JP2024082956A

JP2024082956A - 基地局装置、無線通信システム、及び通信制御方法

Info

Publication number: JP2024082956A
Application number: JP2022197193A
Authority: JP
Inventors: 良紀田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-06-20

Abstract

【課題】短時間での無線環境変化に対応してＭＣＳを決定できる。
【解決手段】目標誤り率以下の誤り率が要求されるデータパケットの送信タイミングにおいて、適用する変調符号化方式の値を決定する制御部と、前記端末装置にデータを送信する送信部と、を有し、前記制御部は、変調符号化方式の値を決定するときに使用した第１通信品質と、データ送信時における第２通信品質との所定期間における差異量の分布を取得し、前記差異分布及び前記目標誤り率に応じて、第１通信品質の補正値を決定し、前記送信部は、前記補正値で補正した通信品質により決定した変調符号化方式を用いてデータを送信する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局装置、無線通信システム、及び通信制御方法に関する。

第５世代移動通信システム（5G:5th Generation Mobile Communication System）において、規格化された低遅延、高信頼、大容量などの通信要件を、産業分野で活用するためには、例えば、ＳＬＡ（ Service Level Agreement）保証の仕組み作りが必要である。

特に、工場の自動化や敷地内の遠隔制御など、遅延が許されないミッションクリティカルなサービスで使用されるＵＲＬＬＣ（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）通信のＳＬＡ保証の実現が重要である。

無線通信の制御方法については、例えば、以下の文献に記載されている。

特開2004-186969号公報特表2010-506537号公報特開2006-325264号公報

しかし、工場などで運用されることが多いマルチセル環境では、他セルの通信による干渉が発生し、端末装置における受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）が大きく変動する場合がある。

受信ＳＩＮＲが低下すると、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）が上昇し、端末装置におけるパケット受信の失敗率が上昇し、ＵＲＬＬＣの要件を守れなくなる場合がある。

そこで、基地局装置は、ＳＩＮＲが瞬時的に低下してもパケット受信に失敗しないよう、パケット送信時に適切なＭＣＳ（Modulation and channel Coding Scheme：変調符号化方式）の制御を行う必要がある。制御において発生する遅延は不可避であるが、この制御遅延時間内においてＳＩＮＲが変動してしまうため、適切な適応変調符号化制御を行うことは困難である。

そこで、一開示は、短時間での無線環境変化に対応してＭＣＳを決定できる基地局装置、無線通信システム、及び通信制御方法を提供する。

目標誤り率以下の誤り率が要求されるデータパケットの送信タイミングにおいて、適用する変調符号化方式の値を決定する制御部と、前記端末装置にデータを送信する送信部と、を有し、前記制御部は、変調符号化方式の値を決定するときに使用した第１通信品質と、データ送信時における第２通信品質との差異値の、所定期間における差異分布を取得し、前記差異分布及び前記目標誤り率に応じて、変調符号化方式の値に加えるオフセット値を決定し、前記送信部は、前記オフセット値を適用した変調符号化方式を用いてデータを送信する。

一開示は、短時間での無線環境変化に対応してＭＣＳを決定できる。

図１は、無線通信システム１０の構成例を示す図である。図２は、基地局装置２００の構成例を示す図である。図３は、端末装置１００の構成例を表す図である。図４は、ＭＣＳ毎の条件付きＳＩＲ変動量分布の例を示す図である。図５は、ＳＩＲ変動量分布の例を示す図である。図６は、ＣＱＩ分布の例を示す図である。図７は、ＳＩＲ変動量の例を示す図である。

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態について説明する。

＜無線通信システム１０について＞
図１は、無線通信システム１０の構成例を示す図である。無線通信システム１０は、基地局装置２００－１、２、端末装置１００－１，２、ネットワーク４００、及びサーバ３００を有する。無線通信システム１０は、複数のセルを有するマルチセル環境を実現する通信システムであって、例えば、工場や事業所において設置される。

基地局装置２００－１、２（以降、基地局装置２００と呼ぶ場合がある）は、端末装置１００－１，２（以降、端末装置１００と呼ぶ場合がある）と無線接続し、無線通信を行う装置であり、例えば、ｅＮｏｄｅＢやｇＮｏｄｅＢである。基地局装置２００は、例えば、５ＧやＮＲ（New Radio）などの通信世代に対応する。また、基地局装置２００は、１台で構成されてもよいし、ＣＵ（Central Unit）とＤＵ（Distributed Unit）などの複数台で構成されてもよい。基地局装置２００－１、２は、それぞれ異なるセル（無線通信エリア）を有し、例えば、互いのセルの一部又は全部が重複するエリアに存在する。

