基地局がgNB-CUとgNB-DUの組み合わせである場合、当該装置間は前述したF1インターフェースで接続されてもよい。後述されるメッセージ/情報(例えば、RRCシグナリング、MAC CE(MAC Control Element)、又はDCI)は、複数基地局間で、例えばX2インターフェース、Xnインターフェース、又はF1インターフェースを介して、送信されてもよい。
基地局により提供されるセルはサービングセル(Serving cell)と呼ばれることがある。サービングセルという概念には、PCell(Primary Cell)及びSCell(Secondary Cell)が含まれる。デュアルコネクティビティがUE(例えば、無線通信装置40)に提供される場合、MN(Master Node)によって提供されるPCell、及びゼロ又は1以上のSCellはマスターセルグループ(Master Cell Group)と呼ばれることがある。デュアルコネクティビティの例として、EUTRA-EUTRA Dual Connectivity、EUTRA-NR Dual Connectivity(ENDC)、EUTRA-NR Dual Connectivity with 5GC、NR-EUTRA Dual Connectivity(NEDC)、NR-NR Dual Connectivityが挙げられる。
なお、サービングセルはPSCell(Primary Secondary Cell、又は、Primary SCG Cell)を含んでもよい。デュアルコネクティビティがUEに提供される場合、SN(Secondary Node)によって提供されるPSCell、及びゼロ又は1以上のSCellは、SCG(Secondary Cell Group)と呼ばれることがある。特別な設定(例えば、PUCCH on SCell)がされていない限り、物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)はPCell及びPSCellで送信されるが、SCellでは送信されない。また、無線リンク障害(Radio Link Failure)もPCell及びPSCellでは検出されるが、SCellでは検出されない(検出しなくてよい)。このようにPCell及びPSCellは、サービングセルの中で特別な役割を持つため、SpCell(Special Cell)とも呼ばれる。
1つのセルには、1つのダウンリンクコンポーネントキャリアと1つのアップリンクリンクコンポーネントキャリアが対応付けられていてもよい。また、1つのセルに対応するシステム帯域幅は、複数のBWP(Bandwidth Part)に分割されてもよい。この場合、1又は複数のBWPがUEに設定され、1つのBWP分がアクティブBWP(Active BWP)として、UEに使用されてもよい。また、セル毎、コンポーネントキャリア毎又はBWP毎に、無線通信装置40が使用できる無線資源(例えば、周波数帯域、ヌメロロジー(サブキャリアスペーシング)、スロットフォーマット(Slot configuration)が異なっていてもよい。
図7は、本実施形態の無線通信装置40の構成の一例である。無線通信装置40は、通信部41と、記憶部42と、制御部43とを備える。通信部41は、受信処理部411と、送信処理部412と、複数のアンテナ414と、を備える。通信部41は、受信処理部411及び送信処理部412をそれぞれ複数備えていてもよい。また図示の例では、アンテナ414の本数は2であるが、アンテナ414の本数は1でも、3以上でもよい。
通信部41は基地局装置20とアップリンク又はダウンリンクの通信を行うためのインターフェースである。受信処理部411は、アンテナ414を介して受信された下りリンク信号の受信処理を行う。受信処理部411は、無線受信部411aと、多重分離部411bと、復調部411cと、復号部411dと、を備える。
無線受信部411aは、下りリンク信号に対して、ダウンコンバート、不要な周波数成分の除去、増幅レベルの制御、直交復調、デジタル信号への変換、ガードインターバル(サイクリックプレフィックス)の除去、高速フーリエ変換による周波数領域信号の抽出等を行う。多重分離部411bは、無線受信部411aから出力された信号から、PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)、PDCCH(Physical Downlink Control Channel)等の下りリンクチャネル及び下りリンク参照信号を分離する。復調部411cは、下りリンクチャネルの変調シンボルに対して、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase shift Keying)等の変調方式を使って受信信号の復調を行う。復調部411cが使用する変調方式は、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM、又は256QAMであってもよい。この場合、コンスタレーション上の信号点は必ずしも等距離である必要はない。コンスタレーションは、不均一コンスタレーション(NUC:Non Uniform Constellation)であってもよい。復号部411dは、復調された下りリンクチャネルの符号化ビットに対して、復号処理を行う。復号された下りリンクデータ及び下りリンク制御情報は制御部43へ出力される。
送信処理部412は、上りリンク制御情報及び上りリンクデータの送信処理を行う。送信処理部412は、符号化部412aと、変調部412bと、多重部412cと、無線送信部412dと、を備える。
符号化部412aは、制御部43から入力された上りリンク制御情報及び上りリンクデータを、ブロック符号化、畳み込み符号化、ターボ符号化等の符号化方式を用いて符号化を行う。なお、符号化部412aは、ポーラ符号(Polar code)による符号化、LDPC符号(Low Density Parity Check Code)による符号化を行ってもよい。変調部412bは、符号化部412aから出力された符号化ビットをBPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM等の所定の変調方式で変調する。この場合、コンスタレーション上の信号点は必ずしも等距離である必要はない。コンスタレーションは、不均一コンスタレーションであってもよい。多重部412cは、各チャネルの変調シンボルと上りリンク参照信号とを多重化し、所定のリソースエレメントに配置する。無線送信部412dは、多重部412cからの信号に対して、各種信号処理を行う。例えば、無線送信部412dは、高速フーリエ変換による周波数領域への変換、ガードインターバル(サイクリックプレフィックス)の付加、ベースバンドのデジタル信号の生成、アナログ信号への変換、直交変調、アップコンバート、余分な周波数成分の除去、電力の増幅等の処理を行う。送信処理部412で生成された信号は、アンテナ414から送信される。
記憶部42は、DRAM、SRAM、フラッシュメモリ、ハードディスク等のデータ読み書き可能な記憶装置である。記憶部42は、無線通信装置40の記憶手段として機能する。記憶部42は、無線通信装置40の動作のための各種プログラムおよび様々なデータを一時的に又は恒久的に記憶する。
制御部43は、受信処理部411を介して取得したデータを記憶部42に記憶するように制御する。ここで、取得したデータは、例えば、基地局装置20からシステム情報や個別シグナリング(dedicated signalling)を介して取得する情報である。
制御部43は、動作周波数設定部431と、無線ベアラ制御部432とを備える。これら機能ブロックはソフトウェアブロックであってもよいし、ハードウェアブロックであってもよい。例えば、上述の機能ブロックが、それぞれ、ソフトウェア(マイクロプログラムを含む。)で実現される1つのソフトウェアモジュールであってもよいし、半導体チップ(ダイ)上の1つの回路ブロックであってもよい。勿論、各機能ブロックがそれぞれ1つのプロセッサ又は1つの集積回路であってもよい。機能ブロックの構成方法は任意である。
動作周波数設定部431は、基地局装置20から受信するRRCReconfigurationメッセージに基づいて、動作周波数帯を設定する。例えば、RRCReconfigurationメッセージには、セルを選択するための周波数の優先度に係る情報として、CellReselectionPriority、及び、CellReselectionSubPriorityを含み得る。つまり、動作周波数設定部431は、優先度の最も高い周波数を動作周波数帯として設定する。また、RRCReconfigurationメッセージには、同一の基地局装置20が提供する異なる周波数帯へのハンドオーバー(周波数間ハンドオーバー:Inter-Frequency Handover)に必要な情報を含み得る。つまり、動作周波数設定部431は、周波数間ハンドオーバーの指示に合わせて、変更元の周波数(Source Frequency)に代えて、変更先の周波数(Target Frequency)を動作周波数帯として設定する。RRCReconfigurationメッセージは、データフローを割り当てるDRBをある周波数帯(例えば第1の周波数帯)から別の周波数帯(例えば第2の周波数帯)へ変更するために必要な情報を含むメッセージ(例えば上位層メッセージ)に対応する。
