JP5038317B2 - 無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実施する技術 - Google Patents

Description

本発明は、一般に無線ネットワークの通信インタフェースに関し、特に移動体ネットワークのエアインタフェースに関する。より詳細には、本発明は無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実施する技術に関するものである。

今日、携帯電話のみならず、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：パーソナル・ディジタル・アシスタント）、ノートブックなどのような他の移動体端末も、無線インタフェースを介して無線ネットワークとデータを交換する。典型的には、ネットワークの無線基地局は、ネットワークを通じて端末から受信するデータを受取人に向けてルーティングし、無線インタフェースを経てネットワーク側から受信するデータを移動体端末に向けて送信することにより、移動体端末へサービスを提供する。

データは、通話データ、メディアデータ、ストリーミングデータ、アプリケーションデータなどのユーザデータでありうるが、また例えばユーザデータを交換するための接続確立に関連する制御データ（信号通知データ）を含むことができる。過去における無線インタフェースを介するデータ交換の達成可能なデータ速度は、各新世代の無線ネットワークと共に着実に増加してきた。移動体ネットワークに関しては、所謂第２世代、即ち２Ｇシステム（例えば、ＧＳＭシステム）が１０ｋバイト／秒（ｋｂｐｓ）オーダの比較的低データ速度を提供し、第３世代、即ち３Ｇシステム（例えば、ＵＭＴＳシステム）は数１００ｋｂｐｓのデータ速度および数メガバイト／秒（Ｍｂｐｓ）迄のピーク速度を可能にしている。第４世代（即ち、単に４Ｇ）システムは恐らくダウンリンク（基地局から移動体端末へ）では１００Ｍｂｐｓ迄のピーク速度を伴う数１０Ｍｂｐｓ、アップリンク（端末から基地局へ）では５０Ｍｂｐｓのデータ速度を提供するであろう。

４Ｇシステムの速いデータ速度を達成するために、効率的変調技術が移動体端末および基地局に実装されるであろう。加えてより速いデータ速度には各物理チャネルのためのより広い帯域幅が必要である。ＧＳＭシステムでは０．２ＭＨｚのチャネル帯域幅が使用される。ＵＭＴＳシステムでは既に５ＭＨｚのチャネル帯域幅が必要とされ、４Ｇシステムは恐らく２０ＭＨｚ／チャネル迄の帯域幅を有するであろう。４Ｇ規格は最大チャネル伝送帯域幅を（恐らく）１．２５ＭＨｚの刻みで調整することを可能にするであろう。４Ｇシステムの典型的な最大チャネル伝送帯域幅は、その場合５ＭＨｚから２０ＭＨｚの範囲でありうる。通信システム単位の柔軟な最大伝送帯域幅の特徴は、例えばＧＳＭおよびＵＭＴＳのために現在留保されている無線周波数スペクトラムを４Ｇシステムのために再使用することにより、ＧＳＭおよびＵＭＴＳシステムから４Ｇシステムの速いデータ速度への円滑な移行を可能にする。

４Ｇ規格の例として、ＵＭＴＳの標準化を担う３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ：第３世代協力プロジェクト）は、３Ｇ ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ−ＣＤＭＡ：広帯域ＣＤＭＡ）規格から発展するＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）と呼ぶ４Ｇシステムを提案している。ＵＭＴＳ ＬＴＥシステムは、少なくとも１．２５ＭＨｚから最大２０ＭＨｚに亘る帯域幅で動作することができ、１０メートルの半径を持って、その中で１００Ｍｂｐｓ迄のピークデータ速度を有するマイクロセルをサポートするであろう。

無線インタフェースを経て実行される制御手順は、将来においても可変帯域幅システムの特徴、即ち移動体端末および無線基地局が種々の帯域幅を（通信規格により典型的に事前に定義される最大帯域幅の中で）扱うことができること、を考慮しなければならないであろう。この点に関して適応しなければならないであろうこれらの制御手順の１つが、ランダムアクセス手順である。

移動体端末はランダムアクセス手順を実行し、無線インタフェースを経て無線ネットワークにアクセスしなければならない。ランダムアクセス手順の前に、端末はダウンリンク共通制御チャネル（ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｃｏｍｍｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｎｎｅｌ：ＤＣＣＨ）から（のみ）データを受信する。このようなダウンリンク制御チャネルは、例えばＧＳＭネットワークにおける一斉通知共通制御チャネルである。

基地局のＤＣＣＨは、基地局によりサービスを提供する無線セル内に位置する全ての移動体端末に情報を提供する。ＤＣＣＨにおいて送信する信号通知は、典型的に実際のシステム、周波数同期、時間同期および移動体端末が使用する送信電力の推定に関する情報に関係する。移動体端末と無線基地局との間の同期は、最終的にビット精度の正確さを達成しなければならない。即ち、特定のタイムスロットにおける端末の送信は、基地局における対応するタイムスロットと適合し、送信ビットのいずれもが基地局のタイムスロットを超えないようにしなければならない。少なくとも現在では、ＤＣＣＨにおいて送信する同期情報のみに基づいて、そのような正確な時間調整を達成することはできない。

それ故、ランダムアクセス手順は、移動体端末に送信され（例えば、ＤＣＣＨにおいて）、基地局に返送される（端末が送信するアクセス要求において）、情報の往復遅延を計測することにより、基地局が正確な時間調整を判断することを可能にする。ランダムアクセス手順の１つの結果として、基地局は端末に所謂「先行タイミング(timing advance)」を送信することができ、これは端末にその伝送方式の移行（端末におけるタイムスロットのタイミングを含む）を指令し、送信が基地局における対応するタイムスロットにビット精度を持って到着するようにする。

基地局が十分正確に往復遅延を計測することを可能にするために、端末は「アクセスバースト(access burst)」を送信しなければならず、このアクセスバーストは、基地局において受信するアクセスバーストの隣接タイムスロットにおいて受信するバーストとの重複（恐らく調整を誤った）を回避するために設ける比較的長い保護期間により、通常の伝送バーストとは異なる。さらに、往復遅延を計測するためには、時間長とアクセスバーストが占める帯域幅との積は事前に定義された最小値を満足しなければならない。