端末装置１００は、基地局装置２００と無線接続し、データパケットの送受信を行う通信装置であり、例えば、スマートフォンやタブレット端末、又は工場における無線通信機能を有する機器である。

サーバ３００は、ネットワーク４００を介して基地局装置２００と通信し、基地局装置２００を制御する。

ネットワーク４００は、基地局装置２００とサーバ３００との通信を介するネットワークであり、移動通信ネットワークのコアネットワークに加え、外部のインターネットやローカルネットワークなどにより構成される。

＜基地局装置２００の構成例＞
図２は、基地局装置２００の構成例を示す図である。基地局装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０、ストレージ２２０、メモリ２３０、無線通信回路２５０を有する。

ストレージ２２０は、プログラムやデータを記憶する、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、又はＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置である。ストレージ２２０は、無線通信制御プログラム２２１及びＭＣＳ制御プログラム２２２を記憶する。

メモリ２３０は、ストレージ２２０に記憶されているプログラムをロードする領域である。また、メモリ２３０は、プログラムがデータを記憶する領域としても使用されてもよい。

無線通信回路２５０は、端末装置１００と無線通信を行う装置である。基地局装置２００は、無線通信回路２５０を介して、端末装置１００と信号（メッセージ）の送受信を行う。

ＣＰＵ２１０は、ストレージ２２０に記憶されているプログラムを、メモリ２３０にロードし、ロードしたプログラムを実行し、各部を構築し、各処理を実現するプロセッサである。

ＣＰＵ２１０は、無線通信制御プログラム２２１を実行することで、送信部を構築し、無線通信制御処理を行う。無線通信制御処理は、端末装置１００と無線接続を行い、接続した無線を介して信号（メッセージ）の送受信を行う処理である。基地局装置２００は、無線通信制御処理において、端末装置１００にデータを送信する。

ＣＰＵ２１０は、ＭＣＳ制御プログラム２２２を実行することで、制御部を構築し、ＭＣＳ制御処理を行う。ＭＣＳ制御処理は、下りデータ送信に使用するＭＣＳを決定（制御）する処理である。ＭＣＳ制御処理は、以下に示す第１方式から第４方式の処理のいずれか、またはいずれかの処理の組み合わせである。

＜端末装置１００の構成例＞
図３は、端末装置１００の構成例を表す図である。端末装置１００は、ＣＰＵ１１０、ストレージ１２０、メモリ１３０、無線通信回路１５０を有する。

ストレージ１２０は、プログラムやデータを記憶する、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、又はＳＳＤなどの補助記憶装置である。ストレージ１２０は、無線通信プログラム１２１及びＭＣＳ制御関連情報送信プログラム１２２を記憶する。

メモリ１３０は、ストレージ１２０に記憶されているプログラムをロードする領域である。また、メモリ１３０は、プログラムがデータを記憶する領域としても使用されてもよい。

無線通信回路１５０は、基地局装置２００と無線通信を行う装置である。端末装置１００は、無線通信回路１５０を介して、基地局装置２００と信号（メッセージ）の送受信を行う。

ＣＰＵ１１０は、ストレージ１２０に記憶されているプログラムを、メモリ１３０にロードし、ロードしたプログラムを実行し、各部を構築し、各処理を実現するプロセッサである。

ＣＰＵ１１０は、無線通信プログラム１２１を実行することで、受信部を構築し、無線通信処理を行う。無線通信処理は、基地局装置２００と無線接続し、通信を行う処理である。端末装置１００は、無線通信処理において、基地局装置２００から下りデータを受信する。

ＣＰＵ１１０は、ＭＣＳ制御関連情報送信プログラム１２２を実行することで、情報送信部を構築し、ＭＣＳ制御関連情報送信処理を行う。ＭＣＳ制御関連情報送信処理は、基地局装置２００の指示に従い、ＭＣＳ制御関連情報を基地局装置２００に送信する処理である。ＭＣＳ制御関連情報は、例えば、ＳＩＮＲ、ＣＱＩ、ＳＩＲ、ＢＬＥＲなど、端末装置１００で測定した無線状態に関する測定値を含む。

＜適応変調符号化制御方法＞
基地局装置２００が端末装置１００に向けた下りデータ送信に使用するＭＣＳを制御する適応変調符号化制御方式について説明する。以下、それぞれの適応変調符号化制御方式について説明する。なお、基地局装置２００は、ＭＣＳの決定を、データ送信時に行う。また、基地局装置２００は、ＭＣＳの決定を、例えば、ＵＲＬＬＣなどの、ＢＬＥＲの目標値が高い（厳しい条件の）データ送信時に行ってもよい。