無線ベアラ制御部432は、基地局装置20から指示される周波数帯で基地局装置20との間に少なくとも1つのDRBを確立する。通信部41は、確立した少なくとも1つのDRBを介して、少なくとも1つのQoSフロー(データフロー)のデータ通信を行う。同時に複数のデータフローのデータ通信が行われている場合に、無線ベアラ制御部432が、基地局装置20からあるデータフローについて変更先の周波数(Target Frequency)への周波数間ハンドオーバーを指示された場合には、変更先の周波数を動作周波数帯として新たなDRBを確立し、当該データフローを割り当てるDRBを新たなDRBに変更する。通信部41は基地局装置20により割り当て先が変更されたデータフローのデータを変更後のDRBを介して通信する。これにより変更元のDRBが確立されていた周波数帯の空き容量を増加させることができる。無線ベアラ制御部432は、データフローを割り当てるDRBの変更後、変更元のDRBを解放してもよい。これにより空き容量をさらに増加させることができる。但し、データフローを割り当てるDRBの変更後においても、変更元のDRBに割り当てられている他のデータフローが存在する場合は、DRBを解放しない。割り当て先を変更したデータフローは、周波数間ハンドオーバー後には、変更先の周波数帯のDRBを介して処理される。なお、基地局装置20からデータフローの割り当て先DRBの変更が指示された時点で、変更先の周波数帯で既にDRBが確立されている場合、当該DRBにデータフローの割り当てを変更する場合もあり得る。この場合、変更先の周波数帯に新たなDRBを確立する処理を省略してよい。
無線通信装置40は、例えば、携帯電話、スマートデバイス(スマートフォン、又はタブレット)、PDA(Personal Digital Assistant)、パーソナルコンピュータである。また、無線通信装置40は、通信機能が具備された業務用カメラといった機器であってもよいし、FPU(Field Pickup Unit)等の通信機器が搭載されたバイクや移動中継車等であってもよい。また、無線通信装置40は、M2M(Machine to Machine)デバイス、又はIoT(Internet of Things)デバイスであってもよい。
なお、無線通信装置40は、基地局装置20とNOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)通信が可能であってもよい。ここで、NOMA通信は、非直交リソースを使った通信(送信、受信、或いはその双方)のことである。また、無線通信装置40は、基地局装置20と通信する際、HARQ等の自動再送技術を使用可能であってもよい。無線通信装置40は、他の無線通信装置40とサイドリンク通信が可能であってもよい。無線通信装置40は、サイドリンク通信を行う際も、HARQ等の自動再送技術を使用可能であってもよい。なお、無線通信装置40は、他の無線通信装置40との通信(サイドリンク)においてもNOMA通信が可能であってもよい。また、無線通信装置40は、他の通信装置(例えば、基地局装置20、及び他の無線通信装置40)とLPWA通信が可能であってもよい。また、無線通信装置40が使用する無線通信は、ミリ波を使った無線通信であってもよい。なお、無線通信装置40が使用する無線通信(サイドリンク通信を含む。)は、電波を使った無線通信であってもよいし、赤外線や可視光を使った無線通信(光無線)であってもよい。
また、無線通信装置40は、移動体装置であってもよい。移動体装置は、移動可能な無線通信装置である。このとき、無線通信装置40は、移動体に設置される無線通信装置であってもよいし、移動体そのものであってもよい。例えば、無線通信装置40は、自動車、バス、トラック、自動二輪車等の道路上を移動する車両(Vehicle)、或いは、当該車両に搭載された無線通信装置であってもよい。なお、移動体は、モバイル端末であってもよいし、陸上(狭義の地上)、地中、水上、或いは、水中を移動する移動体であってもよい。また、移動体は、ドローン、ヘリコプター等の大気圏内を移動する移動体であってもよいし、人工衛星等の大気圏外を移動する移動体であってもよい。
無線通信装置40は、同時に複数の基地局または複数のセルと接続して通信を実施してもよい。例えば、1つの基地局が複数のセル(例えば、pCell、sCell)を介して通信エリアをサポートしている場合に、キャリアアグリゲーション(CA:Carrier Aggregation)技術やデュアルコネクティビティ(DC:Dual Connectivity)技術、マルチコネクティビティ(MC:Multi-Connectivity)技術によって、それら複数のセルを束ねて基地局装置20と無線通信装置40とで通信することが可能である。或いは、異なる基地局装置20のセルを介して、協調送受信(CoMP:Coordinated Multi-Point Transmission and Reception)技術によって、無線通信装置40とそれら複数の基地局装置20が通信することも可能である。
図8は、標準化された5QIとQoSの特徴の対応関係の一例である。ここで、標準化されたQoSは、リソースタイプ(Resource Type)、デフォルト優先度(Default Priority Level)、パケット遅延許容時間(Packet Delay Budget)、パケットエラーレート(Packet Error Rate)、デフォルト最大データバースト量(Default Maximum Data Burst Volume)、デフォルト平均ウィンドウ(Default Averaging Window)によって特徴付けられる。
Resource Type(リソースタイプ)は、QoSフローレベルのGFBR(Guaranteed Flow Bit Rate)に関連した専用のリソースが継続して割り当てられるか否かを決定するためのものであり、GBR(Guaranteed flow Bit Rate)とnon-GBRに分類される。GBR QoSフローは、GBRリソースタイプ(GBR Resource Type)、若しくは、遅延クリティカルGBRリソースタイプ(Delay-critical GBR Resource Type)のいずれかを利用する。遅延クリティカルGBRリソースタイプは、遅延時間の上限値を遅延要求として定めている。non-GBR QoSフローは、Non-GBR Resource Typeのみを利用する。GBR,non-GBR及びDelay-critical GBRは、QoSフローのフロー種別の一例に相当する。
Priority Level(優先度)は、QoSフロー内でのリソースのスケジューリングにおける優先度を示す指標である。標準化された5QIは、優先度のデフォルト値と関連付けられている。優先度は、標準化された5QIと合わせて基地局装置20にシグナリングされてもよい。基地局装置20は、優先度を受信した場合には、デフォルト値の代わりに、受信した優先度を使用しなくてはいけない。
Packet Delay Budget(PDB:パケット遅延許容時間)は、UE40とN6インターフェースを終端するUPF330間の遅延の上限値をパケット遅延許容時間として定義する。任意の5QIに対して、PDBの値はアップリンクとダウンリンクで同じである。GFBR(Guaranteed Flow Bit Rate)を超えないGBRリソースタイプを使用するGBR QoSフローに対して、パケットの98%は5QIのPDB以内に収まらなくてはいけない。
Packet Error Rate(PER:パケットエラーレート)は、輻輳に起因しないパケット損失率の上限を定義する。遅延クリティカルGBRリソースタイプを使用するGBR QoSフローに対しては、データバーストがPDBの期間内でMaximum Data Burst Volume(MDBV:最大データバースト量)を超えない限り、或いは、QoSフローがGFBRを超えない限り、PDB以上遅延したパケットは損失としてカウントされ、PERに含められる。
Maximum Data Burst Volume(MDBV)は、5G-AN(Access Network)がPDBの期間内に処理することを要求されるデータの最大量を表している。遅延クリティカルGBRリソースタイプのGBR QoSフローは、MDBVと関連付けられなければいけない。遅延クリティカルGBRリソースタイプの標準化された5QIは、MDBVのデフォルト値と関連付けられている。MDBVは、標準化された5QIと合わせて基地局装置20にシグナリングされてもよい。基地局装置20は、MDBVを受信した場合には、デフォルト値の代わりに、受信したMDBVを使用しなくてはいけない。
平均ウィンドウは、GFBR(Guaranteed Flow Bit Rate)とMFBR(Maximum Flow Bit Rate)を計算する期間を表している。GBR QoSフローは、平均ウィンドウと関連付けられなければいけない。GBRと遅延クリティカルGBRリソースタイプの標準化された5QIは、平均ウィンドウのデフォルト値と関連付けられている。平均ウィンドウは、標準化された5QIと合わせて基地局装置20とUPF330にシグナリングされてもよい。基地局装置20とUPF330は、平均ウィンドウを受信した場合には、デフォルト値の代わりに、受信した平均ウィンドウを使用しなくてはいけない。
[1.基地局装置20の動作周波数帯の設定と運用の処理]
図9は、基地局装置20によるQoSに応じた動作周波数帯の選択処理の第1の例を示すフローチャートである。基地局装置20が運用を開始すると、動作周波数制御部242は、基地局装置20を管理する主体にあらかじめ割り当てられているライセンス周波数帯に属する周波数帯(ここでは周波数帯RF1と記載する)を動作周波数帯として設定する(ステップ101)。動作周波数制御部242は、この周波数帯RF1を使って、ダウンリンク信号の送信とアップリンク信号の受信を開始する。無線ベアラ管理部243は、無線通信装置40からのPDUセッション確立要求に合わせて、無線通信装置40との間に少なくとも1つのDRBを確立する。このDRBは周波数帯RF1上に確立される。周波数帯RF1に確立するDRBは、一例として第1の周波数帯に確立する第1の無線ベアラに対応する。
