JP4643139B2 - Ｕｍｔｓ地上無線アクセスネットワーク（ｕｔｒａｎ）での同期 - Google Patents

Description

本発明は一般には無線通信分野に関し、特に、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）におけるコアネットワークと空中インタフェースとの間のリアルタイム信号の同期方法に関するものである。

第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）は現在、移動通信システムについての新しいセットのプロトコルを標準化する作業が進行中である。そのセットのプロトコルは、集合的には、地球規模移動通信システム（ＵＭＴＳ）として知られている。

図１において、ＵＭＴＳネットワークの一部が図式的に描かれている。そのネットワークは、ＵＭＴＳ移動体サービス交換センタ（ＵＭＳＣｓ）を用いたネットワークが処理する回路交換音声呼であるかもしれないし、或いは、データネットワーク（ＳＧＳＮｓ）であるかもしれないコアネットワークを含む。加入者或いはユーザ機器ＵＥは、地球規模の地上無線アクセス網（ＵＴＲＡＮ）として言及されるアクセスネットワークを介してコアネットワークに接続される。より具体的には、ＵＭＳＣｓは、Ｉｕインタフェースとして言及されるインタフェースによりＵＴＲＡＮの無線ネットワーク制御局（ＲＮＣｓ）に接続される。

図２に示されているように、各ＲＮＣは、ＵＭＴＳの用語ではノードＢとして言及されている無線基地局の集団をも有する無線ネットワークサブシステムの一部を形成する。ＲＮＣとノードＢとの間のインタフェースはＩｕｂインタフェースとして知られている。ノードＢはＵＴＲＡＮへのＵＥの接続点と、Ｕｕインタフェースとして知られるノードＢとＵＥとの間のインタフェースを備える。任意の時刻にＵＥとの接続を保持するＲＮＣは、在圏ＲＮＣ（ＳＲＮＣ）として言及される。

ユーザ段階での接続確立が要求されるとき、担当するＵＭＳＣ／ＳＧＳＮはＵＴＲＡＮに指示を出し、ＵＭＳＣ／ＳＧＳＮとＵＥとの間の論理接続を確立する。この論理接続は無線アクセスベアラ（ＲＡＢ）として言及される。ＳＲＮＣとコアネットワークとの間の接続はＩｕベアラとして言及される一方、ＳＲＮＣとＵＥとの間の接続は無線ベアラとして言及される。これらのベアラの両方はさらなる論理チャネルを表現し、ＳＲＮＣではそれらの間のマッピングを実行する。ベアラそれら自身は、ＩｕとＵｕ夫々のインタフェースによる送信のために適当なトラフィックチャネル上にマップされる。

図１と図２とに示されたインタフェースＵｕは、上述のように、ＵＴＲＡＮと例えば移動電話のようなユーザ機器ＵＥとの間の無線インタフェースである。Ｕｕによるタイミングは接続フレーム番号ＣＦＮによって制御される。

ＣＦＮはユーザ機器とＵＴＲＡＮとの間に用いられるフレームカウンタである。ＣＦＮの値は、各トランスポート・ブロック・セット（ＴＢＳ）に関連しており、ＭＡＣレイヤ１・サービス・アクセス・ポイント（ＳＡＰ）を介して、それとともに引き渡される。ＣＦＮは暗号化と同期転送チャネル再構成のために用いられる共通のフレームリファレンスを提供する。

インタフェースＵｕについて、ＣＦＮは１０ｍｓの各フレーム毎に１つづ値を増していき、ＣＦＮの値の範囲は、ＰＣＨを除く全てのチャネルに関して０から２５５である。ＰＣＨの範囲は０から４０９５である。ＲＮＣ或いはＳＲＮＣはＣＦＮを制御する。ノードＲＮＣ、ＳＲＮＣはまた、ダウンリンク送信も扱い、アップリンクにおける最終地点として作用する。