典型的には端末が、例えば基地局が実際に無線ネットワークへのアクセスを許可すべきかを基地局が決定することを可能にする、さらなる情報をアクセスバーストにより提供することに留意すべきである。例えば、接続設定の理由をアクセスバーストにより送信することができる（例えば、「緊急コール(emergency call)」）。

アクセスバーストは、ランダム・アクセス・チャネル（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ：ＲＡＣＨ）内において送信される。例として、ＷＣＤＭＡシステムにおけるＲＡＣＨは、任意のタイムスロットにおいて全ての利用可能な帯域幅を経て送信することができる。それ故、ランダム・アクセス・バーストが他の伝送と重複する（即ち、ＲＡＣＨが他のチャネルに対し非直交である）場合、送信電力の正確な制御が必要である。典型的には、アクセス手順の遅延に繋がる、電力傾斜手順(power ramping procedure)を実行する。さらに不利な点として、無線基地局は、全てのタイムスロットにおいてサポートする全帯域幅に亘って、アクセスバーストを連続して探索する必要がある。

他のシステム、例えばＧＳＭシステムでは、直交ＲＡＣＨが提供されるが、この直交ＲＡＣＨは、ランダムアクセスおよび全ての利用可能な伝送帯域幅のため特定のタイムスロットを定期的に割り当てることにより達成することができる。直交性を保つために、アップリンクでのタイミングの不確実性のため保護期間(guard periods)をタイムスロットに含めなければならない。一方、この方式では、時間および周波数リソースが統計的にランダムアクセス手順に割り当てられ、割り当てたアクセス・タイム・スロット、例えばその周期性を変更することによってのみ、時間および周波数リソースを変更することができる。確保したアクセス・タイム・スロットの長さは、セルサイズに依存する保護期間が必要であるので、任意に削減することはできない。

ランダムアクセス手順に時間および／または周波数リソースを柔軟に提供することを許容し、無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実行する技術が必要である。

本発明の第１の態様によれば、無線インタフェースを経るランダムアクセス手順を実行する方法が提案される。本方法は、無線インタフェースを経たアクセスバーストの送信のためにアクセス・タイム・スロットを選択するステップと、該アクセスバーストの送信のためにアクセス帯域幅を設定するステップとを有する。アクセス帯域幅は、無線インタフェースと関連する利用可能な送信帯域幅より小さく設定される。

無線インタフェースは、移動体ネットワーク、例えば２Ｇ、３Ｇまたは４Ｇシステムのエアインタフェースでありえる。本方法は、移動体端末において実行され、無線インタフェースにサービスを提供する通信システムの無線基地局とビット精度を持った同期を達成することができる。アクセス・タイム・スロットおよびアクセス帯域幅により定義されるＲＡＣＨは、他のチャネル、例えば他のランダム・アクセス・チャネル、他の制御データチャネルまたはユーザデータチャネルに対し直交でありえる。

利用可能な送信帯域幅は、アップリンク送信のために無線基地局がサポートする周波数帯域幅でありえる。例えば、移動体ネットワークは、ＬＴＥシステムでありえ、このＬＴＥシステムは、移動体端末からのアップリンク送信のために２０ＭＨｚの最大利用可能送信帯域幅を提供する。ＬＴＥネットワークの代替の実装では、無線基地局は、ＬＴＥの最大伝送帯域幅の一部のみ、例えば５ＭＨｚをサポートすることができる。利用可能な伝送帯域幅、アクセス帯域幅、およびアクセス帯域幅を有するアクセス周波数帯域の位置の少なくとも１つに関する情報が、例えばＤＣＣＨまたは他の伝送チャネルを介して、ＳＩＭ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ：加入者特定モジュール）カードなどのデータ担体を介して、または任意の他の方法で、移動体端末により受信されてよい。

本発明の幾つかの実装例では、アクセス帯域幅は、最小アクセス帯域幅に従い設定される。アクセス帯域幅は、例えば最小アクセス帯域幅に等しいかまたはより大きく設定されうる。最小アクセス帯域幅は、無線インタフェースのリソース（例えば、時間または周波数）同期要求条件により判断されうる。移動体端末の無線基地局とのビット精度を持つ同期のために、基地局は往復遅延を正確に判断しなければならない。これは、アクセスバーストがアクセスバーストの時間長と帯域幅との積の最小値に従うことを必要とする。アクセスバーストの所与の時間長に対して、最小アクセス帯域幅を判断することができる。最小アクセス帯域幅は、端末に事前に既知でありうるか、または端末または基地局のいずれかが計算することができる、および／またはダウンリンク制御チャネルにおいて通知することができる。

最小アクセス帯域幅は、基地局および／または移動体端末が特定の通信規格に従うチャネルのため少なくともサポートしなければならない最小システム帯域幅に対応するように、代替としてかまたは追加として選択されうる。例えば、最小システム帯域幅は１．２５ＭＨｚであるとして規格化することができる。一方、アクセスバーストの送信ためのアクセス帯域幅は、最小システム帯域幅より小さい値に設定することができることにも留意すべきである。例えば、小さなセルでは、ビット精度を持つタイミング配列は、規格化された最小システム帯域幅より小さなアクセス帯域幅により達成することができる。

本発明の一変形例では、特定のアクセス・タイムス・スロットを無線インタフェースと関連するアクセス・タイム・スロットの周期的配列から選択しうる。周期的配列は、移動体端末に事前に既知でありうるか、または無線インタフェースを経て例えばＤＣＣＨにおいて無線基地局により通知しうる。例えば、ＲＡＣＨは、所定の数のタイムスロットを含むフレームまたはマルチフレームにおける特定のタイムスロットと関連しうる。

