JP5321602B2 - 基地局、移動局、及びリンク確立方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局、移動局、及びリンク確立方法に関する。

移動局（以下、ＵＥとも呼ぶ）と基地局（以下、ｅＮＢとも呼ぶ）が通信を開始する初期アクセス、再接続、またはハンドオーバー時に、移動局（ＵＥ）は、発呼要求信号を基地局（ｅＮＢ）に送信し、ネゴシエーションを行う。このプロセスを、現在標準化が進められている次世代携帯規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）を例として説明する。

図１は、ＬＴＥの初期アクセスのシーケンス例を示す図である。

ＵＥ１は、初期アクセスを行う場合、プリアンブル番号を選択して、発呼要求であるMessage１をｅＮＢに送信する（Ｓ１）。

ｅＮＢは、Message１のパワー検出を行い、ｅＮＢの基準タイミングからのずれを検出し、ＵＥの信号が基準タイミングに着信するようにＵＥの送信タイミングを制御する信号（Ｔｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅ）を含んだ発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２をＵＥに送信する（Ｓ２）。

図２は、Message２のフォーマット例を示す図である。Message２は、ＵＥ１が選択したプリアンブル番号（Preamble No.）と、タイミング制御信号（Ｔｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅ）と、ＵＥ１が使用する上りの無線リソース割り当て許可情報であるＵＬ＿ｇｒａｎｔと、セル毎に割り当てられるユーザーＩＤであるＣ−ＲＮＴＩ（Cell Radio Network Temporary Identifier）とを含んでいる。ＵＬ＿ｇｒａｎｔにより、ＬＴＥの場合、ＵＥが使用する帯域（ＲＢ数）、データ数（ＴＢＳ）、変調方式などが通知される。このMessage２により、ｅＮＢからＵＥ１に１つの無線リソース（Ｔｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅ、ＵＬ＿ｇｒａｎｔ、及びＣ−ＲＮＴＩ）が割り当てられる。

図１に戻り、ＵＥ１は、Message２を受信すると、Preamble No.に基づき、そのMessage２が自分宛のものかどうか判断する。自分宛のものであれば、ＵＥ１は、送信タイミングをずらし、通知された無線リソースを用いて、ＵＥ固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３をｅＮＢに送信する（Ｓ３）。

ｅＮＢは、受信した信号（Message３）を復調し、ＣＲＣ=OKであれば、コネクション応答であるMessage４をＵＥ１に送信する（Ｓ４）。

ＵＥ１がその信号（Message４）を受信することでネゴシエーションが完了する。

図１の場合、例えば、ラウンドトリップタイムが４msecであると仮定すると、ネゴシエーションにかかる時間は約１２msecとなる。

ｅＮＢとＵＥとのリンク確立ネゴシエーションについて、ネゴシエーション時間の短縮方法が提案されている。
特開２００７−１３４９４６号公報 特開２００８−１４８３６２号公報

複数のＵＥが同じプリアンブル番号で発呼要求であるMessage１を送信した場合、ネゴシエーションに時間がかかる問題が発生する。特にＬＴＥの場合には、プリアンブル番号が６４通りしかなく、複数のＵＥが同じプリアンブル番号でMessage１を送信する可能性が高くなる。

図３は、２つのＵＥ１、２が同じプリアンブル番号で発呼要求であるMessage１を送信する場合を示す図である。

ＵＥ１、２が同じプリアンブル番号でMessage１を送信する（Ｓ１１）と、ｅＮＢにはマルチパス信号として見える。ｅＮＢは、パワー検出を行い、それらの信号からＴｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅを算出し、発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２を送信する（Ｓ１２）。

ＵＥ１、２はそれぞれ、受信したMessage２の情報に基づき、ＵＥの固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３を送信する（Ｓ１３）。

ｅＮＢは、受信した信号を復調するが、２つのＵＥの固有情報が異なるため、復調が出来ず、コネクション応答であるMessage４を送信しない（Ｓ１４）。なお、図３では、送信されない信号を点線で示した）。