アップリンクとダウンリンクとの両方に関し、特定のチャネルについての一定の指定されたインターバルＴＴＩ（送信時間間隔）で、Ｕｕによる送信が許される。ＴＴＩとＣＦＮとの間には関係があり、例えば、もし、ＴＴＩが２０ｍｓであれば、送信を開始する度ごとにＣＦＮは偶数でなければならない。このことから、Ｕｕによる各送信は２つのＣＦＮフレームから成り立っており、例えば、図３に示すように、ＭとＭ＋１のフレームであることが導かれる。そのとき、Ｕｕによる次の送信は、Ｍ＋２とＭ＋３であろう。即ち、２つづつ連続的に全てのデータが送信される。

図２と図３に示されているインタフェースＩｕは、ＵＴＲＡＮにおけるコアネットワークと１つ以上の無線ネットワーク制御局との間の内部接続を扱う。

もし、無線アクセスベアラがあるパラメータでセットアップされたなら、時間に関係したパラメータがＩｕにより用いられ、さもなければ、順次的な番号が用いられる。ＲＡＢがトラフィッククラスでセットアップされ、会話或いはストリーミングとサポートモードとがＩｕのユーザ段階のために用いられる場合には、時間に関係したフレーム番号が用いられる。

そのサポートモードは、ユーザデータの転送に加えて、Ｉｕのユーザ段階でのプロトコルから特定の機能を要求するＲＡＢのために意図されている。Ｉｕのユーザ段階でのプロトコルのサポートモードが用いられるとき、フレーム番号がＩｕにより用いられる。

時間に関係したフレーム番号は、そのフレーム番号が各ＩＴＩ（Ｉｕタイミングインタバル）で１だけ増加することを意味しており、そのＩｕフレーム番号の範囲は０から１５である。

３ＧＰＰにおける標準化の議論の中で、これらの番号、Ｉｕフレーム番号と接続フレーム番号ＣＦＮとの間には規定されたコネクションはない。なぜなら、各プロトコルはそれ自身のタイミングを追跡するからである。

今日現存する解決策に係る問題は、各プロトコルがそれ自身のタイミングをもっていることにある。もし、悪い解決策を用いること、このことが遅延の遅さや時間合わせに係る問題の原因となり、また、コアネットワークとＵＥとの間のタイミングにおけるづれの原因ともなる。さらにその上、標準化の議論はこれらのプロトコルの同期についての解決策をカバーしていない。なぜなら、それは、各製造業者が自分の方法を実施し、競争のための手段として用いることができる実施態様の詳細であると考えられているからである。

従って、本発明の目的は、上述のプロトコルの同期をとるための可能性のある方法を提供することにより上述の問題を緩和し、それらの間に一定のタイミングを保持することである。

関係するプロトコルの各々から得られるタイミングについての知識を用い、アップリンクとダウンリンクとの両方のための同期パラメータを再計算することで、上記問題を解決する。

本発明の最も重要な技術的な利点は、２つの異なるプロトコルの同期のための方法が備えられ、それにより、２つのプロトコル間で一定のタイミングを保持することにある。

本発明に伴う別の利点とは、到着時刻の代わりにフレーム番号を用いるとき、タイミングのより良い制御が与えられ、それにより、長い遅延を回避し、時間合わせを扱う点にある。

本発明はまたＡＴＭセルの遅延変動（ジッタ）を回避するという利点も提供している。

ＣＦＮとＩｕフレーム番号とが接続されていないので、本発明は、ＩｕプロトコルとＵｕプロトコルとの中で、知られたタイミング情報を用いて新しいＣＦＮとＩｕフレーム番号とを計算することによりこれを解決している。