本発明の幾つかの実装例では、利用可能な伝送帯域幅内にアクセス帯域幅を有するアクセス周波数帯域を選択するさらなるステップを含むことができる。アクセス周波数帯域は、例えば無線インタフェースと関連する周波数多重化方式に従い選択しうる。例えば、無線インタフェースと関連する利用可能な伝送帯域幅は、５ＭＨｚでありうる。この帯域幅内において、それぞれ１．２５ＭＨｚの帯域幅を有する４つの直交チャネルを提供することができる。移動体端末は、次いでそのアクセスバーストを送信するためにこれらの帯域の１つを選択することができる。従って、アクセス・タイム・スロットとアクセス周波数帯域との特定の対は、ランダム・アクセス・チャネルまたは任意の他のデータチャネルを有することができ、それ故このような対は以下では単に「チャネル」とも呼ぶこととする。

アクセス周波数帯域は、無線インタフェースと関連する周波数ホッピングパターンに従い代替としてかまたは追加として選択しうる。アクセス・タイム・スロット内に定義する幾つかの帯域が存在する場合、周波数ホッピングパターンは、例えば連続するか、または任意のその他の順序における第１，第２，第３のなどの帯域のＲＡＣＨへの割り当てを含むことができる。このようなホッピングパターンは、移動体端末に事前に既知であるか、パターンを無線基地局によりサービスを提供するセルへダウンリンク制御チャネルで指示することができる。

本発明の幾つかの実装例では、本方法は、異なるアクセス周波数帯域において２つのアクセスバーストを送信するステップを含むことができる。アクセスバーストは、同じかまたは異なるタイムスロットにおいて送信しうる。前者の場合、本方法を実行する移動体端末は２つの送信機を含むことができる。

本発明の一変形例では、アクセス・タイム・スロットおよびアクセス周波数帯域の少なくとも１つは、無線インタフェースと関連する優先権方式に従い判断しうる。例えば、特定のアクセスチャネルは優先権の高い移動体端末に提供し、他のチャネルは優先権の低い端末に提供しうる。例えば優先権の高いＲＡＣＨに割り当てられるユーザの数は、優先権の低いＲＡＣＨに割り当てられる数より小さくすることができる。

本発明の第２の態様によれば、無線インタフェースのためにランダム・アクセス・チャネルを提供する方法が提案される。本方法は、ランダム・アクセス・チャネルのためにアクセス・タイム・スロットを定義するステップと、アクセス要求のためにアクセス帯域幅を設定するステップとを有する。アクセス帯域幅は、無線インタフェースと関連する利用可能な（サポートされる）伝送帯域幅より小さく設定される。

アクセス帯域幅を設定するステップは、アクセスフィルタのためにアクセス帯域幅を設定するステップを含み、アクセスフィルタはアクセスバーストを受信するアクセス・タイム・スロットの間に適用される。

本方法は、無線インタフェースにサービスを提供する無線基地局、例えばＧＳＭネットワークまたはＵＭＴＳシステムのＲＡＮにおけるノードＢの基地送受信局において実行することができる。基地局がサポートする利用可能な伝送帯域幅は、通信規格または最大伝送帯域幅の一部に従い事前に定義される最大伝送帯域幅に従う。例えば、基地局は４Ｇシステムにおける２０ＭＨｚの最大幅を提供するか、または最大伝送帯域幅の一部例えば５ＭＨｚを含むことができる。利用可能な伝送帯域幅は、通信規格による規定より小さくはありえない。例えば、４Ｇシステムでは基地局が少なくとも１．２５ＭＨｚの利用可能な伝送帯域幅を提供できるように、最小システム伝送帯域幅は恐らく１．２５ＭＨｚであろう。

以上に記述したように、アクセス帯域幅は、例えば同期要求条件により定義される事前に定義された最小アクセス帯域幅に従い設定しうる。ビット精度のある同期、および所定のアクセスバースト時間長には、最小アクセスバースト帯域幅が必要である。本発明の幾つかの実装例では、この最小アクセス帯域幅は、アクセスバーストを受信するアクセスフィルタのためのアクセス帯域幅として使用することができる。

本発明の第２の態様の幾つかの実装例は、アクセス帯域幅を有するアクセス周波数帯域に従いアクセス帯域幅を設定するさらなるステップを含むことができる。例えば、周波数ホッピング方式を実装することができ、この方式に従い特定の周波数帯域が連続するアクセス・タイム・スロットに割り当てられる。

本発明のさらなる実装例は、アクセス・タイム・スロットにおいて他のデータを受信するために１つ以上のさらなるフィルタを適用する追加ステップを含むことができる。これらのフィルタはさらなるアクセスフィルタを含むことができ、２つ以上のランダム・アクセス・チャネルを単一のアクセス・タイム・スロット内において提供することができる。フィルタは、制御データ（信号通知データ）および／またはユーザデータを受信するようにするフィルタを追加的にまたは代替として含むことができる。このようなデータは、同じかまたは異なる移動体端末から受信しうる。

本発明の一変形例では、本方法は、無線インタフェースを経るアクセス帯域幅、アクセス・タイム・スロット、およびアクセス周波数帯域の少なくとも１つに関係する情報を送信するさらなるステップを含む。情報は、ＤＣＣＨにおいて送信しうる。この情報が送信されるセル内に位置する移動体端末は、この情報を使用してアクセスバーストの送信に備えることができる。

本発明のさらなる態様によれば、コンピュータプログラム製品を提案し、コンピュータプログラム製品は１つ以上の計算デバイス、例えば無線ネットワークの移動体端末または無線基地局において実行される場合は、本明細書に記述する本発明の方法の態様のいずれか１つのステップを実行するプログラムコード部分を含む。コンピュータプログラム製品は、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤなどのコンピュータが読むことのできる記録媒体に蓄積することができる。追加的にまたは代替として、コンピュータプログラム製品はダウンロードサーバによるダウンロードに備えることができる。ダウンロードは例えばインターネットを介して行うことができる。