ＵＥ１、２は、Message４を受信できないと、設定された再送回数（例えば、４回）だけMessage３を再送信する（Ｓ１５、Ｓ１７）。

しかし、同じ無線リソースを用いてＵＥ１、２がMessage３を送信するため、ｅＮＢ側では復調が出来ず、Message４を送信しない（Ｓ１６、Ｓ１８）。

ＵＥ１、２は、設定された再送回数だけMessage３を送信してもMessage４を受信できないため、衝突を検出し、再度ネゴシエーションをやり直すためにMessage１を送信する（Ｓ１９）。

このため、最低でも５６msec（＝４４msec＋１２msec）の時間が必要となり、ネゴシエーションに時間がかかることとなる。

一実施形態による、ランダムアクセス方式で移動局とリンク確立可能な基地局は、発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知する報知信号を送信する信号処理部を有する。

他の実施形態による、ランダムアクセス方式で基地局とリンク確立可能な移動局は、発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき前記基地局が送信する、複数の無線リソースを報知する報知信号を受信し、前記報知信号で報知された複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いて第２のコネクション要求信号を送信する信号処理部を有する。

さらに他の実施形態による、ランダムアクセス方式の無線通信システムにおけるリンク確立方法は、基地局が、発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知する報知信号を送信する段階と、前記移動局が、前記報知信号で報知された前記複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いて第２のコネクション要求信号を送信する段階とを含む。

ネゴシエーションにかかる時間を短縮することができる。

ＬＴＥの初期アクセスのシーケンス例を示す図である。 Message２のフォーマット例を示す図である。 ２つのＵＥが同じプリアンブル番号で発呼要求であるMessage１を送信する場合を示す図である。 ｅＮＢとＵＥ間の第１実施形態によるリンク確立を示す図である。 複数の無線リソース割当情報を含むMessage２′のフォーマット例を示す図である。 第１実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。 パワー検出における遅延プロファイルの一例を示す図である。 第１実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。 基地局と移動局間の第２実施形態によるリンク確立を示す図である。 第２実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。 第２実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。 基地局と移動局間の第３実施形態によるリンク確立を示す図である。 第３実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。 第３実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。 一実施形態による無線通信システムを示すブロック図である。 ｅＮＢをさらに詳細に示すブロック図である。 ＵＥをさらに詳細に示すブロック図である。

符号の説明

１５００ 無線通信システム
１５１０ 基地局
１５１１ ＲＡＣＨ信号処理部
１５１２ 変調部
１５１３ ＲＦ部
１５１４ 復調部
１５１５ アンテナ
１５２０ 移動局
１５２１ ＲＡＣＨ信号処理部
１５２２ 変調部
１５２３ ＲＦ部
１５２４ 復調部
１５２５ アンテナ
１６０１ ＴＡ算出及びプリアンブル番号検出部
１６０２ パス数検出部
１６０３ 複数無線リソース割り当て部
１６０４ ＲＡＣＨ信号制御部
１６０５ ＲＡＣＨレスポンス信号生成部
１７０１ ＴＡ検出部
１７０２ 無線リソース選択部
１７０３ 受信レベル検出部
１７０４ ＲＡＣＨ信号制御部
１７０５ ＲＡＣＨ信号生成部

図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

現在標準化が進められている次世代携帯規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）を例として説明するが、以下の実施形態は、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、ＨＳＰＡ、ＨＳＰＡ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、及び第４世代携帯規格（例えば、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）、若しくはそれ以降の規格に適用することもできる。

［第１実施形態］
図４は、基地局と移動局間の第１実施形態によるリンク確立を示す図である。

ＵＥ１、２が同じプリアンブル番号で発呼要求であるMessage１を送信する（ステップ４１）。これらの信号は、ｅＮＢにはマルチパス信号として見える。

ｅＮＢは、パワー検出を行い、それらの信号からＴｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅ（以下、ＴＡとも呼ぶ）を算出し、発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２を送信する（ステップ４２）。

ＵＥ１、２はそれぞれ、受信したMessage２の情報に基づき、ＵＥの固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３を送信する（ステップ４３）。

