JP5001590B2 - 送信パラメータ変更制御方法および無線基地局 - Google Patents

Description

本発明は、広くは無線通信制御技術に関し、特に、送信パラメータの変更を通知する際の効率的な通知タイミング制御に関する。

第３世代の無線アクセスネットワークでは、図１に示すように、レイヤ３のＲＲＣ（無線リソース管理）エンティティは、移動局またはユーザ端末（ＵＥ）から報告される測定結果から決定される無線パラメータ（コード、周波数、タイムスロット、トランスフォーム・フォーマット、マッピング等）に基づいて、無線リソースの設定、管理を行う。レイヤ２のＲＬＣ層では、ＲＬＣプロトコルに基づいて再送制御を行う。ＭＡＣ層は、優先制御、スケジューリング、論理チャネルのトランスポートチャネルへのマッピングなどを行って、ユーザと無線ベアラの間を調停する。

無線パラメータを変更する必要が生じた場合には、上位層シグナリング（ＲＲＣ）によって変更指示がなされる。第３世代通信方式を高度化したＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）では、ＲＲＣシグナリングで起動タイミング（activation time）を指定することにより、無線パラメータ変更のタイミングを、明示的に指定することができる。

すなわち、ＲＲＣによる変更通知には、無線パラメータの変更内容に加えて、変更タイミングも通知情報として含まれる。変更のタイミングが通知とほぼ同時の場合、すなわち、今すぐに切り換える必要がある場合も、その旨を示す情報要素が付加されて通知される。

一方、処理遅延の低減を期待して、ＭＡＣ制御ＰＤＵを用いたスケジューリング制御が検討されている（たとえば、非特許文献１参照）。ＭＡＣ処理は、ベースバンド部によるハードウェア処理が想定されるので、処理遅延の低減が期待できるからである。たとえば、スケジューリングに関する情報をＭＡＣ管理メッセージとして生成し、この管理メッセージをＭＡＣ−ＰＤＵのペイロードとして送信する。ＭＡＣ−ＰＤＵは、移動局のＭＡＣエンティティで直接解釈され、処理される。なお、ＭＡＣ−ＰＤＵ（protocol data unit）は、ＭＡＣ層で完結して処理される分断された固定サイズのプロトコルデータユニットである。
IEEE Std 802.16TM-2004 (section 6.3.2.3)

しかし、ＭＡＣ制御ＰＤＵを使ってスケジューリング等の送信パラメータを変更、制御する場合に、制御ＰＤＵの情報要素として変更タイミングを明示的に通知すると、メッセージサイズが増大する可能性がある。その結果、処理遅延が加わることになる。

第３世代をさらに進展させたＬＴＥ（long term evolution）システムでは、より高速かつ大容量の無線通信の実現が要請されるため、送信パラメータの変更、通知の制御にも、より効率的な手法が望まれる。

そこで、本発明は、変更タイミングを指定する従来の方法で生じていた制御遅延や制御負荷を低減する、新規な送信パラメータの変更制御方法を提供することを課題とする。

また、そのような送信パラメータの変更制御を行う無線基地局の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、
（１）あるレイヤまたはサブレイヤでの閉じた処理が可能な送信パラメータに関しては、パラメータ値の変更を通知する際に、そのレイヤの制御プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）で移動局に通知する。このとき、制御ＰＤＵには、変更タイミングを指定する情報は組み込まずに、変更内容だけを通知する。
（２）上記の制御ＰＤＵを、フレームの前半部分でのみ送信する。
（３）制御ＰＤＵを送信した次のフレームから、変更後のパラメータ値での送受信に移行する。

たとえば、ＭＡＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータを変更する場合は、ＭＡＣ制御ＤＰＵで、送信パラメータの変更内容を通知する。
ＭＡＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータとは、たとえば、送信タイムインターバルに可変ＴＴＩ長を採用する場合のＴＴＩ長や、ＶｏＩＰ通信を行う場合のパーシステント・スケジューリング（固定的リソース割り当て）への移行指示である。

より具体的には、第１の側面では、送信パラメータの通知タイミング制御方法を提供する。この方法は、
（ａ）あるレイヤまたはサブレイヤでの閉じた処理が可能な送信パラメータのパラメータ値を変更する場合に、変更タイミングの指定を含まない制御プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）を生成し、
（ｂ）前記制御ＰＤＵを、送信フレームの前半部分でのみ送信し、
（ｃ）前記制御ＰＤＵを送信した次のフレームタイミングで、変更後の送信パラメータに基づいた送受信を行う
ことを特徴とする。
良好な実施例では、制御ＰＤＵが送信フレーム（＃Ｎ−１）の後半部分で生成された場合は、その制御ＰＤＵを次のフレーム（＃Ｎ）の前半部分で送信する。この場合、変更後のパラメータの下での送受信は、さらに次のフレーム（＃Ｎ＋１）で開始される。

良好な実施例では、制御ＰＤＵが移動局で受信されない場合に、当該制御ＰＤＵを送信したフレームの後半部分で再送処理を行う。

第２の側面では、上述した通知タイミング制御を行う無線基地局を提供する。無線基地局は、
（ａ）あるレイヤまたはサブレイヤでの閉じた処理が可能な送信パラメータについて、パラメータ値の変更を指示する制御部と、
（ｂ）前記制御部の指示に基づいて、変更後のパラメータを示し、変更タイミングの指定を含まない制御プロトコルデータユニットを生成する制御ＰＤＵ生成部と、
（ｃ）前記制御ＰＤＵを、送信フレームの前半部分でのみ送信する送信処理部と
を備える。

良好な構成例では、前記制御ＰＤＵの再送が必要な場合に、前記制御ＰＤＵを送信したフレームの後半部分での再送を指示する再送制御部
をさらに有する。

上記の構成により、送信パラメータの変更通知時に起動タイミング情報を指定する方法で生じていた制御遅延や制御負荷を削減することが可能になる。

以下で、本発明の良好な実施形態について、図面を参照して説明する。

図２は、本発明が適用されるＬＴＥ無線通信システムの制御モデルの一例を示す図である。レイヤ３のＲＲＣ（無線リソース管理）エンティティは、移動局またはユーザ端末（ＵＥ）とネットワーク（ｅＵＴＲＡＮ）との間のＲＲＣコネクションの設定、維持、開放を行い、ＲＲＣコネクションのための無線リソース（通信パラメータ）を設定する。

レイヤ２のＲＬＣ層では、移動局（ＵＥ）とネットワークとの間のＲＬＣコネクションを設定／開放し、再送制御ＲＬＣプロトコルに基づいて再送制御を行う。また、上位層ＰＤＵの伝送や、トランスポート・ブロック（ＴＢ）のサイズに応じたセグメンテーションを行う。

レイヤ２のＭＡＣ層は、ＭＡＣ層内での閉じた処理が可能な送信パラメータに関して、パラメータ値の変更を移動局（ＵＥ）に通知する。ＭＡＣ層内での閉じた処理が可能な送信パラメータとして、パーシステント・スケジューリングへの移行指示、伝送タイムインターバル（ＴＴＩ）を可変に制御する場合のＴＴＩ長や、アクティビティ・レベル等を含む。

パーシステント・スケジューリングは、ＶｏＩＰ通信などの一定速度かつ低レートで行われる無線通信に対して、無線リソースを一定周期で固定的に割り当てるスケジューリング方式である。パーシステント・スケジューリングへ移行する旨の通知は、ＭＡＣ−ＰＤＵで直接移動局（ＵＥ）のＭＡＣエンティティに送られ、解釈される。

ＴＴＩ長の変更は、たとえばデータの割り当てに関する情報を下り共有制御チャネル（ＨＳ−ＳＣＣＨ）で移動局に通知する際に、その通知パケットのサイズに応じたＴＴＩ長を設定するために行われる。送信すべきパケットをあらかじめ決められたＴＴＩ長（たとえば１サブフレーム）に合わせて分断する方法では、制御信号のシグナリングの負担を増大しかねないので、パケットサイズに応じてＴＴＩ長を変更するのである。

本実施形態では、これらの送信パラメータの変更を、ＭＡＣ制御ＰＤＵを用いて通知し、無線基地局と移動局の間で、直接ＭＡＣ層での処理を可能にする。

従来は、ＲＲＣ層で通信パラメータの指定を変更する場合に、変更後のパラメータ値に付随して、どのタイミングで変更するかを指定する情報も移動局に送信していた。しかし、ＭＡＣ制御ＰＤＵのペイロードに含ませるメッセージサイズは、小さい方が望ましい。そこで、実施形態では、ＭＡＣ送信パラメータ（スケジューリング関連の送信パラメータ等）を変更するタイミングを指定する情報はＭＡＣ制御ＰＤＵには含めず、変更後のパラメータ値のみをペイロードに入れる。

そして、ＭＡＣ制御ＰＤＵを送信するタイミングを、フレームの前半部分に限定し、ＭＡＣ制御ＰＤＵで通知したコンフィギュレーションの変更は、次のフレームタイミングから有効になると規定する。

つまり、変更後の送信パラメータ値を通知するＭＡＣ制御ＰＤＵが送信されたなら、無線基地局は、その次のフレームから、新しいパラメータ値の下で通信制御を行う。移動局も同期して、ＭＡＣ制御ＰＤＵを受け取った次のフレームタイミングで、変更後のパラメータ値で信号を受信する。

図３は、ＭＡＣ制御ＰＤＵの送信タイミングを説明するための図である。送信タイミング制御の単位は、フレームごととする。１フレームは、たとえば１０ｍｓであり、０．５ｍｓのサブフレーム２０個で構成される。

各フレームにおいて、ＭＡＣ制御ＰＤＵの送信が許される期間Ｓは、フレームの前半部分に限定される。ＭＡＣ制御ＰＤＵだけではなく、ＲＲＣ−ＰＤＵの送信もフレームの前半部分に限定してもよい。これらのＰＤＵの送信タイミングをフレームの前半部分に限定するのは、ハイブリッド再送制御（ＨＡＲＱ：Hybrid Automatic Repeat Request）の最大再送回数を考慮してのことである。

たとえば、フレーム＃Ｎ−１で、変更前のパラメータ（所定のＴＴＩ長、あるいは通常のスケジューリング）で、ユーザデータが送信された直後に、パラメータを変更する必要が生じたとする。このとき、変更後のパラメータ値を示すＭＡＣ制御ＰＤＵが生成され、フレームの前半部分で、移動局に初回送信される。

初回送信が成功した場合、すなわち、移動局からＡｃｋを受信した場合は、次のフレーム＃Ｎで、変更後のパラメータ値（変更されたＴＴＩ長、あるいはパーシステント・スケジューリング）に基づいて、ユーザデータが送信される。移動局の側でも、受け取ったＭＡＣ管理ＰＤＵにパラメータの変更タイミングが指定されていなくても、ＭＡＣ制御ＰＤＵを受信した次のフレーム＃Ｎで、変更後のパラメータに基づいた受信処理へと移行する。

移動局へのＭＡＣ制御ＰＤＵの送信が失敗した場合、すなわち一定時間以内に移動局から受信確認応答が送られてこない場合は、フレームの残りの区間で、ＭＡＣ制御ＰＤＵを再送する。最大再送回数は、フレームの後半部分で収まるようになっている。なお、移動局からのＭＡＣ制御ＰＤＵの確認応答（Ａｃｋ）は、ＨＡＲＱ―Ａｃｋで代用してもよい。

ＭＡＣ制御ＰＤＵが、フレーム＃Ｎ−１の後半部分で生成される場合は、生成されたＭＡＣ制御ＰＤＵは、次のフレーム＃Ｎの前半部分で送信される。この場合、変更後のパラメータでの送受信は、さらにその次のフレーム＃Ｎ＋１で行われることになる。

このように、ＭＡＣ制御ＰＤＵを、変更後のパラメータ値を示す簡単なメッセージで構成し、その送信タイミングをフレームの前半部分に限定して送信することによって、再送区間を確保することができる。無線基地局と移動局は、次のフレームタイミングで同期して、変更後のパラメータ値での送受信に移行する。

図４は、本発明の一実施形態に係る無線基地局の概略ブロック図である。無線基地局１は、ＲＲＣ層の処理ブロックであるＲＲＣエンティティ１０と、ＲＬＣ処理ブロック２０と、ＭＡＣ処理ブロック３０と、物理レイヤ処理ブロック４０を含む。

物理層制御部４３は、移動局から受信したＳＩＲなどの測定結果を、ＲＲＣエンティティ１０に報告する。ＲＲＣエンティティ１０は、報告結果に基づいて、ＭＡＣ層および物理層を制御する信号を生成し、ＭＡＣ制御部３３と物理層制御部４３にそれぞれ供給する。ＲＲＣエンティティ１０はまた、使用可能な無線ベアラ等の情報を含むＲＲＣメッセージを生成して、ＲＬＣ層送信処理部２２に入力する。このメッセージは、ＭＡＣ層送信処理部３２および物理層送信処理部４２を経て、移動局に送信される。

ＭＡＣ制御部３３は、ＴＴＩ長の変更や、パーシステント・スケジューリングへの移行が必要になったときは、変更後の送信パラメータ値を決定して、ＭＡＣ制御ＰＤＵ生成部３６へ通知する。ＭＡＣ制御ＰＤＵ生成部３６は、変更後の送信パラメータ値を含むＭＡＣ制御ＰＤＵを生成する。このＭＡＣ制御ＰＤＵは、パラメータ変更タイミングの指定は含んでおらず、ＭＡＣ層処理部３２によって、フレームの前半部分で送信される。ＭＡＣ制御ＰＤＵが、フレームの後半部分で生成された場合は、次のフレームの前半部分で送信する。

ＭＡＣ制御ＰＤＵが送信されたならば、無線基地局１は、次のフレームタイミングで、変更後のパラメータに基づくＵ−ｐｌａｎｅデータの送信を行う。

物理層受信処理部４１は、移動局から受信確認応答（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を受信する。ＭＡＣ層受信処理部３１は、受信確認応答に基づいて、再送の要否を判断する。また、ＭＡＣ制御ＰＤＵについては、送信から一定時間内に受信確認応答がない場合は、再送の必要ありと判断する。

判断結果は、スケジューラ３４の再送制御部３５に入力される。再送制御部３５は、再送判断結果に応じて、再送のためのスケジューリングを行う。再送に使用するプロセス番号は、ＲＲＣエンティティ１０によって決定され、ＭＡＣ制御部３３を介してスケジューラ３４に通知される。

このような構成により、ＭＡＣ層で閉じた処理が可能な送信パラメータについては、パラメータの変更を、フレームの前半部分に限ってＭＡＣ制御ＰＤＵで通知する。フレーム後半部分でＭＡＣ制御ＰＤＵの再送区間が確保され、変更タイミングを指定する情報がなくても、次のフレームタイミングで、変更後のパラメータでの送受信に移行することができる。その結果、送信パラメータの変更に伴う制御遅延や制御負荷が低減される。

なお、ＲＬＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータ、たとえば、再送制御をＲＬＣ層で行う場合や、ＱｏＳ設定制御などに用いるパラメータの変更についても、変更タイミングの指定を含まないＲＬＣ制御ＰＤＵを生成し、フレームの前半部分だけで送信する構成としてもよい。