本発明のさらなる態様によれば、無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実行する移動体端末を提供する。本デバイスは、無線インタフェースを経たアクセスバーストの送信のためにアクセス・タイム・スロットを選択するタイムスロット構成要素、およびアクセスバーストの送信のためにアクセス帯域幅を設定する帯域幅構成要素を有する。帯域幅構成要素は、無線インタフェースと関連する利用可能な送信帯域幅よりアクセス帯域幅を小さく設定するようにする。

本発明のなおさらなる態様によれば、無線インタフェースのためにランダム・アクセス・チャネルを提供する無線基地局を提案する。無線基地局は、ランダム・アクセス・チャネルのためにアクセス・タイム・スロットを定義するタイムスロット構成要素、およびアクセス要求のためにアクセス帯域幅を設定する帯域幅構成要素とを有する。帯域幅構成要素は、無線インタフェースと関連する利用可能な伝送帯域幅よりアクセス帯域幅を小さく設定する。

帯域幅構成要素は、アクセスフィルタのためにアクセス帯域幅を設定することができ、アクセスフィルタはアクセスバーストを受信するアクセス・タイム・スロットの間に適用される。帯域幅構成要素は、アクセス・タイム・スロットのために異なる周波数帯域において複数のアクセスフィルタを提供することができる。このように、基地局は、同じタイムスロットにおける周波数において直交する幾つかのアクセスチャネルを提供することができ、幾つかのアクセスチャネルは、１つのかつ同じ移動体デバイスまたは幾つかの移動体デバイスにより使用することができる。

以下に図面に示す例示的実施形態を参照して、本発明をさらに記述することにする。

以下の記述は説明のためであって限定するためではなく、特定のネットワークノード、通信プロトコルなどを含む特定のネットワークタイプなどの特定の詳細を提示し、本発明の完全な理解に備えるものである。これら特定の詳細から離れる他の実施形態において、本発明を実行しうることは当業者には明らかであろう。例えば、本発明を示すために以下で考察する移動体ネットワークとは異なる無線ネットワークにより、本発明を実行しうることを当業者は理解するであろう。それより、無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実行する任意の無線ネットワークにより、本発明を実行することができる。これには、例えばＨＩＰＥＲＬＡＮネットワークを含むことができる（ＨＩＰＥＲＬＡＮは無線ローカル・エリヤ・ネットワークの規格である）。

個々のハードウェア回路、プログラムされたマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと共に機能するソフトウェア、アプリケーション専用集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）および／または１つ以上のディジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ、ＤＳＰｓ）を使用して、以下に本明細書で説明する機能を実装しうることを当業者はさらに理解するであろう。また、本発明を方法として記述する場合、本発明をコンピュータプロセッサおよびプロセッサに結合するメモリにおいて実施することもでき、プロセッサにより実行する場合、本明細書で開示する方法を実行する１つ以上のプログラムによりメモリを符号化することが理解されるであろう。

図１は、無線インタフェース１０６を介してデータを交換するように構成される移動体端末１０２および無線基地局１０４を含む通信システム１００の実施形態を概略的に示す図である。基地局１０４は、移動体ネットワーク１０８に属する。

別の終端点（例えば、固定または移動ユーザ、データを提供するサーバなど）への接続を設定するできるためには、移動体端末１０２は基地局１０４を介してネットワーク１０８にアクセスしなければならない。これを行うために、移動体端末１０２および基地局１０４のそれぞれにおいて、ランダムアクセス手順を実行しなければならない。手順を準備するために、基地局１０４がサービスを提供する無線セル（図示せず）に対し基地局１０４が送信する（例えば、一斉通知(broadcast)する）ダウンリンク制御チャネル（ＤＣＣＨ）１１０を、端末１０２が聴取する。ＤＣＣＨは、例えばセルＩＤおよびネットワークＩＤ、ランダム・アクセス・パラメータ、伝送方式などのチャネル構成および接続設定のためのパラメータを通知することができる。

一斉通報された情報に基づき、移動体端末１０２はランダムアクセス手順を実行することができ、その手順において各々がアクセスバースト１１２を含む１つ又はそれ以上のアクセス要求を、エアインタフェース１０６を経て基地局１０４に送信する。基地局１０４は、アクセスバースト１１２を分析し、先行タイミング値(timing advance value)およびおそらく移動体端末１０２と基地局１０４との間の周波数の相違をも判断し、次いで同期のためにそれらを端末１０２へ送信する。アクセス要求において提供される（即ち、アクセスバースト内において符号化される）さらなる情報に基づいて、基地局１０４は移動体ネットワーク１０８への移動体端末１０２のアクセスを許可するか、または拒否するかを決定する。それぞれアクセスバーストを送信し受信するために移動体端末１０２および基地局１０４により使用することができる、アクセスバースト１１２の構成並びに伝送方式を、以下でより詳細に記述することにする。

図２は、移動体端末１２０の機能構成要素を概略的に示す。移動体端末は、無線インタフェース１２２を経てランダムアクセス手順を実行する。移動体端末１２０は、図１の移動体端末１０２の実装例でありうる。