これらの計算はアップリンクとダウンリンクとで別々になされる。

アップリンクでの送信時には、ユーザ機器ＵＥが元になるＵｕインタフェースとコアネットワークに接続するＩｕインタフェースとの間で同期をとる必要がある。この同期は、Ｕｕからの接続フレーム番号ＣＦＮを用い、対応するＩｕフレーム番号ＦＮ_Iuを計算することによりなされる。ＩｕインタフェースのタイミングインターバルＩＴＩがまた、これらの計算において用いられる。次に説明する実施例は、２０ｍｓのＩＴＩを例示しているが、しかしながら、ＩＴＩは異なる環境に依存して、他の値をとることもできる。また、２０ｍｓのＴＴＩ値を仮定するが、しかしながら、その値は変更可能である。

新しいＩｕフレーム番号は、Ｕｕ接続フレーム番号ＣＦＮをＩＴＩ／１０ｍｓで割り算し、それから、１６との剰余をとることで、ＦＮ_Iuの範囲に一致する０から１５の間のフレーム番号を得ることで、与えられる。ＩＴＩ／１０ｍｓで割ることの理由は、ＣＦＮが１０ｍｓに適応しており、ＩＴＩはそのために補償される必要があるからである。

この補償は、ＴＴＩとＩＴＩの値が異なることができるので、異なる形をとることができる。第１の場合はＩＴＩがＴＴＩより小さいときであり、これはいくつかのＩｕフレームが、Ｕｕにより、同時にいっしょに送信されることを示唆している。

第２の場合は反対で、ＩＴＩがＴＴＩより大きいときであり、これはＩｕフレームがＵｕにより送信可能であるためにより小さな断片に分割されねばならないことを示唆している。

その結果、これら２つの場合は、アップリンク送信においてはその反対のものをもつ。

ＩＴＩがＴＴＩと等しいという第３の場合には、次に説明する実施例と公式とに従って同期がとられる。

もし必要とされるなら、最近の到着時刻ＴｏＡｗＥを変更していくつかのフレームがノードＢに到着するのを待ち合わせることを問題にもできる。

ＩＴＩとＴＴＩとが等しいときのアップリンク送信の同期計算は、次の公式に従って説明できる。

反対方向、即ち、ダウンリンクで送信するときには、ユーザ機器ＵＥに接続するＵｕインタフェースを、ＵＴＲＡＮをコアネットワークに接続するＩｕインタフェースと同期させる必要がある。このことは、ＵｕによりＴＴＩを形成するのに十分なデータの全てがコアネットワークから最初に到着したときになされる。

送信されるＵｕでの新しい接続フレーム番号ＣＦＮ_presは、Ｉｕについての２つの最も最近のフレーム番号ＦＮ_Iu,presとＦＮ_Iu,prevとの間の差を以前の接続フレーム番号CFN_prevに加算することにより与えられる。ここで、その差は、まず、Ｉｕインタフェース上にあったタイミングの循環する回数に加算され、それからＩＴＩ／１０ｍｓで乗算し、正しいタイミング情報を得る。この合計は２５６との剰余がとられ、Ｕｕの範囲に一致する“０”と“２５５”との間のフレーム番号を得る。

Ｉｕデータ間の差が用いられて、次の公式に従ってＣＦＮを設定する。

ＣＦＮ_presは、Ｕｕにより次に送信されるフレームに設定されるＣＦＮであり、ＣＦＮ_prevは、Ｕｕにより最も最近に送信されたフレームについてのＣＦＮである。同じことがＩｕによりフレーム数、ＦＮ_Iu,pres、ＦＮ_Iu,prevにも適用される。Ｎ₁₆は、Ｉｕによるフレーム数が循環するという事実のため、Ｉｕインタフェース上にあったタイミングの循環する回数を示している。

もしＩｕについて以前のフレーム数ＦＮ_Iu,prevがない、即ち、ＲＮＣが最初のフレームを待ち合わせているなら、図３に示されているガード時間ＧＴ１が必要である。このガード時間は、Ｉｕからのフレームについての最新時刻ＬＡＴがノードＢに送信する前に、ＲＮＣにおけるＴ_proc,RNCの間での処理のために利用可能である前に、最初のフレームを待ち合わせ、収集するために必要とされる。

図３は、２０ｍｓのＴＴＩとＭが偶数であることを仮定した、ダウンリンク送信のためのタイムチャートを示している。そのタイムチャートは、Ｉｕフレーム番号ＦＮ＝Ｎについての初期決定がダウンリンクにおけるＵｕ接続フレーム番号ＣＦＮ＝Ｍにどのようにマップされるのかを示している。

最初のフレームＭがＩｕにより送信され、一定の時間ＡＴ内に到着し、接続フレーム番号ＣＦＮ＝Ｍとしてスタンプが押される。このことは、フレームがこの時間の期間ＡＴ内に到着し、さらなる処理のために正当なものでなければならないことを意味している。最初のフレームについてもガードタイムＧＴ１があり、これがＩｕからのフレームについての最新の時刻ＬＡＴを利用可能であると判断する。

その後、ＲＮＣ内ではフレームＭがＩｕｂによりノードＢに送信される前に、処理時間Ｔ_proc,RNCが続く。

ノードＢには、そのフレームが到着し、Ｕｕによりユーザ機器ＵＥに送信されるのにちょうど良い限られた時間もある。到着の最も速い時刻ＴｏＡｗＳと到着の最も遅い時刻ＴｏＡｗＥとはこの時間を定義している。ノードＢはまた、フレームが送信される前に、処理時間Ｔ_proc,NodeBをもっている。

それから、ノードＢはＵｕによりフレームをユーザ機器ＵＥに送信する。ＣＦＮの長さは１０ｍｓであり、送信タイミングインターバルＴＴＩは２０ｍｓであるので、各送信は２つのフレーム、例えば、最初にはＭとＭ＋１とから、次の送信ではＭ＋２とＭ＋３とからなる。

上述の実施例は、送信タイミングインターバルＴＴＩがＩｕインタフェースタイミングインターバルＩＴＩと同じであることを仮定している。しかしながら、これは必ずしもいつもそうである訳ではない。ダウンリンク送信での最初のフレームに関し、そのフレーム番号が許されたある値のみであるために、このことがその場合にあたる。ダウンリンクの他の場合には、ＩＴＩがＴＴＩより大きい場合に、或いは、いくつかのＩｕフレームをＵｕで送信できる前に待ち合わせなければならない場合に、ＩＴＩがＴＴＩより小さい場合に、Ｉｕフレームはいくつかの断片に分割される。

上述の最初の場合が発生するとき、つまり、ＩＴＩがＴＴＩより小さいと、アップリンク同期のＩｕにおける最初のフレームのフレーム番号ＦＮ_Iu,fについての公式は、次のように記述される。

ここで、ＣＦＮ_firstは、この場合、Ｉｕによりフレームを形成するのに必要なＵｕによる全フレームの最初のフレームのＣＦＮである。最初のフレームが決定された後、そのフレーム番号ＦＮ_Iuが繰り返し次の公式で記述される。

ここで、ｋは１と（ＩＴＩ／ＴＴＩ）−１との間で段階的に増加する数である。

最初の場合におけるダウンリンク同期についての公式は、次のように記述される。

ここで、ＦＮ_Iu,pres,fは、Ｕｕによりこのフレームを形成するのに用いられるＩｕによる最初のフレームである。しかしながら、スリップの原因をつくらないように注意が払われねばならない。

ＩＴＩがＴＴＩより大きく、アップリンクでの同期が第２の場合であるが、そのフレーム番号は次の公式に従って記述される。

ここで、ＣＦＮ_firstは、Ｉｕによりフレームを形成するのに必要な全フレームの最初のフレームのＣＦＮである。この場合、ＵｕによるＩＴＩ／ＴＴＩフレームが必要とされる。しかしながら、そのフレーム数はＩｕによるフレーム間で任意に拾い上げられても良い。