また、基地局装置２００がＭＣＳを決定するタイミングは、例えば、ＭＣＳの決定に使用する測定値やデータを含む信号（メッセージ）の受信タイミングであってもよい。

なお、決定したＭＣＳは、下りのデータパケット送信時（送信タイミング）において、適用される。

＜１．第１方式について＞
第１方式は、Ａｃｋ（ACKnowledgement）／Ｎａｃｋ（Non-ACKnowledgement）情報を用いたアウターループ制御を用いた方式である。基地局装置２００は、端末装置１００から下りリンクのＳＩＮＲを受信する。そして、基地局装置２００は、受信したＳＩＮＲに応じて、ＭＣＳを決定し、端末装置１００に通知する。基地局装置２００は、例えば、最新のＳＩＮＲ値を、内部メモリに記憶する。

基地局装置２００は、ＳＩＮＲ値にアウターループ制御により求めた補正値を加え、ＭＣＳを決定するが、第１方式では、この補正値を、ＡｃｋやＮａｃｋを受信するごとに調整する。

γ´＝ γ＋Δ ・・・式（１）
式（１）は、補正後のＳＩＮＲ値を求める式である。γ´は、補正後のＳＩＮＲ値、γは補正前のＳＩＮＲ値、Δは補正値である。

式（２）は、補正値の調整を行う式である。if Ack は、Ａｃｋを受信した場合を示し、if Nack はＮａｃｋを受信した場合を示す。Δdown及びΔupは、調整値を示す。なお、Δdown及びΔupは、以下の式（３）の関係を有する。

目標ＢＬＥＲは、目標とする（要求される）ブロック誤り率であり、この数値に応じてΔdown及びΔupが決定される。

第１方式では、Ａｃｋ又はＮａｃｋを受信するごとに、補正値の調整を逐次的に行い、適切な補正値を推定する。

しかし、例えば、目標ＢＬＥＲが非常に低い場合、Δdownが非常に小さい値となり、適切な補正値となるまでに、多くのＡｃｋ受信が必要となる。しかし、Ａｃｋはパケットを送信した場合に返信されてくる情報であり、適切な補正値に集束するまでに時間がかかる。特に、パケット送信間隔が大きい場合に、適切な補正値に集束するまでに時間がかかる。呼の継続時間が短い場合は、適切な補正値に集束する前に通信が終了してしまう問題もある。そこで、以降に異なる方式を提案する。

＜２．第２方式について＞
第２方式は、ＭＣＳ毎の条件付きＳＩＲ（signal-to-interference ratio）変動量分布を用いて、補正値（ＭＣＳオフセット）を制御する方式である。

図４は、ＭＣＳ毎の条件付きＳＩＲ変動量の累積分布の例を示す図である。図４のグラフは、横軸にＳＩＲ変動量、縦軸に累積確率を示す。

基地局装置２００は、任意のタイミング（例えば、通信開始時、通信開始前、システム運用前、定期的など）に、選択ＭＣＳごとのＳＩＲ変動量の分布を測定し、図４に示したようなグラフを生成する。なお、基地局装置２００は、例えば、ＳＩＲをＣＱＩから推測する。

ＳＩＲ変動量は、ある時間区間における始まりと終わりにおけるＳＩＲの差異値である。また、ＳＩＲ変動量分布は、ＳＩＲの変動量の分布であって、例えば、差異値の分布（差異分布）である。

ＳＩＲ変動量は、以下の式（４）で算出される。

γはＳＩＲを示す。

は時刻ｔからτ時間経過したときのＳＩＲ変動量を示し、

は時刻ｔからτ時間経過したときのＳＩＲ、

は時刻ｔのＳＩＲを示す。なお、

は、例えば、端末装置１００におけるデータ受信時のＳＩＲ、

はＭＣＳ決定時のＳＩＲを示す。ｋは、端末装置１００の識別を示す。

ＭＣＳ毎の条件付きＳＩＲ変動量の分布は、以下の式（５）で表される。

mk(t)は、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）より求めたＭＣＳ値である。また、iはＭＣＳの番号（種別、インデックス）を示す。図４は、ＭＣＳ０～４までの条件付き分布（条件分布）を示す。