ｅＮＢは、Message３の復号結果がNGの場合（例えば、誤り検出に用いた巡回冗長検査ＣＲＣがＮＧの場合）、パワー検出の結果と合わせて同じプリアンブル番号を用いているＵＥが複数いると判断する（衝突を検出する）。例えば、パワー検出の結果、レベルが所定閾値以上の複数のパスが存在し、かつＣＲＣ結果がNGの場合である。

ｅＮＢは、コネクション要求レスポンスを送信するタイミングで、複数の無線リソース割り当て情報を含んだ発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２′をＵＥ１、２に通知する（ステップ４４）。

ＵＥ１、２は、Message４を受信すべきタイミングでMessage２′（報知信号）を受信すると、同じプリアンブル番号を用いているＵＥが自分以外にもいると判断して、Message３を再送する（ステップ４５、４７）。この時、ＵＥ１、２はそれぞれ、Message２′で通知された複数の送信タイミング、無線リソース割り当て情報、または両方から選択して、固有情報を含んだMessage３を再送する（ステップ４６、４８）。

無線リソース割り当て情報の選択は、例えば、
（１）報知信号の受信レベル（ＳＩＮＲ）
（２）基地局からの距離
（３）Message２で通知されるＴＡ情報の確からしさ
（４）乱数
などの情報を用いて行うことができる。

この結果、ｅＮＢは、異なる無線リソースを使ってＵＥ１、２がMessage３の再送を行う（ステップ４５、４７）ため、ＵＥ固有情報を復調することが可能となり、ＵＥ１、２に対してそれぞれMessage４を送信することができる（ステップ４６、４８）。

以上でネゴシエーションが完了する。

図５は、複数の無線リソース割当情報を含むMessage２′のフォーマット例を示す図である。

Message２′は、ＵＥ１、２が選択したプリアンブル番号（Preamble No.）を含む。

また、第１の無線リソースとして、ＵＥ１のタイミング信号であるＴＡ１と、ＵＥ１またはＵＥ２が使用する上りの無線リソース割り当て許可情報であるＵＬ＿ｇｒａｎｔ１と、セル毎に割り当てられるユーザーＩＤであるＣ−ＲＮＴＩ（Cell Radio Network Temporary Identifier）１とを含んでいる。ＵＬ＿ｇｒａｎｔにより、ＬＴＥの場合、ＵＥが使用する帯域（ＲＢ数）、データ数（ＴＢＳ）、変調方式などが通知される。

さらに、第２の無線リソースとして、ＵＥ２のタイミング信号であるＴＡ２と、ＵＥ１またはＵＥ２が使用する上りの無線リソース割り当て許可情報であるＵＬ＿ｇｒａｎｔ２と、セル毎に割り当てられるユーザーＩＤであるＣ−ＲＮＴＩ（Cell Radio Network Temporary Identifier）２とを含んでいる。

このMessage２により、ｅＮＢからＵＥ１、２に２つの無線リソース（Ｔｉｍｅ Ａｄｖａｎｃｅ、ＵＬ＿ｇｒａｎｔ、及びＣ−ＲＮＴＩ）が割り当てられる。

本実施形態では、２つの無線リソースを割り当てたが、他の実施形態では、３つ以上の無線リソースを割り当ててもよい。

ここで、ｅＮＢとＵＥの動作をより詳しく説明する。

図６は、第１実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。

ｅＮＢは、ＵＥから、発呼要求であるMessage１を受信する（ステップＳ６０２）。パワー検出を行い、ＴＡを算出する（ステップＳ６０４）。また、発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２を送信する（ステップＳ６０６）。さらに、ｅＮＢは、ＵＥから、Message２の情報に基づき、ＵＥの固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３を受信する（ステップＳ６０８）。

ｅＮＢは、Message３を復号し、正常に復号ができた（ＣＲＣがＯＫか）判断する（ステップ６１０）。正常に復号ができた場合（ステップＳ６１０においてＹＥＳ）、ＵＥ１、２の衝突が発生していないので、Message４を送信する（ステップＳ６２０）。