この第２の場合におけるダウンリンク同期について、公式が次のように記述される。

ここで、ＣＦＮ_pres,fは、Ｉｕによるフレーム到着のためにＵｕにより送信されるフレームについてダウンリンクにおける最初のフレームである。ＣＦＮ_prev,fは、以前の送信インターバルにおける最初のフレームである。その後繰り返し、フレーム番号ＣＦＮ_presは次の公式で記述される。

ここで、ｋは１と（ＩＴＩ／ＴＴＩ）との間で段階的に増加する数である。

本発明は上述のように詳細に説明した実施例にのみ限定されることが意図されているのではない。本発明を逸脱することなく変更や変形がなされても良い。例えば、環境の変化は、上述の構造への変更の原因とあり、公式のチューニングが必要となる原因となる。本発明は、請求の範囲内の全ての変形例をカバーしている。

ＵＭＴＳアーキテクチュアの一部を図示している。 ＵＭＴＳネットワークのより詳細な部分を図示している。 ダウンリンク送信のタイムチャートを図示している。

Claims (26)

1. 第１のプロトコル（Ｕｕ）でのタイミングが接続フレーム番号（ＣＦＮ）により制御され、第２のプロトコル（Ｉｕ）でのタイミングがフレーム番号（ＦＮ_Iu）により制御されるような、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）内での、異なるプロトコル間のアップリンク同期の方法であって、
   前記方法は、
   前記第１のプロトコルのフレーム番号に基づいて前記第２のプロトコルにフレーム番号を与えることを特徴とする方法。
2. 前記方法は、
   前記第１のプロトコル（Ｕｕ）から受信フレーム番号（ＣＦＮ）を決定し、
   受信フレーム番号を分母で割り、正しいタイミングを獲得し、
   前記割り算の剰余を、前記第２のプロトコルの範囲での正しいフレーム番号にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記分母は、正しいタイミング情報を獲得するために時間の値で割り算された前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のタイミングインターバル（ＩＴＩ）に対応することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第２のプロトコル（Ｉｕ）についてのフレーム番号（ＦＮ_Iu）は、
   

   

   として記述されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 第１のプロトコル（Ｕｕ）でのタイミングが接続フレーム番号（ＣＦＮ）により制御され、第２のプロトコル（Ｉｕ）でのタイミングがフレーム番号（ＦＮ_Iu）により制御されるような、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）内での、異なるプロトコル間のダウンリンク同期の方法であって、
   前記方法は、
   前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のフレーム番号に基づいて前記第１のプロトコル（Ｕｕ）にフレーム番号を与えることを特徴とする方法。
6. 前記第２のプロトコルの基礎は、いくつかの受信フレーム番号（ＦＮ_Iu,pres、ＦＮ_Iu,prev）間の差に対応していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記基礎は、さらに正しいタイミング情報を獲得するために時間の値で割り算された前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のタイミングインターバル（ＩＴＩ）の時間因子を有していることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
8. 送信されることになる次のフレーム番号（ＣＦＮ_pres）はさらに、以前に送信されたフレーム番号（ＣＦＮ_prev）に基づいていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１のプロトコル（Ｕｕ）についてのフレーム番号（ＣＦＮ_pres）は、
   

   

