JP4245484B2 - 電気通信システムにおける符号再割当の方法、関連のシステム及びコンピュータプロダクト - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、符号分割多元接続方式、すなわちＣＤＭＡ方式の電気通信システムのための技術又は符号割当方式すなわちＣＡＳに関するものであり、新しい呼を始動させるための待ち時間を短縮する必要性に対して特に留意して開発された。

背景技術
ＵＭＴＳ（ユニバーサル移動電話システム）の使用の場合、ＴＳ ３ ＧＰＰ ＲＡＮ ２５．２１３ ｖ３．６．０（２００１年６月）規格などのＵＴＲＡ（ＵＭＴＳ地上無線接続）規格に基づいて、１以上のＯＶＳＦ（直交可変拡散率(Orthogonal Variable Spreading Factor)）符号が、チャンネリング(channelling)のために「ダウンリンク」接続において各ユーザーに割り当てられる。

より高いデータ転送速度でのアクセスは、２つの異なる方法、すなわち、より低い拡散率を用いた単一符号によるか、又は同一の拡散率を用いた複数符号（マルチ符号の概念）によって可能となる。

簡単のため、各ユーザーが単一のＯＶＳＦ符号に割り当てられると仮定すると、このような符号は図1に示したツリー構造を特徴とすることが分かる。

符号の識別を可能にするため、ちょうど図1に示されているように、各符号は、単一レイヤ又はレイヤの番号、及びブランチ数又はブランチの番号が割り当てられる。

簡単のため、もしＲｂｐｓに等しいビットレートを要するサービスがレイヤ１に属する符号にマッピングされ得るならば、レイヤＭに属する符号は、２^M−¹・Ｒｂｐｓを要するサービスをマッピングするのに使用できる。

この仮定は、もしサービスのマッピングの詳細（すなわち、実際のチャンネル符号化及び／又はいわゆるパンクチャリング(puncturing)機能）を考慮しないならば、妥当である。

いずれにしても、文献ＩＳＴ−２０００ ＡＲＲＯＷＳ Ｄ０４、「System Specification. Radio Resource Management Algorithms: Identification and requirements」に記載の解決策の場合のようなそれらの実際のマッピングを参照すると、ここで扱われる符号の管理技術は、サービス用の符号を割り当てるためにも使用できる。

最大の拡散率Ｎ_maxは、レイヤ１における符号の全数に等しい。

以下では、Thit MinnとKai-Yeung Siuによる「Dynamic Assignment of Orthogonal Variable-Spreading-Factor Codes in W-CDMA」、通信における選択領域についてのＩＥＥＥジャーナル、Ｖｏｌ．１８，ｎ．８、２０００年８月、第１４２９−１４４０頁に示された定義と一致させた次の定義を使用する。
− 子孫符号： より高いレベルの符号から開始して生成されるより低いレベルの符号総て、
− 母符号： ツリー根に対応した符号に特別な符号を連結する高レベル符号総て、
− 兄弟符号： 直前の母符号により生成された２つの符号、及び
− リーフ： 最低レベルの符号。

このツリー構造を用いることにより、同じレベルに属する（よって、同じ長さと同じ拡散率すなわちＳＦを有する）符号総てを、互いに直交させ、すなわち０に等しい相互相関と１に等しい自己相関とを有するようにできる。

特定の符号が割り当てられると、なんであれ子孫符号を対応する母符号のいずれにも割り当てることはもはやできない。

そのときは符号ツリーのサブツリーの形式のブランチを定めるのが有用であり、その最高の符号レベル（ブランチ根符号と称される）は、総ての対応する母符号と同様に利用可能なように見える。すなわち、もしブランチ根符号がレイヤｘに属するならば、ブランチ自身がレイヤｘブランチと称される。

上記考察に基づいて、ちょうどダウンリンクＵＴＲＡ接続において使用されるようなＯＶＳＦ符号の利点は、それらの完全な直交性(squareness)にあることを直ぐに気づき得る。しかしながら、利用可能な限定数の符号により与えられる欠点が残っている。よって、現在「符号ブロッキング」と言われる現象を避けるために、効率的な処理方法にてチャンネリング符号を再割当できることが重要である。