管理装置30は、無線通信装置40の契約情報や利用サービスに基づいたポリシーからQoSプロファイルを生成し、基地局装置20に提供する。無線通信装置40の契約情報の変更や利用サービスに基づいたポリシーの変更に起因してQoSプロファイルの更新が生じた際には、管理装置30は、この更新されたQoSプロファイルを基地局装置20に提供する。例えば、工場内での作業や工程の種類の違いによる製造ラインの設定の変更や手術室での手術の種類の違いによる医療機器の変更に伴って、無線通信装置40に適用するポリシーを変更する際に、QoSプロファイルは更新される。
QoSフロー制御部244は、管理装置30からのQoSプロファイル(更新された場合も含む)に基づいてDRBにおけるQoSフローの転送処理の方法を決定する。ここで、QoSフローの転送処理には、QoSフローのための無線リソースをスケジューリングすることを含んでおり、QoSフロー制御部244は、DRBに1つ又は複数のQoSフローを割り当てる(マッピングする)。ここでは基地局装置20は周波数帯RF1上に複数の無線通信装置との間にそれぞれ異なるDRBを確立し、それぞれQoSフローを割り当てている状況を想定する。
QoSフロー制御部244は、全ての無線通信装置40との間に確立されているDRBに割り当てられているQoSフローに関するQoS情報を取得する(ステップ102)。続いて、QoSフロー制御部244は、GBRが設定されているQoSフローがあるか否かを判定する(ステップ103)。GBRが設定されているQoSフローがなければ、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ102以降の処理が繰り返される。ここで、イベントは、例えば、新たなDRBが確立されるタイミング、既存のDRBが解放されるタイミング、或いは、QoSプロファイルが更新されるタイミング等である。
GBRが設定されているQoSフローがある場合には、QoSフロー制御部244は、DRBが、QoSフローのGFBR(ビットレートの要求)を満たすことができるか否かを判定する(ステップ104)。GBRが設定されているQoSフローは、一例としてDRBに割り当てられた第1のデータフローに対応し、GFBRは一例として第1のデータフローに要求される通信品質要求に対応する。
GFBRを満たすことができる場合には、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ102以降の処理が繰り返される。あるQoSフローのGFBRを満たすことができない場合には、動作周波数制御部242は、排他性ID-周波数帯マッピング情報に基づいて、周波数帯RF1とは別の周波数帯(ここでは周波数帯RF2と記載する)を設定する(ステップ105)。ここで、周波数帯RF2を利用するための許可が必要な場合には、周波数帯RF2を設定する処理は、その利用許可を取得する処理を含む。例えば、周波数帯RF2を設定する処理は、外部の周波数管理データベースに基地局装置20の位置に係る情報を含むリクエストを送信し、その応答として、使用を許可される周波数帯RF2と最大送信電力とを含む情報を受信する処理を含む。ここで、基地局装置20が1つのgNB-CUと複数のgNB-DUから構成される場合には、基地局装置20の位置に係る情報は複数のgNB-DUの位置に係る情報であってもよい。この周波数帯RF2を利用するための許可は、TVホワイトスペースデータベース(TV White Space Database)、CBRS(Citizens Broadband Radio Service)で導入されているSAS(Spectrum Access System)や、北米の6GHz帯での免許不要の利用のために導入されるAFC(Automated Frequency Coordination)システムを介して取得されてもよい。動作周波数制御部242は、例えば、共用周波数帯のPALよりも排他性の低いGAAの周波数帯、或いは、免許不要周波数帯を周波数帯RF2として設定する。動作周波数制御部242は、周波数帯RF1に加えて、この周波数帯RF2を使ったダウンリンク信号の送信とアップリンク信号の受信を開始する。
無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF1においてnon―GBR QoSフローを割り当てているDRBを終端している無線通信装置40に対して、RRCReconfigurationメッセージを送信する。これにより無線通信装置40に、周波数帯RF2に新たなDRBを確立するために必要な処理を起動させる。新たなDRBを確立するために必要な処理は、例えば、周波数帯RF1から周波数帯RF2へnon―GBR QoSフローを割り当てるDRBを変更するためのハンドオーバーの処理を含む。周波数帯RF1においてnon―GBR QoSフローを割り当てていたDRBは、上述のGBR QoSフローを割り当てていたDRBと同じDRBの場合、別のDRBのいずれの場合もあり得る。GBR QoSフローの無線通信装置40と、non―QoSフローの無線通信装置40は同じ無線通信装置であっても、互いに異なる無線通信装置であってもよい。
無線ベアラ管理部243は、ハンドオーバーの処理に合わせて、周波数帯RF2に新たなDRB(第2の無線ベアラ)を確立し、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1におけるnon―GBR QoSフローをこの新たに確立したDRBに割り当てる(ステップ106)。すなわち、non―GBR QoSフローを周波数帯RF2におけるDRBに新たに割り当てる。これにより周波数帯RF1のDRBに割り当てられていたnon―GBR QoSフローは解放される。周波数帯RF2に確立するDRBは、一例として第2の周波数帯に確立する第2の無線ベアラに対応する。続いて、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1においてGBRのQoSフローがGFBR(ビットレートの要求)を満たすことができるか否かを判定する(ステップ107)。すなわち、GBRのQoSフローが割り当てられているDRBが、GFBRを満たしているか否かを判断する。GBRのQoSフローのGFBRを満たすことができない場合には、その旨をSMF306に通知する(ステップ108)。一方、GFBRを満たすことができる場合には、処理を終了する。
上述のステップ104では、GFBRを満たすことができるか否かを判定したが、遅延クリティカルGBRリソースタイプのGBR QoSフローがある場合には、GFBRの代わりに、或いは、GFBRに加えて、パケット遅延許容時間による遅延要求を満たすことができるか否かを判定するようにしてもよい。また、GFBRの代わりに、或いはGFBRに加えて、パケットエラーレートの要求を満たすか否かを判定するようにしてもよい。例えばパケットエラーレートの値が閾値以下か否かを判定するようにしてもよい。
上述のステップ106でnon-GBRのQoSフローを割り当てるDRBを変更した後、変更元のDRBに他のQoSフローが存在しない場合、無線ベアラ管理部243は、変更元のDRBを解放してもよい。例えば周波数帯RF1においてGBRのQoSフローとnon-GBRのQoSフローが異なる無線通信装置に割り当てられていた場合、或いは同一の無線通信装置の別々のDRBに割り当てられていた場合にこのような処理を行うことが可能である。
上述のステップ106でnon-GBRのQoSフローを割り当てるDRBを周波数帯RF2に変更したが、non-GBRのQoSフローの代わりに、ステップ104でGFBRを満たすことができないと判断されたGBRのQoSフローを割り当てるDRBを変更してもよい。この場合、ステップ105で選択する周波数帯RF2としてPAL周波数帯を選択してもよい。PAL周波数帯は、免許不要周波数帯又はGAAに相当する周波数帯よりも高い排他性を有する。GBRのQoSフローの割り当てを変更した後、変更元のDRBに他のQoSフローが存在しない場合、変更元のDRBを解放してもよい。
図10は、基地局装置20によるQoSに応じた動作周波数帯の選択処理の第2の例を示すフローチャートである。ステップ101からステップ104までの処理は図9と同一であるため、ここでは説明の重複を避けるため説明を割愛する。
QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1における複数のGBR QoSフローに対して、QoSプロファイルの5QIとARP(Allocation and Retention Priority)に基づいて、優先順位を設定する。具体的には、複数のGBR QoSフローをそれぞれの特性に基づき、優先順位を有する複数のグループに分類する(ステップ201)。分類を行うために、例えば、遅延クリティカルGBRリソースタイプ、優先度、パケットエラーレート、パケット遅延許容時間等を用いることができる。分類する処理の詳細は後述する。
動作周波数制御部242は、排他性ID-周波数帯マッピング情報に基づいて、周波数帯RF1とは異なる周波数帯(ここでは周波数帯RF3と記載する)を設定する(ステップ202)。ここで、周波数帯RF3を利用するための許可が必要な場合には、周波数帯RF3を設定する処理は、その利用許可を取得する処理を含む。例えば、周波数帯RF3を設定する処理は、外部の周波数管理データベースに基地局装置20の位置に係る情報を含むリクエストを送信し、その応答として、使用を許可される周波数帯RF3と最大送信電力とを含む情報を受信する処理を含む。動作周波数制御部242は、例えば、共用波数帯のPALに相当する周波数帯を、周波数帯RF3として設定する。PALの周波数帯は、共用波数帯のGAAに相当する周波数帯や免許不要周波数帯よりも高い排他性を有する。動作周波数制御部242は、周波数帯RF1に加えて、この周波数帯RF3を使ったダウンリンク信号の送信とアップリンク信号の受信を開始する。
無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF1において、ステップ104でGFBRを満たさないと判断されたGBR QoSフローよりも優先順位の低いGBR QoSフローを割り当てているDRBを終端している無線通信装置40に対して、RRCReconfigurationメッセージを送信する。これにより、無線ベアラ管理部243は、無線通信装置40に、周波数帯RF3に新たなDRBを確立するために必要な処理を起動させる。新たなDRBを確立するために必要な処理は、例えば、周波数帯RF1から周波数帯RF3へ優先度の低いGBR QoSフローの割り当てを変更するためのハンドオーバーの処理を含む。優先順位の低いGBR QoSフローは、GFBRを満たさないと判断されたGBR QoSフローよりも優先順位が低ければ何でもよい。例えば最も優先順位の低いグループに分類されたGBR QoSフローでもよいし、GFBRを満たさないと判断されたGBR QoSフローが属するグループよりも所定値(例えば1)だけ優先順位が低いグループのQoSフローでもよい。
無線ベアラ管理部243は、ハンドオーバーの処理に合わせて、周波数帯RF3に新たなDRB(第2の無線ベアラ)を確立し、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1における上述の優先順位の低いGBR QoSフローをこの新たに確立したDRBに割り当てる(ステップ203)。すなわち、優先順位の低いGBR QoSフローを周波数帯RF3におけるDRBに新たに割り当てる。周波数帯RF3に確立するDRBは、一例として第2の周波数帯に確立する第2の無線ベアラに対応する。続いて、ステップ107以降の処理は、図9と同一であるため、ここでは説明の重複を避けるために説明を割愛する。
上述のステップ203で優先順位の低いQoSフローの割り当てを変更した後、変更元のDRBに他のQoSフローが存在しない場合は、無線ベアラ管理部243は、変更元のDRBを解放してもよい。
上述のステップ203では優先順位の低いQoSフローの割り当てを周波数帯RF3に変更したが、GFBRを満たすことができないと判断されたQoSフローよりも優先順位の高いQoSフローの割り当てを周波数帯RF3に変更してもよい。
図11は、基地局装置20によるQoSに応じた動作周波数帯の選択処理の第3の例を示すフローチャートである。ステップ101からステップ104までの処理は図9と同一であるため、ここでは説明の重複を避けるため説明を割愛する。
QoSフロー制御部244は、オフロードするフローの候補を選択するための設定情報に基づいて、オフロードするフローの候補として、non-GBR QoSフロー、若しくは、優先順位の低いGBR QoSフローのいずれかを選択する(ステップ301)。ここで、QoSフロー制御部244は、図10のステップ201同様、5QIとARPに基づいて優先順位を決定する。
QoSフロー制御部244は、オフロードするフローを、non-GBR QoSフローにするか、優先順位の低いGBR QoSフローにするかを決定する(ステップ302)。オフロードするフローがnon-GBR QoSフローであれば、図9に示すステップ105以降の処理が実行される。一方、オフロードするフローが優先順位の低いGBR QoSフローであれば、図10に示すステップ202以降の処理が実行される。
ここで、ステップ301において、オフロードするフローの候補を選択するための設定情報は、例えば、non-GBR QoSフローを優先的にオフロードすることを示す情報である。また、オフロードするフローの候補を選択するための設定情報は、トラフィックの量に基づき選択の方法を示すものであってもよい。例えば、non-GBR QoSフロー、若しくは、優先順位の低いGBR QoSフローのうち、トラフィック量の最も大きい又は閾値以上のフローをオフロードするフローの候補として選択する。また、オフロードするフローの候補を選択するための設定情報は、共用周波数帯や免許不要周波数帯の周波数帯の可用性(availability)に基づき選択の方法を示すものであってもよい。周波数帯の可用性は、例えば、使用することができる帯域幅、送信電力の大きさ、或いは、期間である。例えば、共用周波数帯のPALに相当する周波数帯の使用することができる帯域幅が、共用周波数帯のGAAや免許不要周波数帯よりも広ければ、オフロードするフローの候補として、優先順位の低いGBR QoSフローを優先的にオフロードする。一方、共用周波数帯のGAAや免許不要周波数帯に相当する周波数帯の使用することができる帯域幅が、共用周波数帯のPALに相当する周波数帯よりも広ければ、non-GBR QoSフローを優先的にオフロードする。このようなオフロードするフローの候補を選択するための設定情報は、あらかじめ基地局装置20に設定されていてもよいし、管理装置30からNASシグナリングを介して、基地局装置20に動的に設定されてもよい。
図12は、基地局装置20によるQoSに応じた動作周波数帯の選択処理の第4の例を示すフローチャートである。図9に示した処理の結果、基地局装置20は、周波数帯RF1と周波数帯RF2を使ったダウンリンク信号の送信とアップリンク信号の受信を開始している(ステップ401)。すなわち周波数帯RF1のDRBにおいてGBRのQoSフローを通信し、周波数帯RF2のDRBにおいてnon-GBRのQoSフローを通信している。GBRのQoSフローを通信している無線通信装置40と、non-GBRのQoSフローを通信している無線通信装置40は互いに異なる無線通信装置である場合、同じ無線通信装置である場合のいずれもあり得る。
QoSフロー制御部244は、全ての無線通信装置40との間に確立されているDRBに割り当てられているQoSフローに関するQoS情報を取得する(ステップ402)。続いて、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費(利用)されている無線リソースの量(容量)を確認する(ステップ403)。ここで、無線リソースの量は、例えば、単位時間当たりのリソースブロックの数である。
QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費されている無線リソースの割合が閾値以下であるか否かを判定する(ステップ404)。例えば、閾値は0.6である。ここで、消費している無線リソースの割合は負荷と表現されてもよい。なお、この閾値は周波数帯RF1のDRBで処理されているGBRのQoSフローの5QI、ARPに応じて可変であってもよい。例えば、保証するビットレートが大きい場合には、より小さな閾値を設定し、保証するビットレートが小さい場合には、より大きな閾値を設定する。また、パケット遅延許容時間が小さい場合には、より小さな閾値を設定し、パケット遅延許容時間が大きい場合には、より大きな閾値を設定する。
周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの割合が閾値を超えているならば、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ402以降の処理が繰り返される。ここで、イベントは、例えば、新たなDRBが確立されるタイミング、既存のDRBが解放されるタイミング、或いは、QoSプロファイルが更新されるタイミング等である。
周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの割合が閾値以下であれば、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF2におけるnon-GBRのQoSフローが割り当てられているDRBで消費されている無線リソースの量を確認する(ステップ405)。続いて、周波数帯RF1上の全てのDRBで消費されている無線リソースの量と周波数帯RF2における上述のDRBで消費されている無線リソースの量とに基づいて、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF2上の当該DRBのnon-GBRのQoSフローを割り当てる無線ベアラを周波数帯RF1上に変更することが可能か否かを判断する(ステップ406)。すなわち、周波数帯RF2上の当該DRBのnon-GBRのQoSフローを周波数帯RF1に割り当てても、周波数帯RF1上のGBRのQoSフローが通信品質要求を維持可能か否かを判断する。具合的な判断の例としては、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上の利用可能な無線リソース量(リソースの空き容量)が周波数帯RF2上の当該DRBで消費されている無線リソース量以上の場合、non-GBRのQoSフローを周波数帯RF1に割り当て可能と判断する。あるいは、QoSフロー制御部244は、両者の差(リソース量の余裕を示す)が一定値以上の場合に、non-GBRのQoSフローを周波数帯RF1に割り当て可能と判断してもよい。
周波数帯RF2における上述のDRBのnon-GBRのQoSフローを周波数帯RF1上に割り当てることが可能でないと判断されると、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ402以降の処理が繰り返される。一方、周波数帯RF2における上述のDRBのnon-GBRのQoSフローを周波数帯RF1上に割り当てることが可能であると判断されると、無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF2における当該DRBを終端している無線通信装置40に対して、RRCReconfigurationメッセージを送信する。これにより、無線通信装置40に、周波数帯RF1において新たなDRB(第3の無線ベアラ)を確立するために必要な処理を起動させる。新たなDRBを確立するために必要な処理は、例えば、周波数帯RF2から周波数帯RF1へ上述のnon-GBR QoSフローを割り当てるためのハンドオーバーの処理を含む。
無線ベアラ管理部243は、ハンドオーバーの処理に合わせて、周波数帯RF2における上述のDRBに割り当てているnon-GBR QoSフローを割り当てるためのDRBを周波数帯RF1上に確立する。QoSフロー制御部244は、このnon-GBR QoSフローを、周波数帯RF1上に新たに確立したDRBに割り当てる(ステップ407)。
QoSフロー制御部244が、周波数帯RF1上に新たに確立したDRBへのnon-GBR QoSフローの割り当てを完了すると、無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF2に確立していた上述のDRBを解放する(ステップ408)。続いて、無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF2に確立されている全てのDRBの解放を確認すると、動作周波数制御部242に周波数帯RF2の動作の停止を指示する。動作周波数制御部242は、周波数帯RF2の利用の許可を受けていた場合には、他のユーザーが周波数帯RF2を使用できるようにその利用許可を返納する(ステップ409)。なお、周波数帯RF2を利用している他のDRBが存在する場合は、周波数帯RF2の利用許可の返納を行わなくてよい。
図13は、基地局装置20によるQoSに応じた動作周波数帯の選択処理の第5の例を示すフローチャートである。図10に示した処理の結果、基地局装置20は、周波数帯RF1と周波数帯RF3を使ったダウンリンク信号の送信とアップリンク信号の受信を開始している(ステップ501)。すなわち周波数帯RF1のDRBにおいてGBRのQoSフローを通信し、周波数帯RF3のDRBにおいて優先順位の低いGBRのQoSフローを通信している。
QoSフロー制御部244は、全ての無線通信装置40との間に確立されているDRBに割り当てられているQoSフローに関するQoS情報を取得する(ステップ502)。続いて、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの量を確認する(ステップ503)。ここで、無線リソースの量は、例えば、単位時間当たりのリソースブロックの数である。
QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの割合が閾値以下であるか否かを判定する(ステップ504)。例えば、閾値は0.6である。ここで、消費している無線リソースの割合は負荷と表現されてもよい。なお、この閾値は周波数帯RF1のDRBで処理されているGBRのQoSフローの5QI、ARPに応じて可変であってもよい。例えば、保証するビットレートが大きい場合には、より小さな閾値を設定し、保証するビットレートが小さい場合には、より大きな閾値を設定する。また、パケット遅延許容時間が小さい場合には、より小さな閾値を設定し、パケット遅延許容時間が大きい場合には、より大きな閾値を設定する。
周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの割合が閾値を超えているならば、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ502以降の処理が繰り返される。ここで、イベントは、例えば、新たなDRBが確立されるタイミング、既存のDRBが解放されるタイミング、或いは、QoSプロファイルが更新されるタイミング等である。
周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの割合が閾値以下であれば、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF3上で上述の優先順位の低いQoSフローが割り当てられているDRBで消費されている無線リソースの量を確認する(ステップ505)。続いて、周波数帯RF1上に確立されている全てのDRBで消費している無線リソースの量と、周波数帯RF3における当該DRBで消費されている無線リソースの量とに基づいて、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF3に確立されている当該DRBの優先順位の低いQoSフローを周波数帯RF1上に割り当てることが可能か否かを判断する(ステップ506)。すなわち、周波数帯RF3上の当該DRBの優先順位の低いQoSフローを周波数帯RF1に割り当てても、周波数帯RF1上のGBRのQoSフローが通信品質要求を維持可能か否か判断する。具体的な判断例として、QoSフロー制御部244は、周波数帯RF1上の利用可能な無線リソース量(リソースの空き容量)が周波数帯RF3上の当該DRBで消費されている無線リソース量以上の場合、優先順位の低いGBRのQoSフローの割り当てが可能と判断する。あるいは、QoSフロー制御部244は、両者の差(リソース量の余裕を示す)が一定値以上の場合に、優先順位の低いGBRのQoSフローの割り当てが可能と判断してもよい。
周波数帯RF3上の優先順位の低いQoSフローを周波数帯RF1上に割り当てることが可能でないと判断されると、固定、若しくは、可変の周期、或いは、イベントに応じてステップ502以降の処理が繰り返される。一方、周波数帯RF3上の優先順位の低いQoSフローを周波数帯RF1上に割り当てることが可能であると判断されると、無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF3のDRBの優先順位の低いGBR QoSフローを割り当てるためのDRBを周波数帯RF1上に確立する。QoSフロー制御部244は、周波数帯RF3のDRBに割り当てている優先順位の低いGBR QoSフローを、周波数帯RF1上に新たに確立したDRBに割り当てる(ステップ507)。
QoSフロー制御部244が、周波数帯RF1上に新たに確立したDRBへの優先順位の低いGBR QoSフローの割り当てを完了すると、無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF3に確立していたDRBを解放(リリース)する(ステップ508)。無線ベアラ管理部243は、周波数帯RF3に確立されている全てのDRBの解放を確認すると、動作周波数制御部242に周波数帯RF3の動作の停止を指示する。続いて、動作周波数制御部242は、周波数帯RF3の利用の許可を受けていた場合には、他のユーザーが周波数帯RF3を使用できるようにその利用許可を返納する(ステップ509)。なお、周波数帯RF3を利用している他のDRBが存在する場合は、周波数帯RF3の利用許可の返納を行わなくてよい。
このように、図9の処理では、基地局装置20が処理するQoSフローの負荷状況に基づいて、ライセンス周波数帯に加えて、共用周波数帯のPALよりも排他性の低い共用周波数帯のGAA、或いは、免許不要周波数帯に相当する周波数帯を追加して運用を開始し、non―GBR QoSフローをオフロードさせる。また、図10の処理では、基地局装置20が処理するQoSフローの負荷状況に基づいて、ライセンス周波数帯に加えて、共用周波数帯のGAA或いは免許不要周波数帯よりも排他性の高い、共用周波数帯のPALに相当する周波数帯を追加して運用を開始し、優先度の低いGBR QoSフローをオフロードさせる。さらに、図11の処理では、オフロードするフローの候補として、non-GBR QoSフロー、若しくは、優先順位の低いGBR QoSフローのいずれかを選択する。これにより、QoSフローの負荷状況や共用周波数帯、免許不要周波数帯の可用性に応じて、QoSフローをその特質に合わせた周波数帯にオフロードさせることが可能となる。
図9~図11で示した各処理での各ステップの順序は一例であり、適宜入れ替えることが可能である。また、2つの処理の各ステップを組み合わせることも可能であることは言うまでもない。例えば、優先的にnon-GBR QoSフローを共用周波数帯のGAA、或いは、免許不要周波数帯に相当する周波数帯にオフロードさせた後、さらに、QoSフローの負荷状況に応じて、優先順位の低いGBR QoSフローを共用周波数帯のPALに相当する周波数帯にオフロードさせる処理を行うことも可能である。
また、図12の処理では、基地局装置20が処理するQoSフローの負荷状況に基づいて、オフロードしていたnon―GBR QoSフローを割り当てる新たなDRBをライセンス周波数帯に確立して、共用周波数帯のPALよりも排他性の低い共用周波数帯のGAA、或いは、免許不要周波数帯に相当する周波数帯の使用を停止する。また、図13の処理では、オフロードしていた優先度の低いGBR QoSフローを割り当てる新たなDRBをライセンス周波数帯に確立して、共用周波数帯のGAA或いは免許不要周波数帯よりも排他性の高い、共用周波数帯のPALに相当する周波数帯の使用を停止する。これにより、共用周波数帯や免許不要周波数帯を限られたユーザーに占有されるリスクを下げ、それらの周波数帯の本来の利用目的である適切な“共有”を実現することができる。
図12及び図13で示した各処理での各ステップの順序は一例であり、適宜入れ替えることが可能である。また、2つの処理の各ステップを組み合わせることも可能であることは言うまでもない。
[2.GBR QoSフローを分類する処理]
図14は、GBR QoSフローをGBR QoSフローの特性に基づきグループに分類することで、GBR QoSフローに優先順位を設定する処理の一例である。QoSフロー制御部244は、分類するグループの数を設定する(ステップ601)。例えば、“高”、“中”、“低”の3つのグループを設定する。“高”が最も優先順位が高く、“低”が最も優先順位が低い。或いは、“高”、“やや高”、“中”、“やや低”、“低”の5つのグループを設定してもよい。4、又は、6以上の数のグループに分類してもよい。
次に、GBR QoSフローのフロー種別が、遅延要求の厳しい遅延クリティカルGBRリソースタイプであるか、GBRリソースタイプであるかを判定する(ステップ602)。
GBR QoSフローが遅延クリティカルGBRリソースタイプであれば、高い優先順位のグループに分類する(ステップ603)。一方、GBR QoSフローがGBRリソースタイプであれば、遅延クリティカルGBRリソースタイプよりも低い優先順位のグループに分類する(ステップ607)。以降のステップでは、グループごとにさらに細かい分類を行う。より詳細には以下の通りである。
遅延クリティカルGBRリソースタイプのGBR QoSフローに対しては、さらに、優先度に応じて分類する(ステップ604)。具体的には、優先度の高いGBR QoSフローをより優先順位を高いグループに分類する。続いて、パケットエラーレートに応じて分類する(ステップ605)。具体的には、パケットエラーレートの低いGBR QoSフローをより優先順位の高いグループに分類する。さらに、パケット遅延許容時間に応じて分類する(ステップ606)。より具体的には、パケット遅延許容時間の小さいGBR QoSフローをより優先順位の高いグループに分類する。例えば、優先度が同じ複数のGBR QoSフローが存在する場合、これらのGBR QoSフローの中ではパケットエラーレートが最も低いGBR QoSフローの優先順位が最も高い。優先度が同じで、パケットエラーレートも同じ複数のGBR QoSフローが存在する場合は、パケット遅延許容時間が最も小さいQoSフローの優先順位が最も高い。ステップ604~606では、優先度、パケットエラーレート、パケット遅延許容時間の順に分類を行ったが、分類を行う順序は他の順序でもよい。
GBRリソースタイプのGBR QoSフローに対しても、遅延クリティカルGBRリソースタイプのGBR QoSフローと同様にしてさらに細かく分類する。具体的には、優先度の高いGBR QoSフローをより優先順位を高いグループに分類する(ステップ608)。続いて、パケットエラーレートに応じて分類する(ステップ609)。具体的には、パケットエラーレートの低いGBR QoSフローをより優先順位の高いグループに分類する。さらに、パケット遅延許容時間に応じて分類する(ステップ610)。より具体的には、パケット遅延許容時間の小さいGBR QoSフローをより優先順位の高いグループに分類する。ステップ608~610では、優先度、パケットエラーレート、パケット遅延許容時間の順に分類を行ったが、分類を行う順序は他の順序でもよい。
[3.無線通信装置40を含めた無線通信システムにおける処理]
図15は、QoS制御に伴う周波数間ハンドオーバーの処理の一例を示すシーケンス図である。基地局装置20は、ライセンス周波数帯に属する周波数帯(ここでは周波数帯RF1と記載)での動作を開始する(ステップ701)。周波数帯RF1に無線通信装置40とDRB(ここでは第1のDRBと記載)を確立してnon―GBR QoSフローを割り当てる(ステップ702)。この処理の結果、UPF330と基地局装置20の間でユーザデータ(non GBR QoSフロー)703が転送され、基地局装置20と無線通信装置40との間では第1のDRBを介してユーザデータ(non GBR QoSフロー)704が転送される。また基地局装置20は、上述の第1のDRBを確立する前又は確立した後に、上記と同じ無線通信装置40又は別の無線通信装置40と周波数帯RF1において他のDRBを確立する。基地局装置20は、他のDRBにGBR QoSフローを割り当て、上記と同じ無線通信装置40又は別の無線通信装置40との間でユーザデータを転送するなどの処理を行う。1つ以上の無線通信装置40との間で周波数帯RF1に確立する1つ以上のDRBは、一例として第1の周波数帯に確立する1つ以上の第1の無線ベアラに対応する。
続いて、基地局装置20が、周波数帯RF1においてGFBR(通信品質要求)を満たせないGBR QoSフローが存在すると判断すると(ステップ705)、動作周波数制御部242は、周波数帯RF2を設定し(ステップ706)、周波数帯RF1と周波数帯RF2での動作を開始する(ステップ707)。
基地局装置20は、周波数帯RF1でDRBを確立している無線通信装置40の中からnon GBR QoSフローを転送している無線通信装置40を選択し、選択された無線通信装置40に対してRRCReconfigurationメッセージ708を送信する。ここで、このRRCReconfigurationメッセージ708は、周波数帯RF1(Source Frequency)から周波数帯RF2(Target Frequency)への周波数間ハンドオーバーに必要な情報が含まれている。
無線通信装置40は、周波数帯RF1(Source Frequency)から周波数帯RF2(Target Frequency)への周波数間ハンドオーバーを実行し(ステップ709)、RRCReconfigurationCompleteメッセージ710を基地局装置20に応答する。
基地局装置20は、周波数帯RF2に無線通信装置40との第2のDRBを確立してnon―GBR QoSフローを割り当てる(ステップ711)。この処理の結果、UPF330と基地局装置20の間でユーザデータ(non GBR QoSフロー)712が転送され、基地局装置20と無線通信装置40との間では第2のDRBを介してユーザデータ(non GBR QoSフロー)713が転送される。周波数帯RF2に確立するDRBは、一例として第2の周波数帯に確立する第2の無線ベアラに対応する。
図16は、QoS制御に伴う周波数間ハンドオーバーの処理の別の例を示すシーケンス図である。基地局装置20は、ライセンス周波数帯に属する周波数帯(ここでは周波数帯RF1と記載)での動作を開始する(ステップ801)。周波数帯RF1に無線通信装置40とDRB(ここでは第1のDRBと記載)を確立して、例えば優先度の低いGBR QoSフローを割り当てる(ステップ802)。この処理の結果、UPF330と基地局装置20の間でユーザデータ(優先度の低いGBR QoSフロー)803が転送され、基地局装置20と無線通信装置40との間では第1のDRBを介してユーザデータ(優先度の低いGBR QoSフロー)804が転送される。また基地局装置20は、上述の第1のDRBを確立する前又は確立した後に、上記と同じ無線通信装置40又は別の無線通信装置40と周波数帯RF1において他のDRBを確立する。基地局装置20は、他のDRBに、例えば優先度の高いGBR QoSフローを割り当て、上記と同じ無線通信装置40又は別の無線通信装置40との間でユーザデータを転送するなどの処理を行う。1つ以上の無線通信装置40との間で周波数帯RF1に確立する1つ以上のDRBは、一例として第1の周波数帯に確立する1つ以上の第1の無線ベアラに対応する。
続いて、基地局装置20が周波数帯RF1においてGFBRを満たせない、優先度の高いGBR QoSフローが存在すると判断すると(ステップ805)、動作周波数制御部242は、周波数帯RF3を設定し(ステップ806)、周波数帯RF1と周波数帯RF3での動作を開始する(ステップ807)。
基地局装置20は、周波数帯RF1でDRBを確立している無線通信装置40の中から優先度の低いGBR QoSフローを転送している無線通信装置40を選択し、選択された無線通信装置40に対してRRCReconfigurationメッセージ808を送信する。ここで、このRRCReconfigurationメッセージ808は、周波数帯RF1(Source Frequency)から周波数帯RF3(Target Frequency)への周波数間ハンドオーバーに必要な情報が含まれている。
無線通信装置40は、周波数帯RF1(Source Frequency)から周波数帯RF3(Target Frequency)への周波数間ハンドオーバーを実行し(ステップ809)、RRCReconfigurationCompleteメッセージ810を基地局装置20に応答する。
基地局装置20は、周波数帯RF3において無線通信装置40との第2のDRBを確立し、優先度の低いGBR QoSフローを割り当てる(ステップ811)。すなわち優先度の低いGBR QoSフローを割り当てるDRBを周波数帯RF1の第1のDRBから、周波数帯RF3の第2のDRBに変更する。この処理の結果、UPF330と基地局装置20の間でユーザデータ(優先度の低いGBR QoSフロー)812が転送され、基地局装置20と無線通信装置40との間では第2のDRBを介してユーザデータ(優先度の低いGBR QoSフロー)813が転送される。周波数帯RF3に確立する第2のDRBは、一例として第2の周波数帯に確立する第2の無線ベアラに対応する。
以上、本実施形態によれば、ライセンスバンドのみでGBR QoSフローのGFBR又はDelay-critical GBR QoSフローの遅延要求を満たすことができない場合に、ライセンスバンドにおける他のQoSフローを他の周波数帯にオフロードすることで、GFBRの維持又は遅延要求の維持と、周波数帯の有効活用とを実現することができる。
例えば、non―GBR QoSフローを共用周波数帯のGAAに相当する周波数帯又は免許不要周波数帯にオフロードさせて、ライセンスバンドでGBR QoSフロー又はDelay-critical GBR QoSフローを処理することで、GFBR又は遅延要求を満たすことが可能となる。
また、優先度の低いGBR QoSフローを共用周波数帯のPALに相当する周波数帯にオフロードさせ、ライセンスバンドで優先度の高いGBR QoSフロー又はDelay-critical GBR QoSフローを処理することで、GFBR又は遅延要求を満たすことが可能となる。
オフロードする対象となるQoSフローを終端する無線通信装置に、そのQoSフローを他の周波数帯にハンドオーバーさせることで、基地局装置がGFBR又は遅延要求を維持するためのオフロードが可能となる。
なお、上述の実施形態は本開示を具現化するための一例を示したものであり、その他の様々な形態で本開示を実施することが可能である。例えば、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形、置換、省略又はこれらの組み合わせが可能である。そのような変形、置換、省略等を行った形態も、本開示の範囲に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、本明細書に記載された本開示の効果は例示に過ぎず、その他の効果があってもよい。
本開示に係る無線端末装置(実施形態では無線通信装置40)は、医療機関の空間内に配置された医療機器と無線通信を行う無線端末装置であっても良いし、医療機器であっても良い。また、基地局装置20もしくは無線通信装置40は、医療機器の種別や通信内容の種別に基づき該当するQoSフローの優先度を決定しても良い。決定された優先度に基づき上述した構成を取っても良い。これらにより、基地局装置20や無線通信装置40は、手術室といった医療機関の空間内に配置された医療機器の無線接続の通信品質を向上させることに寄与しうる。また、通信制御システム10は、手術室の複数の医療機器の無線接続の接続安定性といった、無線接続の通信品質を向上させうる。
本開示に係る通信制御システム10は、手術室等の医療機関の空間内に配置された医療機器の無線通信に関する制御を行っても良い。例えば、5Gや4G等のプライベートな基地局装置20が手術室に設けられた通信制御システムの無線通信リンクの制御を実施する。なお、基地局装置20は、手術室内の無線端末装置20の無線通信に関する制御が可能であれば、どのような位置に設けられてもよい。
なお、本開示は以下のような構成を取ることもできる。
[項目1]
第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立する無線ベアラ管理部と、
前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御するフロー制御部と、
を備え、
前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する
基地局装置。
[項目2]
前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質が通信品質要求を満たさない場合に、前記第2の周波数帯に前記第2の無線ベアラを確立する
項目1に記載の基地局装置。
[項目3]
前記通信品質要求は、ビットレートの要求、遅延時間の要求、及びエラーレートの要求の少なくとも1つを含む
項目2に記載の基地局装置。
[項目4]
前記フロー制御部は、前記第2の無線ベアラが確立された後、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更する
項目1~3のいずれか一項に記載の基地局装置。
[項目5]
前記フロー制御部は、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを、互いに異なる前記第1の無線ベアラに割り当て、
前記無線ベアラ管理部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更した後、前記第2のデータフローが割り当てられていた前記第1の無線ベアラを解放する
項目4に記載の基地局装置。
[項目6]
前記フロー制御部は、前記第2の無線ベアラが確立された後、前記第1のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更する
項目1~5のいずれか一項に記載の基地局装置。
[項目7]
前記フロー制御部は、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを、互いに異なる前記第1の無線ベアラに割り当て、
前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更した後、前記第1のデータフローが割り当てられていた前記第1の無線ベアラを解放する
項目6に記載の基地局装置。
[項目8]
前記フロー制御部は、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに複数のデータフローを割り当て、
前記フロー制御部は、前記複数のデータフローの特性に基づき、前記複数のデータフローに優先順位を設定し、
前記フロー制御部は、前記複数のデータフローから前記第1のデータフローよりも優先順位が低いデータフローを前記第2のデータフローとして選択する
項目4又は5に記載の基地局装置。
[項目9]
前記複数のデータフローの特性は、
前記複数のデータフローの遅延時間の要求、前記複数のデータフローに設定された優先度、前記複数のデータフローのエラーレート、及び、前記複数のデータフローの遅延許容時間、のうちの少なくとも1つを含む
項目8に記載の基地局装置。
[項目10]
前記フロー制御部は、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに複数の第2のデータフローを割り当て、
前記フロー制御部は、設定情報に基づき前記複数の第2のデータフローから、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択する
項目4又は5に記載の基地局装置。
[項目11]
前記設定情報は、前記第2の周波数帯として選択可能な複数の周波数帯の可用性に基づいて、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択することを定める
項目10に記載の基地局装置。
[項目12]
前記設定情報は、前記複数の第2のデータフローのトラフィック量に基づき、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択することを定める
項目10に記載の基地局装置。
[項目13]
前記第2のデータフローのフロー種別に基づいて、前記第2の無線ベアラを確立する周波数帯の排他性を決定し、決定した排他性を有する周波数帯を前記第2の周波数帯とする動作周波数制御部
を備えた項目1~12のいずれか一項に記載の基地局装置。
[項目14]
前記動作周波数制御部は、前記第2のデータフローのフロー種別が、帯域保証を要求しないフロー種別である場合は、免許不要周波数帯、又は共有周波数帯においてアンライセンス利用者が利用可能な周波数帯を前記第2の周波数帯とする
項目13に記載の基地局装置。
[項目15]
前記動作周波数制御部は、前記第2のデータフローのフロー種別が、帯域保証を要求するフロー種別である場合は、免許不要周波数帯よりも排他性の高い周波数帯、又は共有周波数帯においてアンライセンス利用者が利用可能な周波数帯よりも排他性の高い周波数帯を前記第2の周波数帯とする
項目13又は14に記載の基地局装置。
[項目16]
前記フロー制御部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の周波数帯から前記第1の周波数帯に変更した場合に前記第1のデータフローが前記通信品質要求を満たすかを判断し、
前記無線ベアラ管理部は、前記通信品質要求が満たされると判断された場合に、前記第1の周波数帯に第3の無線ベアラを確立し、
前記フロー制御部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第3の無線ベアラに変更する
項目2又は3に記載の基地局装置。
[項目17]
前記無線ベアラ管理部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第3の無線ベアラに変更した後、前記第2の無線ベアラを解放する
項目16に記載の基地局装置。
[項目18]
前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第1の周波数帯から前記第2の周波数帯へ切り替えるために必要な情報を含むメッセージを送信する通信部を備える
項目4又は5に記載の基地局装置。
[項目19]