図４に示すように、基地局装置２００は、ＳＩＲ変動量分布の目標ＢＬＥＲにおける値を所定ＭＣＳオフセットとみなす。例えば、ＭＣＳがｍ４で、目標ＢＬＥＲが１０のマイナス３乗である場合、ｍ＝４のグラフと目標ＢＬＥＲの交点（分位点）とＳＩＲ変動量が０との幅である、Δksで示す矢印の幅が、ｍ４のＭＣＳに対応するＭＣＳオフセットとなる。

基地局装置２００は、条件付き分布がＳＩＲ（ＭＣＳ）に応じて異なるため、ＭＣＳに応じたオフセットを決定する。例えば、オフセットは、以下の式（６）で算出される。

ε_Sは、目標ＢＬＥＲを示す。基地局装置２００は、目標ＢＬＥＲを下回らない最大の分位点値をオフセットと決定する。

基地局装置２００は、以下の式（７）を用いて、ＭＣＳを決定する。

基地局装置２００は、式（７）に示すように、オフセットを考慮し、ＭＣＳを決定（変更）する。

第２方式は、基地局装置２００において、Ａｃｋ、Ｎａｃｋ情報と比較してより多くのサンプルを取得することができるＣＱＩを使用してＭＣＳオフセットを算出することで、高速に算出することができ、無線状態の変化に適切に対応したＭＣＳを選択することができる。

＜３．第３方式について＞
第３方式は、ＳＩＲ変動量分布を用いた、ＭＣＳオフセットを制御する方式である。第２方式は、ＭＣＳ条件付き分布を使用したが、第３方式ではＭＣＳ毎の条件分布は使用しない。

図５は、ＳＩＲ変動量分布の例を示す図である。基地局装置２００は、任意のタイミングに、ＳＩＲ変動量の分布を測定し、図５に示すようなグラフを生成する。なお、基地局装置２００は、例えば、ＳＩＲをＣＱＩから推測する。

ＳＩＲ変動量を算出する式は、第２方式の式（４）と同様である。

ＳＩＲ変動量の分布は、以下の式（８）で表される。

図５に示すように、基地局装置２００は、ＳＩＲ変動量分布の目標ＢＬＥＲにおける値を所定ＭＣＳオフセットとみなす。例えば、目標ＢＬＥＲが１０のマイナス３乗である場合、Δkで示す矢印の幅がオフセットとなる。

基地局装置２００は、例えば、オフセットを以下の式（９）で算出する。

しかし、このように一律にオフセットΔ_ｋを適用すると、例えば、ＳＩＲ低い領域で、必要以上にＭＣＳが低下する可能性がある。そこで、第３方式では、ＣＱＩ分布の下限値を算出し、オフセット適用後のＭＣＳの下限を設定する。

基地局装置２００は、以下の式（１０）を用いて、ＭＣＳを決定する。

f (q_min,k)は、ＣＱＩ分布の下限値におけるＣＱＩインデックスをＭＣＳインデックスに変更したものである。

図６は、ＣＱＩ分布の例を示す図である。基地局装置２００は、図６に示すように、最小のＣＱＩインデックスである「５」に対応するＭＣＳインデックスを、式（１０）における下限値として使用する。

基地局装置２００は、式（１０）に示すように、オフセットを考慮し、ＭＣＳを決定（変更）する。

第３方式は、基地局装置２００において、Ａｃｋ、Ｎａｃｋ情報と比較してより多くのサンプルを取得することができるＣＱＩを使用してＭＣＳオフセットを算出することで、高速に算出することができ、無線状態の変化に適切に対応したＭＣＳを選択することができる。

＜４．第４方式について＞
第４方式は、第２方式又は第３方式のアウターループ制御において階層的アウターループ制御を適用する方式である。

図７は、ＳＩＲ変動量の例を示す図である。図７は、例えば、縦軸がＳＩＲ変動量、横軸が時間を示す。図７のＳＩＲ変動量が大きいとき、干渉が発生している可能性が高い（もしくは干渉が大きい）と考えることができる。第４の方式では、図７に示すθ_k,sを第二の補正値（補正量）として使用する。

例えば、第３方式のオフセットの算出式に、第二の補正値を加えた以下の式（１１）で、オフセットを算出する。

θは、例えば、以下の式（１２）又は式（１４）において更新する。

逐次更新の場合、式（１２）を使用し、ブロック更新（所定数のＡｃｋ／Ｎａｃｋの受信で更新）の場合、式（１４）を使用する。

式（１２）を以下に示す。

if Ack（再送後）は、データ再送後のＡＣＫを受信した場合を示し、if Nack（再送後）は、データを再送した後のＮａｃｋを受信した場合を示す。θdown及びθupは、調整値を示す。なお、θdown及びθupは、以下の式（１３）の関係を有する。すなわち、Ａｃｋ／Ｎａｃｋによる方式は、データ送信（ここでは再送）に誤りがあったか否か（誤りの有無情報）に応じて行われる制御である。