一方、ｅＮＢは、正常に復号できない場合（ステップＳ６１０においてＮＯ）、複数のパスが存在するか判断する（ステップＳ６１２）。

図７は、パワー検出における遅延プロファイルの一例を示す図である。ｅＮＢは、Message１のパワー検出を行った結果を用いて、パス判定閾値よりも大きいパスのタイミングと基準タイミングとの差分（ＴＡ１、ＴＡ２）を算出する。そしてパス判定閾値よりも大きいパスがいくつあるか検出する。この例では、ＴＡ１＜ＴＡ２である。

図６に戻り、ｅＮＢは、Message３を復号し、正常に復号ができず（ＣＲＣがＮＧの場合）（ステップＳ６１０においてＮＯ）、複数のパスを検出した（ステップＳ６１２においてＹＥＳ）場合、同じプリアンブル番号を用いているＵＥが複数いると判断する（衝突を検出する）。

ｅＮＢは、検出したパス数の数だけ複数の無線リソース割り当て情報を含むMessage２′送信する。コネクション要求レスポンスを送信するタイミングで、複数の無線リソース割り当て情報を含んだ発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２′をＵＥ１、２に通知する（ステップＳ６１４）。

ｅＮＢは、ＵＥ１、２が再送したMessage３を受信する。（ステップＳ６１６）。

ｅＮＢは、受信したMessage３を正常に復号できるか（ＣＲＣがＯＫか）判断し（ステップＳ６１８）、正常に復号できれば（ステップＳ６１８においてＹＥＳ）、Message４を送信する（ステップＳ６２０）。また、正常に復号できなければ（ステップＳ６１８においてＮＯ）、ＵＥからMessage１を受信する（ステップＳ６０２）まで待機する。

一方、ｅＮＢは、複数のパスを検出しない（ステップＳ６１２においてＮＯ）場合、Message３の再送回数カウンタＮを１だけ減らす（ステップＳ６２２）。

ｅＮＢは、Ｎ＝０を判断する（ステップＳ６２４）。Ｎ＝０であれば（ステップＳ６２４においてＹＥＳ）、ＵＥからMessage１を受信する（ステップＳ６０２）まで待機する。N＞０であれば、ＵＥが再送するMessage３を受信する（ステップＳ６２６）。そして、再送されたMessage３が正常に復号できるか判断する（ステップＳ６１０）。以下、上記の説明と同様である。

図８は、第１実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。

ＵＥは、プリアンブル番号を選択して（ステップＳ８０２）、発呼要求であるMessage１を送信する（ステップＳ８０４）。そして、ＵＥは、ｅＮＢから発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２を受信し（ステップＳ８０６）、受信したMessage２の情報に基づき、ＵＥの固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３を送信する（ステップＳ８０８）。

次に、ＵＥは、ｅＮＢからコネクション要求レスポンスであるMessage４を受信したか判断する（ステップＳ８１０）。Message４を受信すれば（ステップＳ８１０においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。

一方、ＵＥは、ｅＮＢからコネクション要求レスポンスであるMessage４を受信しない場合（ステップＳ８１０においてＮＯ）、ｅＮＢから複数の無線リソース情報を含むMessage２′を受信したか判断する（ステップＳ８１２）。

ＵＥは、例えば、Message２′（報知情報）の受信レベルによって、通知された複数の無線リソースから、自分が使用する無線リソースを選択する。

ＵＥは、例えば、報知信号の受信レベルＰ（またはＰの平均値）を報知情報受信レベル閾値Ｐｔｈと比較し（ステップＳ８１４）、Ｐ＞Ｐｔｈであれば（ステップＳ８１４においてＹＥＳ）、自機はｅＮＢから近い位置にいると判断し、ＴＡ１側の無線リソース割り当て情報を選択する（ステップＳ８１６）。また、Ｐ＞Ｐｔｈでなければ（ステップＳ８１４においてＮＯ）、自機はｅＮＢから遠くにいると判断し、ＴＡ２側の無線リソース割り当て情報を選択する（ステップＳ８１８）。

無線リソース割り当て情報の選択は、Message２で通知されるＴＡ情報の確からしさや乱数などの情報を用いて行うこともできる。

本実施形態では、ＵＥに通知される報知情報(信号)の受信レベルを用いて、Message２′で通知された無線リソースを選択している。他の実施形態ではＵＥが通知されるＴＡをあらかじめ推定しておいて、Message２′で通知された無線リソースのうち、推定したＴＡと同等のもしくは、近い値のＴＡの無線リソースを選択してもよい。