第３世代無線通信のＣ−ｐｌａｎｅ制御モデルを示す概略図である。 本発明が適用されるＬＴＥ（long term evolution）システムの制御モデルを示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る送信パラメータ変更通知のタイミング制御を説明するための図である。 無線基地局のスケジューラが保持するパーシステント・スケジューリングパターンの一例を示す図である。

符号の説明

１ 無線基地局
１０ ＲＲＣエンティティ
２０ ＲＬＣ処理ブロック
２１ ＲＬＣ層受信処理部
２２ ＲＬＣ層送信処理部
３０ ＭＡＣ処理ブロック
３１ ＭＡＣ層受信処理部
３２ ＭＡＣ層送信処理部
３３ ＭＡＣ制御部
３４ スケジューラ
３５ 再送制御部
３６ ＭＡＣ制御ＰＤＵ生成部
４０ 物理層処理ブロック
４１ 物理層受信処理部
４２ 物理層送信処理部
４３ 物理層制御部

Claims (7)

1. あるレイヤまたはサブレイヤでの閉じた処理が可能な送信パラメータのパラメータ値を変更する場合に、変更タイミングの指定を含まない制御プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）を生成し、
   前記制御ＰＤＵを、初回送信の場合は送信フレームの前半部分でのみ送信し、
   前記制御ＰＤＵを送信したフレームの次のフレームタイミングで、変更後の送信パラメータに基づいた送受信を行い、
   前記制御ＰＤＵが移動局で受信されない場合に、前記制御ＰＤＵを送信したフレームの後半部分で再送処理を行う
   ことを特徴とする送信パラメータの変更制御方法。
2. 前記レイヤまたはサブレイヤはＭＡＣ層であり、ＭＡＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータのパラメータ値を変更する場合に、変更タイミングの指定を含まないＭＡＣ制御ＰＤＵを生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信パラメータの変更制御方法。
3. ＭＡＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータは、可変伝送タイムインターバル（ＴＴＩ）を採用する場合のＴＴＩ長、特定のアプリケーションに対してパーシステント・スケジューリングを行う場合のパーシステント・スケジューリングへの移行指示、アクティビティ・レベルを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の送信パラメータの変更制御方法。
4. 前記制御ＰＤＵが、送信フレーム（＃Ｎ−１）の前半部分で生成された場合は、当該送信フレーム（＃Ｎ−１）の前半部分で前記制御ＰＤＵを送信し、次のフレームタイミング（＃Ｎ）で、変更後の送信パラメータに基づく送受信を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信パラメータの変更制御方法。
5. 前記制御ＰＤＵが、送信フレーム（＃Ｎ−１）の後半部分で生成された場合は、その制御ＰＤＵを次のフレーム（＃Ｎ）の前半部分で送信し、変更後のパラメータの下での送受信を、さらに次のフレーム（＃Ｎ＋１）で開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信パラメータの変更制御方法。
6. あるレイヤまたはサブレイヤでの閉じた処理が可能な送信パラメータについて、パラメータ値の変更を指示する制御部と、
   前記制御部の指示に基づいて、変更後のパラメータを示し、変更タイミングの指定を含まない制御プロトコルデータユニットを生成する制御ＰＤＵ生成部と、
   前記制御ＰＤＵを、初回送信の場合には送信フレームの前半部分でのみ送信する送信処理部と、
   前記制御ＰＤＵを送信したフレームの次のフレームタイミングで、前記変更後のパラメータに基づく送受信を開始する送受信部と、
   前記制御ＰＤＵの再送が必要な場合に、前記制御ＰＤＵを送信したフレームの後半部分での再送を指示する再送制御部と、
   を備えることを特徴とする無線基地局。
7. 前記制御部は、ＭＡＣ層での閉じた処理が可能な送信パラメータについて、パラメータの変更を指示するＭＡＣ制御部であり、
   前記制御ＰＤＵ生成部は、ＭＡＣ制御ＰＤＵを生成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線基地局。

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