式（１４）を以下に示す。

なお、Nは、以下の式（１５）で表される。

これにより、基地局装置２００は、第二の補正値θを考慮したＭＣＳの設定を行うことができる。図７に示すように、装置の個体差等の時間変動が小さい要因による制御目標とのずれの補正を、効率的に行うことができる。

［その他の実施の形態］
各方式は、それぞれ組み合わせて使用されてもよい。

また、基地局装置２００は、例えば、無線通信システム１０が設置される環境に応じて、使い分けてもよい。また、基地局装置２００は、例えば、各方式を使用した結果を参照し、最も適したものや、良好であったものを採用してもよい。

１０：無線通信システム
１００：端末装置
１１０：ＣＰＵ
１２０：ストレージ
１２１：無線通信プログラム
１２２：ＭＣＳ制御関連情報送信プログラム
１３０：メモリ
１５０：無線通信回路
２００：基地局装置
２１０：ＣＰＵ
２２０：ストレージ
２２１：無線通信制御プログラム
２２２：ＭＣＳ制御プログラム
２３０：メモリ
２５０：無線通信回路
３００：サーバ
４００：ネットワーク

Claims

目標誤り率以下の誤り率が要求されるデータパケットの送信タイミングにおいて、適用する変調符号化方式の値を決定する制御部と、
端末装置にデータを送信する送信部と、を有し、
前記制御部は、変調符号化方式の値を決定するときに使用した第１通信品質と、データ送信時における第２通信品質との所定期間における差異量の分布を取得し、前記差異量の分布及び前記目標誤り率に応じて、前記第１通信品質の補正値を決定し、
前記送信部は、前記補正値で補正した通信品質により決定した変調符号化方式を用いてデータを送信する
基地局装置。
前記制御部は、前記差異量の分布の前記目標誤り率における分位点の値に応じて、前記補正値を決定すること
請求項１記載の基地局装置。
前記差異量の分布は、変調符号化方式の値による条件付き分布を含み、
前記補正値を適用する前の通信品質に対応する変調符号化方式の値に対応する前記条件付き分布を用いて、前記補正値を決定する
請求項１記載の基地局装置。
前記制御部は、通信品質の品質分布を取得し、前記品質分布より通信品質の下限値を算出し、前記下限値に対応する変調符号化方式のＭＣＳ下限値を算出し、前記補正値を適用した変調符号化方式が、前記ＭＣＳ下限値より小さくならないよう制御する
請求項１記載の基地局装置。
前記制御部は、前記補正値に対して、データ再送後の誤りの有無情報を用いて求めた第二の補正量を加算する
請求項１記載の基地局装置。
端末装置にデータを送信する基地局装置における通信制御方法であって、
目標誤り率以下の誤り率が要求されるデータパケットの送信タイミングにおいて、適用する変調符号化方式の値を決定する制御工程と、
前記端末装置にデータを送信する送信工程と、を有し、
前記制御工程は、変調符号化方式の値を決定するときに使用した第１通信品質と、データ送信時における第２通信品質との所定期間における差異量の分布を取得する工程と、
前記差異量の分布及び前記目標誤り率に応じて、前記第１通信品質の補正値を決定する工程を含み、
前記送信工程は、前記補正値で補正した通信品質により決定した変調符号化方式を用いてデータを送信する工程を含む
通信制御方法。
端末装置と基地局装置を有する無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
目標誤り率以下の誤り率が要求されるデータパケットの送信タイミングにおいて、適用する変調符号化方式の値を決定する制御部と、
前記端末装置にデータを送信する送信部と、を有し、
前記制御部は、変調符号化方式の値を決定するときに使用した第１通信品質と、データ送信時における第２通信品質との所定期間における差異量の分布を取得し、前記差異量の分布及び前記目標誤り率に応じて、前記第１通信品質の補正値を決定し、
前記送信部は、前記補正値で補正した通信品質により決定した変調符号化方式を用いてデータを送信し、
前記端末装置は、
前記第１通信品質を前記基地局装置に送信する端末送信部と、
前記基地局装置が送信したデータを受信する端末受信部と、を有する
無線通信システム。