ＵＥは、選択した無線リソースを用いてMessage３を再送信して（ステップＳ８２０）、ｅＮＢからMessage４を受信したか判断する（ステップＳ８２２）。ｅＮＢからMessage４を受信すれば（ステップＳ８２２においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。

ＵＥは、ｅＮＢからMessage４を受信しなければ（ステップＳ８２２においてＮＯ）、再びプリアンブル番号を選択して（ステップＳ８０２）、ｅＮＢとのネゴシエーションをやりなおす。

一方、ＵＥは、Message２′を受信しないと（ステップＳ８１２においてＮＯ）、送信したMessage３が他のＵＥとの衝突以外の何らかの原因でｅＮＢに届かなかったと判断して、Message３を再送信する（ステップＳ８２４）。

ＵＥは、Message４を受信したか判断し（ステップＳ８２６）、Message４を受信していれば（ステップＳ８２６においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。

一方、ＵＥは、Message４を受信しなければ（ステップＳ８２６においてＮＯ）、Message３の再送回数カウンタＮを１だけ減らす（ステップＳ８２８）。ＵＥは、Ｎ＞０であれば（ステップＳ８３０でNO）、Message３の再送を行い（ステップＳ８３２）、Message４を受信したか判断する。（ステップＳ８２６）。逆に、Ｎ＝０であれば（ステップＳ８３０においてＹＥＳ）、再びプリアンブル番号を選択して（ステップＳ８０２）、ｅＮＢとのネゴシエーションをやりなおす。

［第２実施形態］
第１の実施形態では、ｅＮＢは、ＵＥからのコネクション要求（Message３）に基づき複数のＵＥの衝突を検出して、複数の無線リソース割り当てを含むMessage２′（報知信号）を送信した。

一方、第２の実施形態では、ｅＮＢは、ＵＥからの発呼要求（Message１）に基づき複数のＵＥの衝突を検出して、複数の無線リソース割当を含むMessage２′（報知信号）を送信する。

図９は、基地局と移動局間の第２実施形態によるリンク確立を示す図である。

ＵＥ１、２は、同じプリアンブル番号を選択して発呼要求であるMessage１を送信する（ステップ９１）。

ｅＮＢは、Message１のパワー検出の結果から複数のＵＥの衝突を検出する。例えば、レベルが閾値以上の複数のパスが存在した場合、同じプリアンブル番号でMessage１を送信しているＵＥが複数いると判断し、発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２のタイミングで、複数の無線リソース割り当て情報を含んだ発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２′をＵＥに通知する（ステップ９２）。

ＵＥは、Message２′を受信すると、複数の無線リソースのうち特定の無線リソースを使ってMessage３を送信する（ステップ９３）。

例えば、特性の無線リソースとは、ＵＥ１、２ともに複数の無線リソースのうち、１番目の無線リソースを使用することを示している。

もし複数のＵＥが同じプリアンブル番号を使用していなければ、ｅＮＢはMessage３を復号でき、Message４を送信する。しかし、この場合、ｅＮＢは、２つのＵＥが同じ無線リソースでそれぞれの固有情報を含んだMessage３を送信するため、復調できない。そのためMessage４を送信しない。（ステップ９４として点線で示した）。

各ＵＥは、Message４を受信しないと、同じプリアンブル番号を使用しているＵＥが自機以外にもいると判断して、Message２′で通知された複数の送信タイミング、無線リソース割り当て情報、またはその両方から選択して、固有情報を含んだMessage３を再送信する（ステップ９５、９７）。

各ＵＥは、例えば、
（１）報知信号の受信レベル（ＳＩＮＲ）
（２）Message２で通知されるＴＡ情報の確からしさ
（３）基地局からの距離
（４）乱数
などの情報を用いて無線リソース割り当て情報を選択することができる。

ｅＮＢは、異なる無線リソースを使ってＵＥがMessage３を再送信するため、ＵＥ固有情報を復号することが可能となり、それぞれのＵＥに対してMessage４を送信することができる（ステップ９６、９８）。これによりネゴシエーションが完了する。