「符号ブロッキング」の命名は、下記の状況を示す。
− 符号化ツリーの予備容量に基づくのみならず、干渉分析にも基づいて、新しい呼を受け入れることはできるが、
− 非効率的に見える符号割当ゆえに、この能力は実際には利用できず、新しい呼はブロックされなければならない。

この状況を図２に概略的に示す。図1と同じ形式を採用することにより、２つの異なった符号割当の例をここに示す。特に、図２ａ及び２ｂでは、中黒スポットは割り当てられた符号を表し、ばつ印は利用できない符号を強調しており、これらは他の割当によりブロックされるゆえに、割り当てることができない。

両方の場合とも、同じサービスがサポートされる。それにも関わらず、当該図の左側に図２ａとして示された例では、レイヤ３に属する利用可能な符号が利用できない。一方、符号（３，１）は、当該図の右側に図２ｂとして示された例では利用可能である。このことは、この後者の符号割当が前者のものよりも効率的であることを意味する。

この点につき、「符号ブロッキング」現象は、ツリーに利用可能な容量が十分ではない故に新しい呼を受け入れることができないときに生じる呼ブロックとは完全に異なっていることも分かる。

従って、符号ブロッキング現象に対抗するために、割当／再割当の戦略が立てられて、符号の通過すなわち「符号ハンドオーバー」を要求し、例として、特定の符号を用いている現在の各呼に対して、同じレイヤに属する異なった符号を使用するよう強制する。

概略的に言えば、符号割当戦略は、以下のことを目的とする。
− 符号化ツリーのフラグメンテーションを最小にすること、
− 高レート符号の可能な最大数を維持すること、及び
− 符号ブロッキング現象を排除すること。

例として、上述したＭｉｎｎ及びＳｉｕの論文では、ＯＶＳＦ符号割当ダイアグラムに基づいた戦略の提案がされており、再割当基準によって符号ブロッキング現象の完全な排除が可能となっている。これは、新しい呼に抵抗できるようにすべく再割当られるＯＶＳＦ符号の数を最小にする意味において、最適な戦略である。このダイアグラムは、関連のシグナリング・ハンドオーバーと共に符号・ハンドオーバー現象の数を最小にする。

もし新しい入力呼により要求されるデータ転送速度が最大ツリー容量内にあるならば、新しい呼は符号再割当によりサポートされ得ることを証明することができる。もし干渉による制限のために十分なツリー容量が割り当てられ得なくても、いずれにしても関連する戦略は符号ブロッキング現象を除去することができる。

新しい呼がサポートされ得ることを仮定すると、この呼に候補符号を割り当てることが必要である。上記理由のため、それにも関わらず、この操作は、どの候補符号が根符号を構成しているかに関し、ブランチにより占められた子孫符号の再割当を必要とする。このことは、順に他のブランチにおいてビジーな符号の再割当を要求し得、以下同様である。換言すれば、適切な再割当の戦略を用いれば、符号ブロッキング現象を排除することができる。

しかしながら、新しい呼に耐えうるため必要な再割当の数を最小にすることができる基準を設ける必要性は残っている。

このため、例として、コスト関数を各候補ブランチに関連付け、その後、最小コストブランチの根符号を新しい呼に割り当てることで進めることができる。

このような方法により、主に３つの連続したステップを予測できる。

最初のステップでは、（ｋＲに等しいビットレートを有するサービスに対してＳＦ拡散率を有するＯＶＳＦ符号を要すると仮定して）新しい呼は、利用可能なツリー容量により吸収されるのが望ましい。もしそうでなければ、この呼はブロックされる。

肯定的な場合には、入力呼に関連付けることができる根符号を有する最小コストブランチを探索することに進む。必要なら、識別されたブランチにより占められた子孫符号が、再割当される。係合しているように見える最高レベルの符号から開始して進め、実質的にあたかも新しい呼であるかのようにそれを取り扱う。