   として記述され、
   ＣＦＮ_presはＵｕにより次に送信されることになるフレームに設定されるＣＦＮであり、
   ＣＦＮ_prevはＵｕにより最も最近に送信されたフレームのＣＦＮであり、
   Ｉｕによるフレーム番号（ＦＮ_Iu,pres、ＦＮ_Iu,prev）にも前記と同様のことが適用され、
   Ｎ₁₆は、Ｉｕによる前記フレーム番号が循環するという事実のため前記Ｉｕインタフェースにあったタイミングの循環する回数を示すことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の方法。
10. ガード時間（ＧＴＩ）は最初のＩｕフレーム（ＦＮ）が到着するためのセイフティマージンを定義することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 最新到着時刻（ＬＡＴ）はＩｕフレーム（ＦＮ）が到着して処理可能な最新時刻として定義されることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 到着時刻（ＡＴ）はＩｕフレーム（ＦＮ）の予期到着時刻として定義されることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記ガード時間（ＧＴＩ）は、最新到着時刻（ＬＡＴ）と到着時刻（ＡＴ）の最終時点との間の時間差として定義されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 第１のプロトコル（Ｕｕ）でのタイミングが接続フレーム番号（ＣＦＮ）により制御され、第２のプロトコル（Ｉｕ）でのタイミングがフレーム番号（ＦＮ_Iu）により制御されるような、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）システムであって、
    前記第１のプロトコルのフレーム番号に基づいて前記第２のプロトコルにフレーム番号を与え、前記プロトコル間のアップリンク同期を達成する手段を有することを特徴とするシステム。
15. 前記システムは、さらに、
    前記第１のプロトコル（Ｕｕ）から受信フレーム番号（ＣＦＮ）を決定し、受信フレーム番号を分母で割り、正しいタイミングを獲得し、前記割り算の剰余を、前記第２のプロトコルの範囲での正しいフレーム番号にする手段を有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. 前記分母は、正しいタイミング情報を獲得するために時間の値で割り算された前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のタイミングインターバル（ＩＴＩ）に対応することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のシステム。
17. 前記第２のプロトコル（Ｉｕ）についてのフレーム番号（ＦＮ_Iu）は、
    

    

    として記述されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載のシステム。
18. 第１のプロトコル（Ｕｕ）でのタイミングが接続フレーム番号（ＣＦＮ）により制御され、第２のプロトコル（Ｉｕ）でのタイミングがフレーム番号（ＦＮ_Iu）により制御されるような、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）システムであって、
    前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のフレーム番号に基づいて前記第１のプロトコル（Ｕｕ）にフレーム番号を与え、前記プロトコル間のダウンリンク同期を達成する手段を有することを特徴とするシステム。
19. 前記第２のプロトコルの基礎は、いくつかの受信フレーム番号（ＦＮ_Iu,pres、ＦＮ_Iu,prev）間の差に対応していることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記基礎は、さらに、正しいタイミング情報を獲得するために時間の値で割り算された前記第２のプロトコル（Ｉｕ）のタイミングインターバル（ＩＴＩ）の時間因子を有していることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のシステム。
21. 送信されることになる次のフレーム番号（ＣＦＮ_pres）はさらに、以前に送信されたフレーム番号（ＣＦＮ_prev）に基づいていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載のシステム。
22. 前記第１のプロトコル（Ｕｕ）についてのフレーム番号（ＣＦＮ_pres）は、
    

    

    として記述され、
    ＣＦＮ_presはＵｕにより次に送信されることになるフレームに設定されるＣＦＮであり、
    ＣＦＮ_prevはＵｕにより最も最近に送信されたフレームのＣＦＮであり、
    Ｉｕによるフレーム番号（ＦＮ_Iu,pres、ＦＮ_Iu,prev）にも前記と同様のことが適用され、
    Ｎ₁₆は、Ｉｕによる前記フレーム番号が循環するという事実のため前記Ｉｕインタフェースにあったタイミングの循環する回数を示すことを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかに記載のシステム。
23. ガード時間（ＧＴＩ）は最初のＩｕフレーム（ＦＮ）が到着するためのセイフティマージンを定義することを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれかに記載のシステム。
24. 最新到着時刻（ＬＡＴ）はＩｕフレーム（ＦＮ）が到着して処理可能な最新時刻として定義されることを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれかに記載のシステム。
25. 到着時刻（ＡＴ）はＩｕフレーム（ＦＮ）の予期到着時刻として定義されることを特徴とする請求項１８乃至２４のいずれかに記載のシステム。
26. 前記ガード時間（ＧＴＩ）は、最新到着時刻（ＬＡＴ）と到着時刻（ＡＴ）の最終時点との間の時間差として定義されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。

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