ここで、ｅＮＢとＵＥの動作をより詳しく説明する。

図１０は、第２実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。

ｅＮＢは、ＵＥから、発呼要求であるMessage１を受信する（ステップＳ１００２）。パワー検出を行い、ＴＡを算出する（ステップＳ１００４）。

ｅＮＢは、ここで、パス閾値と各パスのレベルとを比較して、パス数を検出する（ステップＳ１００６）。この検出は、図７を参照して上で説明したものと同一であってもよい。

ｅＮＢは、複数パスが存在するか判断し（ステップＳ１００８）、複数パスが存在する場合（ステップＳ１００８においてＹＥＳ）、同じプリアンブル番号を用いているＵＥが複数いると判断する（衝突を検出する）。

ｅＮＢは、検出したパスの数以上の複数の無線リソース割り当て情報を含むMessage２′送信する。発呼要求レスポンスを送信するタイミングで、複数の無線リソース割り当て情報を含んだ発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２′をＵＥ１、２に通知する（ステップＳ１０１０）。

ｅＮＢは、ＵＥ１、２が再送したMessage３を受信する（ステップＳ１０１２）。受信したMessage３を復号できれば（ステップＳ１０１４においてＹＥＳ）、Message４を送信する（ステップＳ１０２０）。

一方、ｅＮＢは、受信したMessage３を復号できなければ（ステップＳ１０１４においてＮＯ）、ＵＥから再送されるMessage３を受信する（ステップＳ１０１６）。受信した再送Message３を復号できれば（ステップＳ１０１８においてＹＥＳ）、ＵＥにMessage４を送信する（ステップＳ１０２０）。

さらに、ｅＮＢは、受信した再送Message３を復号できなければ（ステップＳ１０１８においてＮＯ）、始めに戻り、ＵＥからのMessage１の受信を待つ（ステップＳ１００２）。

一方、ｅＮＢは、複数パスが存在しないとき（ステップＳ１００８においてＮＯ）、ＵＥにMessage２を送信して（ステップＳ１０２２）、その応答としてMessage３を受信する（ステップＳ１０２４）。

ｅＮＢは、受信したMessage３を復号して、正常に復号できたとき（ステップＳ１０２６においてＹＥＳ）、ＵＥにMessage４を送信する（ステップＳ１０２０）。

一方、ｅＮＢは、受信したMessage３を正常に復号できないとき（ステップＳ１０２６においてＮＯ）、Message３の再送カウンタＮを１だけ減らす（ステップＳ１０２８）。

ｅＮＢは、Ｎ＝０を判断する（ステップＳ１０３０）。Ｎ＝０であれば（ステップＳ１０３０においてＹＥＳ）、ＵＥからのMessage１の受信を待つ（ステップＳ１００２）。

ｅＮＢは、Ｎ＞０であれば（ステップＳ１０３０においてＮＯ）、ＵＥから再送されるMessage３を受信して（ステップＳ１０３２）、ステップＳ１０２６に戻る。

図１１は、第２実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。

ＵＥは、プリアンブル番号を選択して（ステップＳ１１０２）、発呼要求であるMessage１を送信する（ステップＳ１１０４）。

次に、ＵＥは、ｅＮＢから複数の無線リソース情報を含む発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２′を受信していれば（ステップＳ１１０６においてＹＥＳ）、ＴＡ１側の無線リソースを用いて、ＵＥの固有情報を含んだコネクション（ＲＲＣ）要求であるMessage３を送信する（ステップＳ１１０８）。ｅＮＢからMessage４を受信すれば（ステップＳ１１１０においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。

ＵＥは、ｅＮＢからMessage４を受信しなければ（ステップＳ１１１０においてＮＯ）、例えば、Message２′（報知情報）の受信レベルＰを検出して、通知された複数の無線リソースから、自分が使用する無線リソースを選択する。