移動体端末１２０はタイムスロット構成要素１２４を有し、タイムスロット構成要素は無線インタフェース１２２を経たアクセスバーストの送信のためのアクセス・タイム・スロットを選択する。移動体端末１２０は、さらにアクセスバーストの送信のためのアクセス帯域幅を設定する帯域幅構成要素１２６を有する。両構成要素１２４および１２６は、ランダムアクセス手順を制御する制御構成要素（図示せず）により駆動することができる。帯域幅構成要素１２６は、さらにアクセス帯域幅を無線インタフェースと関連する利用可能な伝送帯域幅より小さく設定するようにする。帯域幅構成要素１２６は、加えてアクセス帯域幅を利用可能な伝送帯域幅に等しく設定するようにすることもできる。アクセス帯域幅、利用可能な帯域幅、および利用可能な帯域幅内におけるアクセス周波数帯域の位置の、少なくとも１つは端末１２０にとり事前に既知でありうる。例えば、対応するパラメータはＳＩＭカードまたはＵＳＩＭ（ＵＳＩＭ：ＵＭＴＳ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ：ＵＭＴＳ加入者特定モジュール）カードなどのユーザカードに蓄積することができ、これがネットワーク運用事業者から端末１２０のユーザに提供される。代替として、無線インタフェースにサービスを提供する無線基地局が提供する利用可能な伝送帯域幅および／またはアプリケーション周波数帯域および／またはアクセス帯域幅は、図１に示すように、ＤＣＣＨにおいて通知済みでありうる。帯域幅構成要素１２６が設定するアクセス帯域幅および／またはアプリケーションアクセス周波数帯域は、また、例えば無線インタフェース１２２を介して端末１２０に通知済みでありうる。代替として、帯域幅構成要素１２６は、他の情報を基本にアクセス帯域幅について決定することができる。例えば、帯域幅構成要素１２６は、ランダムアクセス手順の実行が従う通信規格により決定されるような最小帯域幅に、アクセス帯域幅を設定することができる。

タイムスロット構成要素１２４および帯域幅構成要素１２６は、伝送構成要素１２８にそれらのパラメータ設定を提供する。伝送構成要素１２８はアンテンナ１３０と結合し、提供された設定に従い動作し、アクセスバーストを所望のアクセス・タイム・スロットにおいて、所望のアクセス帯域幅により送信する。

図３は、無線基地局１４０の実施形態を概略的に示す。無線基地局１４０は、無線インタフェース１４２のためにランダム・アクセス・チャネルを提供する。無線基地局１４０は、図１の基地局１０４の実装例でありうる。無線インタフェース１４２は、例えば図２のインタフェース１２２でありうる。

基地局１４０は、無線インタフェース１４２を経て送信された無線信号を受信するためのアンテナ１４４を有し、受信信号を受信構成要素１４６に供給する。受信構成要素１４６は、例えば無線周波数範囲から基地局１４０のさらなる信号処理構成要素（図示せず）が使用する内部周波数範囲へ受信信号を変換することができ、受信信号のフィルタリングのためにフィルタを適用することができる。

基地局１４０は、さらにタイムスロット構成要素１４８を有する。タイムスロット構成要素１４８は、ランダム・アクセス・チャネルのためにアクセス・タイム・スロットを定義する。さらに、帯域幅構成要素１５０を提供する。帯域幅構成要素１５０は、アクセス要求のためにアクセス帯域幅を設定する。タイムスロット構成要素１４８および帯域幅構成要素１５０は、受信構成要素１４６に制御信号を供給する。受信構成要素１４６は、アクセス・タイム・スロットの間、制御信号に従って構成されるアクセスフィルタを受信無線信号に適用し、このようにして、アクセス・タイム・スロット内のアクセス周波数帯域内において、無線インタフェース１４２を経て送信されたアクセスバーストを回復することができる。

回復したアクセスバーストを、受信構成要素１４６により基地局１４０のさらなる構成要素（図示せず）に供給し、これらの構成要素は特定されたアクセスバーストを分析し、さらなる情報を検出する。例えば、アクセスバーストは、送信している移動体端末との通信のためのランダム参照(random reference)、並びに端末の接続設定要求に関係する情報を含むことができる。

帯域幅構成要素１５０は、アクセス帯域幅を無線インタフェース１４２と関連する利用可能な伝送帯域幅より小さく設定するようにする。帯域幅構成要素１５０は、加えてアクセス帯域幅を利用可能な伝送帯域幅に等しく設定することができる。例えば、基地局１４０は、基地局が従う特定の通信規格の無線インタフェースのために全伝送周波数帯域幅を提供することができる。従って、３ＧＧＰ ＬＴＥ規格に従う場合、基地局１４０は２０ＭＨｚの帯域幅を利用することができる。全ての利用可能な伝送帯域幅を経てアクセスバーストを受信するようにする代わりに、帯域幅構成要素１５０はアクセス帯域幅をより小さな値に設定することができ、利用可能な伝送帯域幅の一部のみをアクセスバーストの受信に使用することができる。例えば、アクセス帯域幅を、３ＧＧＰ ＬＴＥ規格、即ち１．２５ＭＨｚに従う装置がサポートしなければならない最小システム帯域幅に設定することができる。

図４は、無線インタフェースを経てランダムアクセス手順を実行するための方法２００の実施形態のステップを概略的に示す図である。本方法の実施形態は、例えば移動体端末１０２または移動体端末１２０の１つにより実行しうる。

ステップ２０２で、本手順は、例えばランダムアクセス手順を制御する制御構成要素からの信号により起動される。ステップ２０４で、無線インタフェースを経たアクセスバーストの送信のためのアクセス・タイム・スロットを選択する。ステップ２０６で、アクセスバーストの送信のためのアクセス帯域幅を設定する。アクセス帯域幅は、無線インタフェースと関連する利用可能な送信帯域幅より小さく設定する。手順はステップ２０８で終了する。ステップ２０４およびステップ２０６は、並列にもまたは異なる順序でも実行しうることに留意すべきである。

図５は、無線インタフェースのためにランダム・アクセス・チャネルを提供するための方法２２０の実施形態を概略的に示す図である。本方法は、無線基地局１０４または無線基地局１４０の１つにおいて実行しうる。

ステップ２２２で、本手順は、例えばアクセスバーストの受信を制御する制御構成要素からの起動信号により起動される。ステップ２２４で、ランダム・アクセス・チャネルのためのアクセス・タイム・スロットを定義する。ステップ２２６で、アクセス要求のためのアクセス帯域幅を設定する。アクセス帯域幅は、無線インタフェースと関連する利用可能な伝送帯域幅より小さく設定する。例えば、アクセス帯域幅をアクセスフィルタのために設定することができる。アクセスフィルタは、アクセスバーストを受信するアクセス・タイム・スロットの間適用される。本方法はステップ２２８で終了する。ステップ２２４およびステップ２２６は、並列にもまたは異なる順序でも代替的に実行しうることに留意すべきである。

図６は、特にアクセスバーストの送信に関するデータ伝送方式２４０の従来技術の実装例を概略的に示す図である。本方式を、時間対周波数の図の形式で与える。サブフレームはタイムスロットを示す。特定のタイムスロット２４２をアクセス・タイム・スロットとして指定する。特定の実施形態では、ランダム・アクセス・チャネル（ＲＡＣＨ）はアクセス・タイム・スロット２４２において無線インタフェースを経て利用可能な全帯域幅を占める。

アクセス・タイム・スロット２４２内において、アクセスバースト時間長Ｔ_ABを有するアクセスバースト２４４を送信しうる。アップリンクにおけるタイミングの不確定性のためにアクセス・タイム・スロット２４２内に、追加保護期間２４６が必要である。より正確には、アクセスバーストとさらなるタイムスロットにおいて送信するその他のデータとの間の直交性を維持するために、アクセスバーストは一定の時間インスタンス(certain time instance)に無線基地局に着信しなければならない。ランダムアクセス手順以前に達成された同期は往復伝播時間を考慮してないので、例えば基地局と移動体端末との間の距離が未知であることから生じる不確定性がある。この不確定性に備えるために、保護期間２４６を導入しなければならない。それ故、アクセス・タイム・スロット長Ｔ_RACHはＴ_AB並びに保護期間を含む。アクセス・タイム・スロットは、反復周期Ｔ_REPにより周期的に互いの後に続くことができる。

図７は、データ伝送方式２６０の第１の実施形態を概略的に示す。図６におけるように、各アクセス・タイム・スロット２６２は時間長Ｔ_ABを持つアクセスバースト２６４および保護期間２６６を含むことができる。図７に示す実装例では、アクセス・タイム・スロット２６２のそれぞれの中に全体として利用可能な送信帯域幅の一部ＢＷ_RACHのみがアクセスチャネルに割り当てられる。図７の例では、帯域幅ＢＷ_RACHは利用可能な帯域幅の４分の１を占め、３つのさらなるチャネル２６８が定義される。

一般に、特定の通信システムが幾つかの許容されるアクセス帯域幅を有し、移動体端末（またはサービス提供基地局）が特定の許容されるアクセス帯域幅を決定することが可能である。図７に示すように単一のアクセス帯域幅ＢＷ_RACHのみを指定する場合、アクセス帯域幅は通信規格により指定する最小システム帯域幅に適合するように選択することができる、即ち、アクセス帯域幅は最小システム帯域幅より小さくまたは等しく選択しうる。１つの例では、最小システム帯域幅は１．２５ＭＨｚであると定義することができ、ＢＷ_RACHはその場合１．２５ＭＨｚとして選択することができる。そのような単一アクセス帯域幅を使用することにより基地局および／または端末の構成を簡単にすることが可能になる。

ＢＷ_RACHを最小システム帯域幅より大きく選択するその他の実施形態では、各アクセス帯域幅に対し１つの手順を有するように、複数のランダムアクセス手順を指定しうる。この場合、例えば移動体端末が１つのアクセス帯域幅のみしかサポートしてなければ、無線基地局にアクセスすることはできないであろう。基地局が、許容されるアクセス帯域幅に対しそれぞれに１つの受信機を有するように、複数のランダムアクセス受信機を備える場合にのみ、アクセス性は保証されるであろう。

さらに、他の実施形態では、移動体端末は種々のアクセス帯域幅を選択するようにすることができる。例えば、端末は利用可能な帯域幅に等しいＢＷ_RACHを使用するか、またはより小さな値、例えば最小システム帯域幅に等しいＢＷ_RACHのいずれかを使用するようにすることができよう。

いずれにしろ、アクセス帯域幅は、基地局がビット精度を持つ先行タイミング値を計測することを可能にするのに十分であることを保証しなければならない。３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの場合、典型的に、１．２５ＭＨｚの最小システム帯域幅にか、または最小システム帯域幅を僅かに下回るように選択するアクセス帯域幅はこの条件を満たすであろう。

再度図７を参照して、アクセス・タイム・スロット２６２は時間の周期Ｔ_REPにより反復する。Ｔ_REPの値は、例えば通信規格により固定することができる。他の実施形態では、無線ネットワークの無線基地局またはその他の制御ノードは、例えばランダムアクセス手順に十分なリソースを提供する要求条件に従い周期性を設定することができる。その場合、瞬間的に有効なＴ_REPの値を高位層信号通知により通知することができる。アクセス・タイム・スロット長は、移動体端末において事前に既知であるか、または信号通知することができるかのいずれかでもありうる。

ランダム・アクセス・タイム・スロットの周期性に関係するＴ_REPの値は、例として１０ミリ秒（ｍｓｅｃ）の範囲において選択することができる。アクセススロットは、他のタイムスロットと同じ長さＴ_RACH、例えば０．５ｍｓｅｃまたは１ｍｓｅｃを有しうる。ランダム・アクセス・バーストの長さＴ_ABは、アクセス・タイム・スロットに適合することができ、十分な保護時間期間を残しタイミングの不確定性に備えるようにする。例えば、Ｔ_ABは４００マイクロ秒（μｓ）でありえ、保護期間は１００μｓでありうる。別の例では、１００μｓの保護期間を持つ９００μｓのＴ_ABであるであろう。これらの値は、例えば凡そ１５キロメートルまでのセルの規模には適当である。より大きなセルに対して、例えば他のタイムスロットの凡そ２倍の長さであるようにランダム・アクセス・スロット長Ｔ_RACHを拡張するか、またはランダム・アクセス・タイム・スロットに続くサブフレームにアップリンクデータの送信を計画しないことを、ネットワーク（基地局）が保証することができるかのいずれかである。この場合、大きなセルの規模をさらなる再構成の必要なく取り扱うことができる。