特に、Ｍｉｎｎ及びＳｉｕの論文では、もし新しい呼がレイヤｘに属する符号を必要とするならば、たとえｘレイヤブランチのみが考慮されていても（すなわち、より高いレベルのブランチを分析する必要なく）、アルゴリズムは依然として最適であることが証明されている。

ここで詳細に説明する必要はない種々の技術により、最小コストブランチの設定が達成できる。

Ｗ−ＣＤＭＡ方式の伝送等における符号の動的割当ダイアグラムが、これも文献ＷＯ−Ａ−００／２４１４６に記載されている。
ＷＯ−Ａ−００／２４１４６ ＩＳＴ−２０００ ＡＲＲＯＷＳ Ｄ０４、「System Specification. Radio Resource Management Algorithms: Identification and requirements」 Thit MinnとKai-Yeung Siuによる「Dynamic Assignment of Orthogonal Variable-Spreading-Factor Codes in W-CDMA」、通信における選択領域についてのＩＥＥＥジャーナル、Ｖｏｌ．１８，ｎ．８、２０００年８月、第１４２９−１４４０頁

発明の開示
この発明は、それ自体は符号の再割当の基準及びアルゴリズムには言及しない。よって、新しい呼にサービス又はサポートすることができるようにすべく、一般的な符号の再割当を進めることを可能にする基準には特別関係しない。新しい呼については、符号ブロッキング現象により、それぞれの符号はすぐには空かない。この観点から、本発明は、任意の公知の再割当技術を利用することができ、よって実際には採用された割当技術の規格と、特別な直交型の使用符号との両方に対してトランスペアレントであるように見える。すなわち、ここでＯＶＳＦ符号に関して述べられていることは、実際には同一方法にて、例として別のＣＤＭＡ伝送規格において用いられるＷａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ（ＷＨ）符号にも当てはまる。

むしろ本発明は、物理チャンネルレベルでの再構成操作の進展に関する問題を扱っている。

特に個別の各符号再割当操作は、ＵＴＲＡ規格（例えばＴＳ ３ＧＰＰ ＲＡＮ ２５．３３１ ｖ３．７．０、２００１年６月を参照）に基づき、物理チャンネル再構成（すなわちＰＣＲ）と称されるＲＲＣレベルの方法によって達成される。

ＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ地上無線接続網）にローカライズされたＲＲＣ要素が、新しいダウンリンクチャンネリング符号の伝送を始動させ、それを、新しい符号を示す物理チャンネル再構成メッセージにて、いわゆるＵＥに送る。ＵＥ要素は、この変更を実施し、次に、物理チャンネル再構成完了と称されるメッセージによって再構成が完了したことをＵＴＲＡＮに確認する。ＵＴＲＡＮ要素がＵＥ要素から確認メッセージを受け取ると、古いダウンリンクＯＶＳＦ符号の使用は止められる。

図3において、この操作を進展させる基準を概略的に示す。図中、ユニットＵＥとユニットＵＴＲＡＮの間での物理チャンネル再構成メッセージ（ＰＣＲ）及び対応する再構成完了メッセージの交換操作が示されている。

ある程度概略的ではあるが、実質的には真実に忠実に述べると、各々の場合にて可能な最大数の符号化ツリーリーフが利用可能であることを保証するために、公知の技術による解決策は、符号化ツリーの活用を最適化する考え方に本質的に移行している。

この進め方により、やがて順に実施される再割当又は再配分操作の進展に基づいたより複雑な再割当手順の実行を行い得る（文献ＷＯ−Ａ−００／２４１４６、特に図７〜９及び関連の記載を参照のこと）。このことは、例えば、対応する母符号が、符号ブロッキング現象が生じるのを防ぐべくこのような方法により利用可能にされなかったときまで特定の符号を（再）割当できるようには見えないからである。

この種の戦略は、もし音声ユーザーを独占的にはサービスしないなら、主にＣＤＭＡ方式の場合にそれらの実質的な動機を見いだす。すなわち、多くの場合、要求されるサービスの点で同じ概要を有するユーザーとして与えられる。