ＵＥは、例えば、報知信号の受信レベルP（またはＰの平均値）を報知情報受信レベル閾値Ｐｔｈと比較し（ステップＳ１１１２）、Ｐ＞Ｐｔｈであれば（ステップＳ１１１２においてＹＥＳ）、自機はｅＮＢから近い位置にいると判断し、ＴＡ１側の無線リソース割り当て情報を選択する（ステップＳ１１１４）。また、Ｐ＞Ｐｔｈでなければ（ステップＳ１１１２においてＮＯ）、自機はｅＮＢから遠くにいると判断し、ＴＡ２側の無線リソース割り当て情報を選択する（ステップＳ１１１６）。

無線リソース割り当て情報の選択は、Message２′で通知されるＴＡ情報の確からしさや乱数などの情報を用いて行うこともできる。

本実施形態では、ＵＥに通知される報知情報(信号)の受信レベルを用いて、Message２′で通知された無線リソースを選択している。他の実施形態ではＵＥが通知されるTAをあらかじめ推定しておいて、Message２′で通知された無線リソースのうち、推定したＴＡと同等もしくは、近い値のＴＡの無線リソースを選択してもよい。

ＵＥは、選択した無線リソースを用いてMessage３を再送信して（ステップＳ１１１８）、ｅＮＢからMessage４を受信したか判断する（ステップＳ１１２０）。ｅＮＢからMessage４を受信すれば（ステップＳ１１２０においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。また、Message４を受信しなければ（ステップＳ１１２０においてＮＯ）、ステップＳ１１０２に戻って、新たにネゴシエーションを開始する。

一方、ＵＥは、Message２′を受信せず、通常のMessage２を受信すると（ステップＳ１１０６においてＮＯ）、Message３を送信する（ステップＳ１１２２）。

ＵＥは、送信したMessage３に対する応答としてMessage４を受信したか判断し（ステップＳ１１２４）、Message４を受信していれば（ステップＳ１１２４においてＹＥＳ）、ネゴシエーションは完了する。

一方、ＵＥは、Message４を受信しなければ（ステップＳ１１２４においてＮＯ）、他のＵＥとの衝突以外の何らかの原因でｅＮＢにMessage３が届かなかったものと判断し、Message３の再送回数カウンタを１だけ減らす（ステップＳ１１２６）。

ＵＥは、Ｎ＝０を判断する（ステップＳ１１２８）。Ｎ＝０であれば（ステップＳ１１２８においてＹＥＳ）、ステップＳ１１０２に戻り、再びプリアンブル番号を選択して、ｅＮＢとのネゴシエーションをやりなおす。

Ｎ＞０であれば（ステップＳ１１２８においてＮＯ）、Message３を再送信して（ステップＳ１１３０）、ステップＳ１１２４に戻り、Message４を受信したか判断する。

［第３実施形態］
第２の実施形態と第３の実施形態の相違点は、ｅＮＢの動作ではなくＵＥの動作にある。第２の実施形態では、ＵＥは、Message２′に対してコネクション要求（Message３）を送信するときに、複数の無線リソース割り当てからの選択動作を行わず、所定の（例えば、最初の）無線リソース割り当てを用いてMessage３を送信している。そして、このMessage３に対してｅＮＢからMessage４を受信できないときに初めて複数の無線リソース割り当てからの選択動作を行った。一方、第３の実施形態では、ＵＥはMessage２′に対してコネクション要求（Message３）を送信するときに、始めから複数の無線リソース割り当てからの選択動作を行う。

図１２は、基地局と移動局間の第３実施形態によるリンク確立を示す図である。

ＵＥは発呼要求であるMessage１をｅＮＢに送信する（ステップＳ１２１）。

ｅＮＢは、Message１のパワー検出の結果から複数のＵＥの衝突を検出する。例えば、レベルが閾値以上の複数のパスが存在した場合、同じプリアンブル番号でMessage１を送信しているＵＥが複数いると判断し、発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２のタイミングで、複数の無線リソース割り当て情報を含んだ発呼要求レスポンス及び上り送信許可を通知するMessage２′をＵＥに通知する（ステップ１２２）。