ランダム・アクセス・バーストに割り当てる帯域幅ＢＷ_RACHは１ＭＨｚのオーダでありえ、これは典型的に十分なタイミングの分割を可能するのに十分大きい。この値は、将来的に１．２５ＭＨｚである、例えば３ＧＰＰ ＬＴＥに対して示唆される最小許容システム帯域幅より小さいことに留意されたい。このように、５ＭＨｚの利用可能な伝送帯域幅を提供するシステムに対して、それぞれがランダム・アクセス・タイム・スロット内において異なる周波数帯域を占める、４つまたは５つまでの並列ランダム・アクセス・チャネルを割り当てることもできる。

データ伝送方式２６０は、さらに周波数ホッピングを連続するアクセス・タイム・スロット２６２に適用することができる、即ち、異なる周波数帯域を連続するタイムスロットにおいて使用することができることを示す。図７の例で、ＲＡＣＨは、連続するアクセス・タイム・スロット２６２あるいは周波数帯域２６８の第１および第３の周波数帯域を占める。その他の実施形態では、別の周期性を規定することができ、例えば全ての利用可能な周波数帯域を使用することができる。アクセス・タイム・スロット２６２のそれぞれでは、ＲＡＣＨにより占有されない周波数帯域２６８は、他のデータ、例えば制御またはユーザデータの送信に使用することができる。

このことを、図７に類似のデータ伝送方式２６０、２７０および２８０のさらなる実施形態を示す図８Ａ乃至図８Ｃに示す。単一のアクセス・タイム・スロット２６２、２７２、および２８２のみをそれぞれさらに詳細に示す。

データ伝送方式２６０，２７０および２８０のそれぞれでは、ランダム・アクセス・チャネルＲＡＣＨのアクセス帯域幅は、無線インタフェースと関連する利用可能な伝送帯域幅より小さく設定される。データ伝送方式２６０では、残存帯域幅をさらなるランダム・アクセス・チャネルＲＡＣＨのために使用する。個々のチャネルは、周波数保護帯域により互に分離され、基地局で隣接チャネルにおいて受信する不正確に位置するアクセスバーストの重複を回避する。このようにして、幾つかの周波数多重、直交アクセスチャネルを利用可能な伝送帯域幅内に提供することができる。チャネルは、１つ以上の移動体端末のために使用することができ、例えば単一の端末は異なる周波数帯域において２つのアクセスバーストを送信することができる。

データ伝送方式２７０では、ＲＡＣＨに使用しない利用可能な帯域幅は、代わって他のデータ、例えばユーザデータおよび／または制御データの伝送に使用する。データ伝送方式２８０は、データ伝送方式２７０と２６０の組み合わせである。２つのアクセスチャネルをアクセス・タイム・スロット２８２内において提供し、残りの利用可能な帯域幅を他のデータの伝送に使用する。その他の実施形態では、ＲＡＣＨバーストに使用する周波数帯域および他のデータ伝送に割り当てる周波数帯域は差し込みまたは交互パターンにおいて配置することができる。

図９は、データ伝送方式３００のさらなる実施形態を概略的に示す。図９で、種々のアクセス周波数帯域３０８乃至３２４を持つアクセス・タイム・スロット３０２、３０４および３０６の構成を、図７および図８におけるのと類似するように示す。

データ伝送方式３００は、種々のランダム・アクセス・ユーザ・グループにユーザを割り当てる可能性を示す。例えば第１のユーザグループは、ランダム・アクセス・チャネル３０８、３１０および３１２に割り当てることができる。第２のユーザグループは、アクセスチャネル３１４、３１６および３１８に割り当てることができ、一方、第３のユーザグループは、アクセスチャネル３２０、３２２および３２４に割り当てることができる。特定の周波数ホッピングパターンは、各ユーザグループのＲＡＣＨに適用する。その他の実施形態では、固定周波数帯域を特定のユーザグループまたは全てのユーザグループに割り当てることができる。一方、周波数ホッピングパターンの使用は、ダイバシティの観点から有益である。移動体端末の低い速度では、特定の周波数は複数のアクセススロットに亘って広がるフェーディング降下を受けることがある。第１のアクセス試行が不成功であった場合、従って後続の試行に別の周波数を使用するのは有益でありうる。図９のデータ伝送方式３００におけるユーザグループに対して好例として示す周波数ホッピングパターンは、ランダムアクセス要求の再送のためのダイバシティを増加させ、後続アクセススロットでは他の周波数帯域をランダムアクセス手順に利用可能であるようにする。

周波数ホッピングパターンは、移動体端末には事前に既知であるか、または移動体端末に信号通知することができ、各端末がアクセススロットで使用する周波数を知るようにする。ホッピングパターンが移動体端末および無線基地局双方に既知である場合、後者はそのランダムアクセス受信機を適切に構成することができる。あるいは、移動体端末はそのランダムアクセス手順に提供されるＲＡＣＨ周波数帯域の１つをランダムに選択することができる。これは、無線基地局がＲＡＣＨバーストに割り当てられる全ての周波数帯域をアクセス・タイム・スロットの間を探索することを必要とする。

別の実施形態では、図９に好例として示す種々のユーザグループを種々の優先権クラスに割り当てることができる。このように、優先権の高い端末即ち優先権の高いユーザを、周波数領域において、優先権の低い端末即ち優先権の低いユーザから分離することができる。例えば、特定のユーザグループに割り当てられるユーザの数は優先権の高いクラスの場合は少なく、優先権の低いクラスの場合は多い。このようにして、優先権の高いクラスに割り当てるアクセスチャネルにおける衝突の危険を削減することができ、従って、ランダムアクセス手順は平均して早く実行されるであろう（衝突の場合の追加試行の結果として生じる遅延の削減のため）。追加としてまたは代替として、優先権の高いユーザクラスに、フレームまたは複数フレームにおいて、アクセス・タイム・スロット当りに２つ以上のアクセスチャネルおよび／またはより大きな数のアクセス・タイム・スロットを割り当てることもできる。例えば、優先権の低いユーザに対するＲＡＣＨは、毎秒の連続するアクセス・タイム・スロットでしか提供されないようにすることができる。