それらはすべて上記ユーザーであり、該ユーザーにとっては、
− 完全な再割当操作を順に実施するのに必要なような（例えば）１．５〜２秒の待ち時間は、まったく許容できる。なぜなら、それらは実際には通常のシグナリング時間に重なるものとして知覚されるからである。
− また、通常は、上述した待ち時間に対して、関連の呼は概して十分に長い（少なくとも数秒、又は数十秒）。

マルチサービスの場合、すなわち通常の音声サービスの他にデータ伝送サービスなどの種々のサービス（電子メール伝送、種々のタイプのグラフィック情報の伝送等）が保証されている場合には、上記考察は、もはや十分良く適合していない。

マルチサービスの場合には、上記考察は緩和されるか、又は少なくともユーザーの一部にのみ適用できる。これらのマルチサービスネットワークでは、ユーザーにより重要な役割が演じられる。１〜２秒の待ち時間は、該ユーザーに強くペナルティーを課することによって終わる。というのは、リアルタイムサービスとしての資格のあるサービスを提供できる必要性があること、及び上述の待ち時間は、関連のメッセージの伝送に関連したネットワーク占有インターバルと比較して、非常に大きくなり得る（大きさの１オーダー又はそれより大）からである。

自明な常識の基準は、例として、呼出しユーザーに２秒間待たせることに十分な意義はなく、関連符号の割当によるアクセス後に、待ち時間より非常に短い時間インターバル（例えば１００ミリ秒）内にその接続及び通信要求を終える。換言すれば、より高ビットレートを使用するユーザー、よって、上述の待ちインターバルと比較して非常に短い時間インターバル内にて、コンパイルされたユーザーのサービス要求を見ること、よってネットワークをクリアすることができる。

本発明は、マルチサービスの場合に現れ得る最適な方法にてこのような要求を満足することができる解決策を提供することを意図している。

本発明によると、この目的は、特許請求の範囲の記載と同一の特徴を有する方法により達成される。

本発明はまた、対応するコンピュータプロダクトのみならず、関係するシステムにも関する。このコンピュータプロダクトは、デジタルプロセッサのメモリに直接ロードすることができ、また、該プロダクト自身がデジタルプロセッサ上にて実施される際に本発明に従った手順を実行すべくソフトウエアコードの一部を含む。

図面の簡単な説明
以下、単に非制限的な例として図面を参照して本発明を説明する。
− 図1及び２は、既に説明したように、特に現在「符号ブロッキング」現象と称されているものを説明する。
− 図3は、上述したように、物理チャンネル再構成の操作の進展に関する。
− 図4は、本発明による方法の可能な実施を機能ブロック図として示す。

発明を実施するためのベストモード
既に本明細書の冒頭部分で何回となく示したように、当該技術において、動的符号（再）割当ダイアグラムに基づいてＯＶＳＦ符号を再割当することにより、符号ブロッキングの問題を解決できる技術は公知である（例えばＭｉｎｎ及びＳｉｕの論文から）。

本発明は、特に、図3に示されたような符号に係るハンドオーバー現象に関し、このような再割当ダイアグラム（それがどんなものであれ）を実現するという問題に特に関係している。

従って、本発明の目的は、このような操作に関連するシグナリング・ハンドオーバーを最小にすることであり、特に達成時間を最小にすることに関する。とりわけ、相対的に広く要求されたバンド、及び一般に短縮されたアクセスインターバルに対応したアクセス方法による特徴を有するユーザーに言及される。

次に、例として（周知のタイプの）ＵＴＲＡダウンリンク接続における新しい入力呼が、ｋＲビットレートのサービスに対するＳＦ拡散率でＯＶＳＦ符号の割当を要求すると仮定する。

要するに、第1の符号割当手順のステップは、利用可能な容量が呼を受け入れるのに十分であるか否かをチェックするステップである。もし利用可能な十分な容量がないならば、対応する（拒絶）メッセージをサービスを要求する端末（これは一般には携帯端末である）に送ることによって当該呼はブロックされる。

しかしながら、もし呼が受け入れられ得るならば、符号割当方法における第2ステップは、要求されたｋＲビットレートをサポートできるＳＦ拡散率を有する空き符号を見つけるステップである。もちろん、「空き」符号は、占有された子孫符号を有しない符号のことを意味する。換言すれば、空き符号とは、空いているブランチの根である。

もし空き符号が存在すれば、サービスを要求している端末に構成メッセージを送ることによって、符号が新しい呼に割り当てられる。この場合には、明らかに必ずしも符号再割当に進む必要はない。

しかしながら、もし空き符号がないならば、図4の機能ダイアグラムに示された方式に従って再割当を進める必要がある。

第1の例では、ＳＦ拡散率を有する各ブランチが、いわばそのコストでラベル付けされており、「コスト」とは、それを利用可能にするのに必要な再割当の数を意味する。

まだ割り当てられていない根符号を有するＳＦブランチのみを考慮に入れることができる。このステップでは、最小コストブランチが探索され、１００で示された割当リストに記憶される。

アルゴリズムが最小コストＳＦブランチを見つけた後に、選択された最小コストＳＦブランチの既に割り当てられた子孫符号すべてが、他のブランチに再割当されなければならない。このために、（より低ビットレートの）子孫符号を分析する際に、より高ビットレートの子孫符号、すなわち２・ＳＦ拡散率を有する符号が最初に考慮される。その後、ツリー・ダイアグラム・リーフが得られるまで、拡散率４・ＳＦの符号すべてが考慮され、その後は拡散率８・ＳＦであり、以下同様である。再割当される各子孫符号に対しては、新しく割り当てられた符号を割当リスト１００に記憶すべく、上述した基準に従って処理されるべき新しい呼として当該符号を考える。

再割当の計算が完了すると、リスト１００中の利用可能な要素は、再編成されたリスト中の第1要素が一番上の拡散率を示す（すなわち最小ビットレートを有する）ように、それらの拡散率の値に基づいて降順に再編成される。このステップは、１０２として図4中に示された再編成リストの作成につながる。採用されたレイアウトは、末尾に特徴を示し、リスト中の第1要素は実際には最も下の位置に現れる。

ここで、再編成された割当リストに基づいて、再割当メッセージが関連の端末に送られる。

特に、一番上の拡散率に関連した再割当が最初に送られる。

図４に示された実施例では、数字符号の１０４は、２５６に等しいＳＦ拡散率を有する、呼び出された特定ユーザーＤへの再割当メッセージの発送に対応する。

その後、拡散率の降順にて、他のアドレス指定されたユーザーに符号再割当メッセージを送る。

しかしながら、これらすべては、同じ拡散率に割り当てられた符号の再割当メッセージが、同時に、すなわち同じ時間に（明らかに異なるメッセージを有して）送られることを予定している。

同じ拡散率に関連した当該再割当メッセージは互いに衝突しないという条件で、この解決策は達成し得る。

例として、図4中で１０６により示されたステップは、１２８に等しい同一のＳＦ拡散率を有するユーザーＣ及びユーザーＥに対して同時に実施された再割当メッセージの発送に対応する。

１０８により示されたステップでは、６４に等しいＳＦ拡散率を有するユーザーＢなどのさらに別のユーザーに再割当メッセージを発送する。

最後に１１０で示されたステップでは、例として３２に等しいＳＦ拡散率を有するさらに別のユーザーＡに再割当メッセージを発送する。

上述した解決策により、符号再割当に関連したシグナリング・オーバーヘッドを最小にすることができる。というのは、同じ拡散率を有する符号再割当は同時に実施されるからである。

このようにして、新しい呼により要求される拡散率が最小になれば、割当／再割当の手順を終えるのに必要な全体時間がさらに延びる。それにも関わらず、当該全体時間は、同じ拡散率を有する符号の数ではなく、考慮されているレイヤ数にのみ依存していることが分かる。

図3を参照すると、時間における利点、よってサービス効率における利点が直接分かる。この図3は、物理チャンネル再構成操作の通常の進展フローを示す。すなわち、
− ＵＴＲＡＮレイヤ上にローカライズされたＲＲＣレベルが、新しいダウンリンクチャンネリング符号の伝送を始動させ、新しい符号を示す物理チャンネル再構成メッセージをＵＥモジュールに発送し、そして
− ＵＥモジュールが、変更を実施し、これが物理チャンネル再構成達成メッセージを介して行われたことをＵＴＲＡＮに確認し； ＵＴＲＡＮレベルがレベルＵＥから確認メッセージを受け取ると、通信ダウンリンクに使用された前のＯＶＳＦ符号の使用が止められる。