第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立し、
前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御し、
前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する
通信方法。
[項目20]
第1の周波数帯において基地局装置と無線ベアラを確立する無線ベアラ制御部と、
前記基地局装置により前記無線ベアラに割り当てられたデータフローのデータを通信する通信部と、
を備え、
前記無線ベアラ制御部は、前記基地局装置から動作周波数帯を第2の周波数帯に変更することを指示する情報を受信した場合に、前記第2の周波数帯に前記基地局装置との第2の無線ベアラを確立し、
前記通信部は、前記基地局装置により前記第2の無線ベアラに割り当て先が変更された前記データフローのデータを通信する
無線通信装置。
[項目21]
前記無線ベアラ管理部は、前記第2の無線ベアラの確立に合わせて前記第2の周波数帯の動作の開始を指示する、
項目1に記載の基地局装置。
[項目22]
前記無線ベアラ管理部は、前記第2の周波数帯に確立されていた前記第2の無線ベアラが全て解放されると、前記第2の周波数帯の動作の停止を指示する、
項目17に記載の基地局装置。
10 :無線通信システム
20 :基地局装置
21 :通信部
22 :記憶部
23 :ネットワーク通信部
24 :制御部
241:転送部
242:動作周波数制御部
243:無線ベアラ管理部
244:QoSフロー制御部
30 :管理装置
40 :無線通信装置
41 :通信部
42 :記憶部
43 :制御部
431:動作周波数設定部
432:無線ベアラ制御部
301:AMF
302:NEF
303:NRF
304:NSSF
305:PCF
306:SMF
307:UDM
308: AF
309: AUSF
310: UCMF
330: UPF
340: DN

Claims (20)

  1. 第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立する無線ベアラ管理部と、
    前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御するフロー制御部と、
    を備え、
    前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する
    基地局装置。
  2. 前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローの通信品質が通信品質要求を満たさない場合に、前記第2の周波数帯に前記第2の無線ベアラを確立する
    請求項1に記載の基地局装置。
  3. 前記通信品質要求は、ビットレートの要求、遅延時間の要求、及びエラーレートの要求の少なくとも1つを含む
    請求項2に記載の基地局装置。
  4. 前記フロー制御部は、前記第2の無線ベアラが確立された後、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更する
    請求項1に記載の基地局装置。
  5. 前記フロー制御部は、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを、互いに異なる前記第1の無線ベアラに割り当て、
    前記無線ベアラ管理部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更した後、前記第2のデータフローが割り当てられていた前記第1の無線ベアラを解放する
    請求項4に記載の基地局装置。
  6. 前記フロー制御部は、前記第2の無線ベアラが確立された後、前記第1のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更する
    請求項1に記載の基地局装置。
  7. 前記フロー制御部は、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを、互いに異なる前記第1の無線ベアラに割り当て、
    前記無線ベアラ管理部は、前記第1のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の無線ベアラに変更した後、前記第1のデータフローが割り当てられていた前記第1の無線ベアラを解放する
    請求項6に記載の基地局装置。
  8. 前記フロー制御部は、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに複数のデータフローを割り当て、
    前記フロー制御部は、前記複数のデータフローの特性に基づき、前記複数のデータフローに優先順位を設定し、
    前記フロー制御部は、前記複数のデータフローから前記第1のデータフローよりも優先順位が低いデータフローを前記第2のデータフローとして選択する
    請求項4に記載の基地局装置。
  9. 前記複数のデータフローの特性は、
    前記複数のデータフローの遅延時間の要求、前記複数のデータフローに設定された優先度、前記複数のデータフローのエラーレート、及び、前記複数のデータフローの遅延許容時間、のうちの少なくとも1つを含む
    請求項8に記載の基地局装置。
  10. 前記フロー制御部は、前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに複数の第2のデータフローを割り当て、
    前記フロー制御部は、設定情報に基づき前記複数の第2のデータフローから、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択する
    請求項4に記載の基地局装置。
  11. 前記設定情報は、前記第2の周波数帯として選択可能な複数の周波数帯の可用性に基づいて、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択することを定める
    請求項10に記載の基地局装置。
  12. 前記設定情報は、前記複数の第2のデータフローのトラフィック量に基づき、割り当てる無線ベアラを変更する前記第2のデータフローを選択することを定める
    請求項10に記載の基地局装置。
  13. 前記第2のデータフローのフロー種別に基づいて、前記第2の無線ベアラを確立する周波数帯の排他性を決定し、決定した排他性を有する周波数帯を前記第2の周波数帯とする動作周波数制御部
    を備えた請求項1に記載の基地局装置。
  14. 前記動作周波数制御部は、前記第2のデータフローのフロー種別が、帯域保証を要求しないフロー種別である場合は、免許不要周波数帯、又は共有周波数帯においてアンライセンス利用者が利用可能な周波数帯を前記第2の周波数帯とする
    請求項13に記載の基地局装置。
  15. 前記動作周波数制御部は、前記第2のデータフローのフロー種別が、帯域保証を要求するフロー種別である場合は、免許不要周波数帯よりも排他性の高い周波数帯、又は共有周波数帯においてアンライセンス利用者が利用可能な周波数帯よりも排他性の高い周波数帯を前記第2の周波数帯とする
    請求項13に記載の基地局装置。
  16. 前記フロー制御部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第2の周波数帯から前記第1の周波数帯に変更した場合に前記第1のデータフローが前記通信品質要求を満たすかを判断し、
    前記無線ベアラ管理部は、前記通信品質要求が満たされると判断された場合に、前記第1の周波数帯に第3の無線ベアラを確立し、
    前記フロー制御部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第3の無線ベアラに変更する
    請求項2に記載の基地局装置。
  17. 前記無線ベアラ管理部は、前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第3の無線ベアラに変更した後、前記第2の無線ベアラを解放する
    請求項16に記載の基地局装置。
  18. 前記第2のデータフローを割り当てる無線ベアラを前記第1の周波数帯から前記第2の周波数帯へ切り替えるために必要な情報を含むメッセージを送信する通信部を備える
    請求項4に記載の基地局装置。
  19. 第1の周波数帯に少なくとも1つの第1の無線ベアラを確立し、
    前記少なくとも1つの第1の無線ベアラに第1のデータフロー及び第2のデータフローを割り当て、前記第1のデータフロー及び第2のデータフローを制御し、
    前記第1のデータフローの通信品質に応じて、前記第1のデータフロー又は前記第2のデータフローを割り当てる第2の無線ベアラを第2の周波数帯に確立する
    通信方法。
  20. 第1の周波数帯において基地局装置と無線ベアラを確立する無線ベアラ制御部と、
    前記基地局装置により前記無線ベアラに割り当てられたデータフローのデータを通信する通信部と、
    を備え、
    前記無線ベアラ制御部は、前記基地局装置から動作周波数帯を第2の周波数帯に変更することを指示する情報を受信した場合に、前記第2の周波数帯に前記基地局装置との第2の無線ベアラを確立し、
    前記通信部は、前記基地局装置により前記第2の無線ベアラに割り当て先が変更された前記データフローのデータを通信する
    無線通信装置。
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