図１０は、データ伝送方式３３０のさらなる実施形態を示す。特定のアクセス・タイム・スロットにおいて単一のアクセス周波数帯域を使用する特定のＲＡＣＨのみを示す。ＲＡＣＨは、複数の移動体端末１…ｎがそのアクセスバーストを符号多重手法（ＣＤＭＡ、Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）において送信することにより使用することができる。アクセスバーストは、アクセスバーストを異なる直交符号により符号化することにより互に分離することができる。限定数の直交符号を含む符号セットは、移動体端末に事前に既知でありえるか、またはそのような符号セットの指示を例えばダウンリンク制御チャネルにおいて信号通知しうる。種々の端末からのアクセスバーストは、その場合に互に電力の擾乱をもたらしうるが、異なる符号化により基地局においてなお分離することができる。移動体端末は、符号セットから１つの符号をランダムに選択できる。図１０に示す技術は、図７乃至図９における技術と共に使用することができる。

本明細書において提案する技術は、移動体端末のランダムアクセス要求のリソースを柔軟な方法で提供することを許容する。無線インタフェースにおいて利用可能な伝送帯域幅の一部のみを、アクセス・タイム・スロットにおける特定のアクセスバーストに使用することにより、残りの利用可能な帯域幅を、さらなるアクセスバーストまたはその他のデータ伝送のいずれかに使用することができる。アクセス帯域幅の使用、およびアクセス・タイム・スロットにおける利用可能な伝送帯域幅内におけるその位置は、基地局によりサービスを提供するセル内部の端末に信号通知することができ、リソースは短時間規模で自動的に提供することができる。ランダムアクセス手順のための帯域幅リソースの浪費は、それ故回避される。特定のアクセス帯域幅を通信システムに対して規定する場合、ランダムアクセス送信機および受信機の設計は容易にされる。ランダム・アクセス・チャネルの数は符号領域においてさらに調整しうる。連続するアクセス・タイム・スロットおよび／またはアクセス周波数帯域に周波数ホッピングパターンを適用することにより、周波数ダイバシティを容易に達成することができる。

本発明をその好ましい実施形態に関係して説明したが、本開示は説明のためのみであることを理解するべきである。従って、本発明は添付する特許請求の範囲のみによって制限されると考えられる。

通信システムの実施形態の概要図である。 移動体端末の実施形態を概略的に示す機能ブロック図である。 無線基地局の実施形態を概略的に示す機能ブロック図である。 移動体端末においてランダムアクセス手順を実行するための方法の実施形態のステップを概略的に示すフローチャートである。 基地局においてランダムアクセス手順を実行する方法の実施形態を概略的に示すフローチャートである。 データ伝送方式の従来技術の実装例を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第２の実施形態を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第３乃至第５の実施形態を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第３乃至第５の実施形態を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第３乃至第５の実施形態を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第６の実施形態を概略的に示す図である。 データ伝送方式の第７の実施形態を概略的に示す図である。

Claims (5)

1. 無線インタフェース（１０６）を経てランダムアクセス手順を実行する方法であって、
   前記無線インタフェースを経たアクセスバースト（１１２）の送信のためにアクセス・タイム・スロットを選択するステップ（２０４）と、
   前記アクセスバーストの送信のためにアクセス帯域幅（ＢＷ_RACH）を設定するステップ（２０６）とを有し、
   前記アクセス帯域幅が、前記無線インタフェースと関連するアップリンク送信のために利用可能なシステムの伝送帯域幅より小さく設定され、
   前記アクセス帯域幅のアクセス周波数が周波数ホッピングパターンにより選択されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記利用可能なシステムの伝送帯域幅と、前記アクセス帯域幅と、前記アクセス帯域幅を有するアクセス周波数帯域の位置との少なくとも１つに関する情報を受信するステップをさらに有することを特徴とする方法。
3. 無線インタフェース（１０６）のためにランダム・アクセス・チャネルを提供する方法であって、
   前記ランダム・アクセス・チャネルのためにアクセス・タイム・スロットを定義するステップ（２２４）と、
   アクセス要求のためにアクセス帯域幅（ＢＷ_RACH）を設定するステップ（２２６）とを有し、
   前記アクセス帯域幅が、前記無線インタフェースと関連するアップリンク送信のために利用可能なシステムの伝送帯域幅より小さく設定され、
   前記アクセス帯域幅のアクセス周波数が周波数ホッピングパターンにより選択されることを特徴とする方法。
4. 無線インタフェース（１０６）を経てランダムアクセス手順を実行する移動体端末（１０２、１２０）であって、
   前記無線インタフェースを経たアクセスバースト（１１２）の送信のためにアクセス・タイム・スロットを選択するタイムスロット選択手段（１２２）と、
   前記アクセスバーストの送信のためにアクセス帯域幅（ＢＷ_RACH）を設定する帯域幅設定手段（１２４）とを有し、
   前記帯域幅設定手段が、前記無線インタフェースと関連するアップリンク送信のために利用可能なシステムの伝送帯域幅より前記アクセス帯域幅を小さく設定し、
   前記アクセス帯域幅のアクセス周波数が周波数ホッピングパターンにより選択されることを特徴とする移動体端末。
5. 無線インタフェース（１０６）のためにランダム・アクセス・チャネルを提供する無線基地局（１０４、１４０）であって、
   前記ランダム・アクセス・チャネルのためにアクセス・タイム・スロットを定義するタイムスロット定義手段（１４８）と、
   アクセス要求のためにアクセス帯域幅（ＢＷ_RACH）を設定する帯域幅設定手段（１５０）とを有し、
   前記帯域幅設定手段が、前記無線インタフェースと関連するアップリンク送信のために利用可能なシステムの伝送帯域幅より前記アクセス帯域幅を小さく設定し、
   前記アクセス帯域幅のアクセス周波数が周波数ホッピングパターンにより選択されることを特徴とする無線基地局。