一般に、関連する２つの符号化されたメッセージは、最小のシグナリング条件下にて、３９ビットに等しい有効ロードＬ_send（物理チャンネル再構成メッセージ）と、８ビットに等しい有効ロードＬ_answer（物理チャンネル再構成完了メッセージ）とを示す。

ＲＲＣ規格（ＴＳ ３ＧＰＰ ＲＡＮ２５．３３１ ｖ３．７．０、２００１年６月）に従って当該メッセージの伝送からこのような有効ロードを参照すると、約２２０ミリ秒の大きさの個々の符号再割当の全シグナリング遅延を評価することができる。

本発明の解決策により、再割当プロセス全体の進展に関係した割当遅延全体が、再割当されるべき符号が存在するより低レイヤの数にのみ依存する。というのは、同じ拡散率を有する符号の再割当が同時に実施されるからである。

本発明による解決策は、符号再割当プロセスが、新しい呼の入来によっては始動させられないが、伝送リソースの管理手順によっては自動的に始動させられるような状況においても用いることができる。

もちろん、本発明の原理は変えずに、本発明の範囲から逸脱することなく、実施の詳細と作動形態をここでの記載に対して大きく変えることはできる。

「符号ブロッキング」現象を説明する。 「符号ブロッキング」現象を説明する。 物理チャンネル再構成の操作の進展を示す。 本発明による方法の機能ブロック図である。

符号の説明

１００ 割当リスト
１０２ 再編成リスト
１０４ ユーザーＤへの再割当メッセージの発送
１０６ ユーザーＣ及びＥへの再割当メッセージの発送
１０８ ユーザーＢへの再割当メッセージの発送
１１０ ユーザーＡへの再割当メッセージの発送

Claims (6)

1. 符号分割多元接続伝送システム（ＣＤＭＡ）においてユーザー（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）に関連したチャンネリング符号を再割当する方法であって、前記ユーザーは、少なくとも２つの異なるサービスビットレート（ｋＲ）にて操作しており、前記符号は、複数のレイヤに編成されたツリー構造に従って生成され、各レイヤは、それぞれの拡散率（ＳＦ）及び対応するサービスビットレート（ｋＲ）の識別子であり、符号再割当に関係する各ユーザーにそれぞれの再割当メッセージ（１０４、１０６、１０８、１１０）を発送するステップを含む前記方法において、
   同じ拡散率（ＳＦ）により操作するユーザーに再割当メッセージを同時に発送するステップを含むこと、及び
   より大きい拡散率（ＳＦ）をそれぞれ有するユーザーに送られる再割当メッセージから開始して、前記再割当メッセージ（１０４、１０６、１０８、１１０）を逐次発送するステップを含むことを特徴とする前記方法。
2. − 新しいユーザーによる該システムへのアクセス要求を検出するステップ、
   − 空きチャンネリング符号の利用可能性をチェックするステップ、
   − 空きチャンネリング符号が利用可能な場合、前記空き符号を前記新しいユーザーに割り当てるステップ、
   − 空きチャンネリング符号が利用不可の場合、前記ツリーにおいて最小の空きチャンネリング符号割当コストを有する最小コストツリーブランチを識別するステップ、
   − サービスビットレート（ｋＲ）の降順に、前記最小コストブランチの符号を他のツリーブランチに再割当することを進め、各再割当を新しい要求とみなすステップ
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記チャンネリング符号として直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）符号を用いるステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法を実施する伝送システム。
5. 前記システムがＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. デジタルプロセッサーの主メモリに直接ロードすることができるコンピュータプロダクトであって、該プロダクトをデジタルプロセッサー上にて作動させる際に請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法を実行するソフトウエアコード部分を含んだ前記コンピュータプロダクト。

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