各ＵＥは、複数の無線リソース割り当てを含んだMessage２′を受信すると、同じプリアンブル番号を使用しているＵＥが自機以外にもいると判断する。そこで、ＵＥ固有情報を含んだMessage３を送信する場合、Message２′で通知された複数の送信タイミング、無線リソース割り当て情報、またはその両方から選択して、固有情報を含んだMessage３を送信する（ステップ１２３、１２５）。

各ＵＥは、例えば、
（１）報知信号の受信レベル（ＳＩＮＲ）
（２）Message２′で通知されるＴＡ情報の確からしさ
（３）基地局からの距離
（４）乱数
などの情報を用いて無線リソース割り当て情報を選択することができる。

ｅＮＢでは、異なる無線リソースを使ってＵＥがMessage３の再送を行うため、ＵＥ固有情報を復調することが可能となり、それぞれのＵＥに対してMessage４を送信することができる（ステップＳ１２４、１２６）。これでネゴシエーションが完了する。

ここで、ｅＮＢとＵＥの動作をより詳しく説明する。

図１３は、第３実施形態によるリンク確立におけるｅＮＢの動作を示すフロー図である。

図１３において、ステップＳ１３０２〜１３１４、及びステップＳ１３２０〜１３３２は図１０のステップＳ１００２〜１０１４、及びステップＳ１０２０〜１１０３２と同一である。

ただし、図１３には、図１０のステップＳ１０１６、１０１８に対応するステップが無い。これは、Message２′を受信したＵＥがMessage３を送信するとき、始めから複数の無線リソース割り当てからの選択動作を行うからである。ＵＥから受信したMessage３を正常に復号できないとき（ステップＳ１３１４においてＮＯ）、ステップＳ１３０２に戻り、ＵＥからのMessage１の受信を待つ。

図１４は、第３実施形態によるリンク確立におけるＵＥの動作を示すフロー図である。

図１４において、ステップＳ１４０２〜Ｓ１４０６、及びステップＳ１４１２〜Ｓ１４３０は図１１のステップＳ１１０２〜Ｓ１１０６、及びステップＳ１１１２〜Ｓ１１３０と同一である。

ただし、図１４には、図１１のステップＳ１１０８、Ｓ１１１０に対応するステップが無い。これは、ＵＥは、Message２′を受信すると、Message３を送信するとき、始めから複数の無線リソース割り当てからの選択動作を行うからである。したがって、ＵＥは、ｅＮＢから複数の無線リソース情報を含む発呼要求レスポンス及び上り通信許可信号であるMessage２′を受信していれば（ステップＳ１４０６においてＹＥＳ）、すぐに、報知信号の受信レベルP（またはＰの平均値）を報知情報受信レベル閾値Ｐｔｈと比較して（ステップＳ１４１２）、無線リソースを選択する（ステップＳ１４１４、１４１６）。

このように、第１乃至第３の実施形態によるランダムアクセス方式の無線通信システムにおけるリンク確立方法は、基地局（ｅＮＢ）が、Message１（発呼要求信号）またはMessage３（第１のコネクション要求信号）に応じて、複数の移動局（ＵＥ）からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知するMessage２′（報知信号）を送信する段階と、移動局が、Message２′（報知信号）で報知された複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いてMessage３（第２のコネクション要求信号）を送信する段階とを含むものである。

上記の各実施形態による効果を表１に示す。再送回数は４回、ラウンドトリップタイムは４msecであると仮定した。表１に示すようにネゴシエーション時間の短縮が可能となる。また、Message３の送信回数が減るため、不要な電波の放射を回避でき、干渉を低減できる。

図１５は、一実施形態による無線通信システム１５００を示すブロック図である。

無線通信システム１５００は、基地局（ｅＮＢ）１５１０と移動局（ＵＥ）１５２０とを含む。

基地局１５１０は、ＲＡＣＨ（Random Access CHannel）に関わる信号を処理するＲＡＣＨ信号処理部１５１１、ベースバンド信号をＲＦ信号に変調する変調部１５１２、ＲＦ信号の増幅等の処理をするＲＦ部１５１３、及びＲＦ信号をベースバンド信号に復調する復調部１５１４を含む。

移動局１５２０も同様に、ＲＡＣＨ（Random Access CHannel）に関わる信号を処理するