JP3958588B2 - 動的リソース割当て方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、概して移動体電気通信システム、詳細には、ＵＴＲＡ−ＴＤＤタイプの電気通信システムのための無線送信リソースを割り当てる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ陸上無線アクセスネットワーク）として知られる、ＵＭＴＳに関するアクセスネットワークを非常に概略的に示す。そのアクセスネットワークは、ユーザの移動端末（ＭＳ、すなわち移動局）と相互接続網（ＣＮ、すなわちコアネットワーク）との間の接続を達成する。そのアクセスネットワークは、アクセスネットワークコントローラ（ＲＮＣ、すなわち無線ネットワークコントローラ）と基地局（Ｂノードとも呼ばれる）とを含み、各ＲＮＣコントローラは複数の基地局を制御することができる。基地局と、その基地局からサービスの提供を受ける移動端末との間のダウンリンクは、異なる周波数を用いること、いわゆる周波数多重モード、すなわちＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割多重）モードにより、あるいは異なる送信時間領域、いわゆる時間多重モード、すなわちＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重）モードにより、アップリンクから分離される。
【０００３】
図２は、ＵＴＲＡ−ＴＤＤ（ＴＤＤ方式のＵＭＴＳ陸上無線アクセスネットワーク）通信システムの伝送フレームを概略的に示す。伝送フレームは、１０ｍｓの持続時間を有し、ＴＳ_０〜ＴＳ_１４で示される１５個の伝送タイムスロットに分割される。また、伝送フレームは、それぞれアップリンク（上向き矢印）およびダウンリンク（下向き矢印）に割り当てられる少なくとも２つの個別の時間領域（双方向区分）に分割される。連続した時間領域間の分離は切替点とも呼ばれる。１つのフレームはいくつかの切替点を有する。干渉を低減するために、所与の基地局に隣接する基地局は、その基地局と同期し、同じ切替点を有する。ある基地局によって提供されるセル内の上下方向の通信は、スクランブル符号として知られる符号を用いることにより隣接するセルの通信から分離される。隣接する基地局に関連する符号は、セル間干渉を最小にするために、低いレベルの相互相関を有するように選択される。しかしながら、実際には、特にマルチパス伝搬によって引き起こされる遅延の散乱のため、受信時の相互相関のレベルは依然として高い。結果として、あるセルにおいて所与の瞬間に送信されるデータは、隣接するセルにおいて同じ瞬間に送信されるデータによって干渉を受ける場合がある。このセル間妨害あるいは干渉は、多くの要因、中でも拡散符号、スクランブル符号、送信電力および種々のユーザの異なる送信チャネルの特性に依存するため、変動するようになる。しかしながら、その接続および無線リソースの割当てが変化しない場合には、干渉レベルは、フレーム間の１タイムスロット内ではほとんど変動しない。
【０００４】
ＵＴＲＡ ＴＤＤシステム内のセル間干渉を解消するために、タイムスロットの動的な割当て、すなわちＤＣＡ（Dynamic Channel Allocation：動的チャネル割当て）が提供されており、それは、種々の通信に対してタイムスロットおよびアクセス符号を動的に割り当てるステップからなる。この動的割当てを、低速割当て（低速ＤＣＡ）および高速割当て（高速ＤＣＡ）に分割することが提案されている。この提案書によれば、低速割当ては、ＲＮＣによって管理され、隣接する基地局間のリソースの衝突を回避することを目的とする。一方、高速割当ては、基地局によって処理され、その機能は、低速割当てによって割り当てられたリソースを、種々の通信に動的に割り当てることである。これを達成するために、基地局は定期的に、移動端末に測定要求を送信する。そのような要求において、移動端末は、干渉レベルの測定を行い、その結果を基地局に送信する。その後基地局は、これらの結果に基づいて、利用可能なリソースを割り当てる。この割当てが、十分に高い頻度で実行されるとき、干渉レベルの急激な変動に追従できるようになるが、その結果は高いシグナリングレートになり（割当てサイクル当たり３メッセージ）、それはシステムの無線リソースに負荷をかける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、わずかなシグナリングしか必要としない無線リソースの動的割当てを実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、１つの基地局と複数の移動端末との間の複数の通信に送信リソースを動的に割り当てる方法によって達成され、各リソースは複数の実現可能な値からなり、高速割当てコントローラとも呼ばれる、基地局に関連する割当てコントローラは、利用可能リソースとも呼ばれる、実現可能な値のうちのある一定の組み合わせのみをその通信に割り当てることができ、高速割当てコントローラは、擬似ランダム系列を生成し、その擬似ランダム系列の値に応じて、１つの通信に少なくとも１つの利用可能リソースを割り当てる。
【０００７】
利用可能リソースは、順次指標は付けられ、利用可能リソースの組み合わせは、その指標が擬似ランダム系列の値に等しい場合に割り当てられることが有利である。
【０００８】
一実施形態によれば、擬似ランダム系列を生成するためのパラメータが、基地局から移動端末に送信され、その擬似ランダム系列は、その生成パラメータから移動端末によって生成される。
【０００９】
複数の隣接する基地局の送信リソースが低速割当てコントローラによって制御される場合、各基地局のための利用可能なリソースは、低速割当てコントローラによって、第１の頻度で定期的に判定され、基地局に関連する高速割当てコントローラに低速割当てコントローラによって送信される。
【００１０】
基地局において利用可能なリソースを供給する情報は、その基地局がサービスを提供する移動端末に基地局によって送信されることが有利である。
【００１１】
一変形形態によれば、各高速割当てコントローラは基地局において利用可能なリソースを割り当て、各高速割当てコントローラは、第１の頻度より実質的に高い第２の頻度において基地局に関連付けられる。
【００１２】
そのリソースは、たとえば、タイムスロット、種々の通信を分離することを目的とするスペクトル拡散符号および／または送信周波数を含む。
【００１３】
動的割当てのためのランダム系列は、以下の式によって計算されることが好ましい。
Ｘ（１）＝ｘ０
Ｘ（ｉ＋１）＝ｍｏｄ（ａ・Ｘ（ｉ）＋ｂ−１，２^Ｎ）＋１
ただしｘ_０はその系列のシードを構成するＮビットからなるワードであり、ａ−１は０を除く４の倍数の整数であり、ｂは奇数であり、Ｎは、２^Ｎが利用可能リソースの最大数より大きくなるような整数である。
【００１４】
基地局および移動端末が１つのＵＴＲＡ−ＴＤＤ移動体電気通信システムに属する場合には、利用可能リソースの第１のサブセットはアップリンク通信専用であり、利用可能リソースの第２のサブセットはダウンリンク通信専用である。その際、第１のサブセットの利用可能リソースは、第２のサブセットの利用可能リソースのダウンリンク通信への割当てとは無関係に、アップリンク通信に割り当てられる。
【００１５】
ランダム系列を生成するためのパラメータは、共通制御チャネルＢＣＨ上で送信されることが有利である。
【００１６】
上記のこの発明の特徴、および他の特徴は、添付の図面に関連して与えられる説明を読むことにより、さらに明らかになるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の基になる全般的な概念は、擬似ランダム方式によって、無線リソースを割り当てる暗示的な方法を用いることである。
【００１８】
提案される動的割当ては２つの階層的なレベル、すなわち上位の低速割当てレベルと、下位の高速割当てレベルとにおいて達成される。一実施形態によれば、低速割当ての管理はＲＮＣの役割であり、高速割当ての管理は、ＲＮＣの支配下にある基地局の役割である。別の実施形態によれば、２つの割当てレベルの管理はＲＮＣの役割である。一般的には、後に記載されるように、２つの割当てレベルはそれぞれ、低速割当てコントローラ、すなわちＳＤＡＣ（slow dynamic allocation controller：低速動的割当てコントローラ）と、ＳＤＡＣに階層的に依存する高速割当てコントローラ、すなわちＦＤＡＣ（fast dynamic allocation controller：高速動的割当てコントローラ）とによって取り扱われる。ＳＤＡＣの機能は、いくつかの隣接する基地局間で、ある一定のリソースを分配することであり、一方ＦＤＡＣは基地局に関連し、セルにおいて利用可能な送信リソースを管理する。ＳＤＡＣと、その支配下にあるＦＤＡＣとは、ＲＮＣに配置される共通制御装置の一部を形成することができることに留意されたい。別法では、ＲＮＣにはＳＤＡＣのみが配置され、ＦＤＡＣは基地局に配置されるであろう。
【００１９】
種々の移動端末によって、その移動端末にサービスを提供する基地局に報告される干渉測定値は、直接、あるいは要約パラメータの形で送信される。この情報、ならびに基地局における個々の負荷および種々の通信によって要求されるサービス品質（ＱｏＳ）にしたがって、ＳＤＡＣは無線送信リソースを種々のセルに割り当てる。これらのリソースは、たとえばＵＴＲＡ−ＴＤＤの場合には、スクランブル符号（ＳＣ_ｋ、ｋ＝１、．．．、１６）、伝送タイムスロット（ＴＳ_ｊ、ｊ＝１、．．．、１５）および送信周波数（ｆ_ｉ、ｉ＝１、．．．、Ｉ）であろう。より一般的には、ＳＤＡＣは、Ｎ個の個別のタイプのリソース（Ｒ_ｎ）を管理することができる。ただし各リソースＲ_ｎは、個別の１組のＭ_ｎ個の取り得る値（Ｒ_ｎｍ、（ｍ＝１、．．．、Ｍ_ｎ）であると見なすことができる。
【００２０】
ＳＤＡＣによって行われる低速割当ては、隣接するセルの通信間の平均干渉レベルを最小にすることを目的とする。こうして基地局に割り当てられるリソースは、Ｎ次元を有する行列の要素のサブセットとして表すことができる。これらのリソースは、その基地局に関連するＦＤＡＣによって管理される。
【００２１】
さらに、リソースの中には、ＦＤＡＣにおいて自由に管理できるものもある。これは、種々のユーザの送信チャネルを分離するための拡散符号を用いる場合である。ＦＤＡＣが自由に管理することができるリソースのタイプの数はＰで示されるであろう。こうして、基地局における全てのリソースの全ての取り得る値は行列によって記述することができ、その行列は、次元Ｎ＋Ｐのリソース行列と呼ばれる。ただし、Ｎ次元は既に、ＳＤＡＣが割当ての対象としているであろう。たとえば、ＵＴＲＡ−ＴＤＤシステムの場合、基地局がリソースとして伝送タイムスロットと拡散符号とを有する場合には、その行列は、次元２で、大きさ１５×１６の行列になるであろう。当然、さらに別のリソースとして送信周波数が用いられたなら、その行列は３次元の行列になったであろう。
【００２２】
図３は、そのような次元２のリソース行列を示しており、その中で第１のリソースＲ_１は既に低速割当ての対象になっており、第２のリソースＲ_２はＦＤＡＣによって自由に管理される。ＦＤＡＣによって管理され、基地局において利用可能なリソースの組は白抜きの四角で示されている。１つの概念を与えるために、これがＵＴＲＡ−ＴＤＤシステムの場合に相当し、リソースＲ_１はタイムスロットであり、リソースＲ_２は、ＳＤＡＣによって割り当てられている拡散符号、１つのスクランブル符号および１つの送信周波数であるものと仮定しよう。ＦＤＡＣは、関連するセル内の通信のための利用可能なリソースの組を用いることができる。この組は実際には、アップリンク通信に関連する第１のサブセットと、ダウンリンク通信に関連する第２のサブセットとに分割される。ＵＴＲＡ−ＴＤＤシステムでは、アップリンクおよびダウンリンクにおいて同じ周波数および同じ符号が用いられるため、第１のサブセットと第２のサブセットとに対して、個別の動的割当てが実行される。
【００２３】
この発明によれば、そのシードが移動端末に知られている擬似ランダム方式にしたがって、基地局において利用可能なリソースの高速割当てを実行することが提案される。このようにして、利用可能なリソースの組の中で割り当てられるリソースの擬似ランダム再分配が得られる。
【００２４】
図４は、ランダム系列の値に起因する高速割当てを示す。斜線の四角は、取り得ないリソースの値を表す。上向きおよび下向きの矢印はそれぞれアップリンクおよびダウンリンクを表す。Ｒ_２が基地局に関連するＦＤＡＣによって自由に管理されるリソースである場合、図５に示されるように、一方ではアップリンクのための利用可能なリソースを、他方ではダウンリンクのための利用可能なリソースを関連付けるようにグループ化することができる。括弧内に現れる指標は、タイムスロットの元の指標である。
【００２５】
アップリンクのサブセット内の動的割当てのみが考慮されることになるが、ダウンリンクのサブセット内の割当ても同じ原理によって達成される。
【００２６】
ここで、関連付けてグループ化した後に、Ｒ_１の利用可能な値はｊ＝１、．．．、Ｊによって指標を付けられ、Ｒ_２の利用可能な値はｓ＝１、．．．、Ｓによって指標を付けられる。利用可能な値の全数は、Ｔ＝Ｊ・Ｓで示されることになり、高速動的割当てにしたがって割り当てられることになる値の数はＡで示されるであろう。
【００２７】
ｒ＝（ｓ−１）・Ｊ＋ｊとおくと、指標ｒは利用可能なリソースの組の走査の指標になる。
【００２８】
Ｔより大きく（好ましくはかなり大きく）、Ｎビットのワードからなる長さ２^Ｎ−１の擬似ランダム系列について考えてみる。
【００２９】
そのような系列は、以下のように回帰によって生成することができることが有利である。
Ｘ（１）＝ｘ０
Ｘ（ｉ＋１）＝ｍｏｄ（ａ・Ｘ（ｉ）＋ｂ−１，２^Ｎ）＋１ （１）
ただし、ｘ_０はその系列のシードを構成するＮビットからなるワードであり、ａ−１は０を除く４の倍数の整数であり、ｂは奇数である。
【００３０】
ＦＤＡＣにおけるリソースの高速割当ては、図６に示される流れ図にしたがって行われる。割り当てられたリソースの現在の数を記述する指標はｑで示されるであろう。ステップ５０では、指標ｉおよびｑが、ｉ＝１、ｑ＝１に初期化される。ステップ５１では、Ｘ（ｉ）の値が計算される。ステップ５２では、Ｘ（ｉ）≦Ｔであるか否かが検査される。それが成り立つ場合には、ステップ５３において値ｒ＝Ｘ（ｉ）が割り当てられる。すなわち、走査中の指標Ｘ（ｉ）によって指標を付けられるリソースＲ_１、Ｒ_２の値の対（ｊ，ｓ）が割り当てられる。その際、ステップ５４において、割当て指標が、ｑ＝ｑ＋１にインクリメントされる。ステップ５５では、ｑ＞Ａであるか否かが検査される。それが成り立たない場合には、ステップ５６において、指標ｉがｉ＝ｉ＋１にインクリメントされ、Ｘ（ｉ）を計算するステップ５１に戻る。ステップ５２における検査が否定される場合には、それは、擬似ランダム系列の値が利用可能な値の組の外側に移動してしまったことによる。その際、以下の値を無視して、ステップ５６に進む。ステップ５５における検査が肯定される場合には、これは、割り当てられることになる全ての値が実際に割り当てられているため、ステップ（５７）において全ての割当て手順が終了することを意味する。
【００３１】
上の説明では、Ｒ_２がＦＤＡＣによって自由に管理されるリソースであるものと仮定した。そうではない場合には、Ｒ_１の所与の値に対して、Ｒ_２のある一定の値のみが利用可能な場合がある。その際、上記のアルゴリズムは、ステップ５２とステップ５３との間に利用可能性の検査を含むように変更されなければならない。指標Ｘ（ｉ）のリソースが利用できない場合には、割当てを行うことなく、ステップ５６において、ｉがインクリメントされ、Ｘ（ｉ）の対応する値が計算される。
【００３２】
利用可能なリソースを有効に混ぜ合わせることができれば、（１）において定義された系列以外の系列を想定することもできる。たとえば、ＵＴＲＡ−ＴＤＤシステムの場合には、２つの符号が同じ伝送タイムスロット内に割り当てられている場合には、以下の割当てステップにおいて、それらの符号をできる限り確実に個別のタイムスロットに割り当てることが重要である。
【００３３】
低速割当て行列が、ＳＤＡＣの各割当てサイクルにおいて、基地局を介して移動端末に送信される。シード（ｘ_０）も、低い頻度で、たとえは低速割当て頻度において、基地局を介して基地局がサービスを提供する移動端末に送信される。定数ａおよびｂは、移動端末に知られている、そのシステムの所定の値である。それゆえ各端末は、ＦＤＡＣにおいて生成されるものと同じランダム系列を生成することができる。結果として、基地局が異常に高いレベルの干渉をＦＤＡＣに報告する場合には、ＦＤＡＣは、全ての移動端末が（１）によって与えられるＸの新しい値による新しい割当てを考慮するように、共通制御チャネルＢＣＨ（報知チャネル）上で、割当てを変更するための命令を基地局を介して送信することができる。同様に、移動局が異常に高いレベルの干渉を検出する場合には、基地局を介してこれをＦＤＡＣに指示し、その後、ＦＤＡＣは、上記のように動作して、新しい割当てを実行するか否かを決定する。全ての場合に、割当てられる新しいリソースの値を、無線リンク上で明示的に送信することを必要とすることなく、動的割当てが行われる。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように、この発明によれば、わずかなシグナリングしか必要としない無線リソースの動的割当てを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＵＴＲＡ−ＴＤＤアクセスネットワーク内のシステムを示す概略図である。
【図２】 ＵＴＲＡ−ＴＤＤシステムにおいて用いられる伝送フレームを示す図である。
【図３】 実現可能なリソースおよび基地局において利用可能なリソースを表形式で示す図である。
【図４】 一緒にグループ化した後の利用可能リソースを示す図である。
【図５】 利用可能リソースの中で、高速動的割当てによって割り当てられるリソースを示す図である。
【図６】 この発明による動的リソース割当て方式の流れ図である。

Claims (9)

1. １つの基地局と複数の移動端末との間の複数の通信に送信リソースを動的に割り当てるための方法であって、前記各リソースは、複数の実現可能な値からなり、高速割当てコントローラと呼ばれる、前記基地局に関連する割当てコントローラは、利用可能リソースと呼ばれる、前記実現可能な値のうちのある一定の組み合わせのみを前記通信に割り当てることができ、前記高速割当てコントローラは、以下の回帰によって
   Ｘ（１）＝ｘ０
   Ｘ（ｉ＋１）＝ｍｏｄ（ａ・Ｘ（ｉ）＋ｂ−１，２ ^Ｎ ）＋１
   （ただしｘ _０ はその系列のシードを構成するＮビットからなるワードであり、ａ−１
   は０を除く４の倍数の整数であり、ｂは奇数であり、Ｎは、２ ^Ｎ が前記利用可能リ
   ソースの最大数より大きくなるような整数である）
   擬似ランダム系列を生成し、該擬似ランダム系列の値にしたがって、少なくとも１つの利用可能リソースを１つの通信に割り当てることを特徴とする方法。
2. 前記利用可能リソースは、順次指標が付けられ、前記利用可能リソースの組み合わせは、該指標が前記擬似ランダム系列の値に等しい場合に、割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の動的リソース割当て方法。
3. 前記ランダム系列を生成するためのパラメータは、前記基地局から前記移動端末に送信され、前記ランダム系列は、前記ランダム系列を生成するためのパラメータから前記移動端末によって生成されることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の動的リソース割当て方法。
4. 複数の隣接する基地局の送信リソースは、低速割当てコントローラによって制御され、前記各基地局のための利用可能なリソースは、前記低速割当てコントローラによって、第１の頻度で定期的に判定され、前記低速割当てコントローラによって、前記基地局に関連する前記高速割当てコントローラに送信されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の動的リソース割当て方法。
5. １つの基地局において利用可能なリソースを供給する情報の項目は、該基地局によって該基地局がサービスを提供する移動端末に送信されることを特徴とする請求項４に記載の動的リソース割当て方法。
6. 前記各高速割当てコントローラは、前記第１の頻度より実質的に高い第２の頻度で、関連する該基地局において利用可能なリソースを割り当てることを特徴とする請求項４もしくは５に記載の動的リソース割当て方法。
7. 前記リソースは、伝送タイムスロット、種々の通信を分離することを目的とするスペクトル拡散符号および／または送信周波数を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の動的リソース割当て方法。
8. 前記基地局および前記移動端末は、ＵＴＲＡ−ＴＤＤ移動体電気通信システムに属し、利用可能リソースの第１のサブセットは、アップリンク通信専用であり、利用可能リソースの第２のサブセットは、ダウンリンク通信専用であり、前記アップリンク通信への前記第１のサブセットの前記利用可能リソースの割当ては、前記ダウンリンク通信への前記第２のサブセットの前記利用可能リソースの割当てとは無関係に行われることを特徴とする請求項７に記載の動的リソース割当て方法。
9. 前記ランダム系列生成パラメータは、共通制御チャネルＢＣＨ上で送信されることを特徴とする請求項３または８に記載の動的リソース割当て方法。

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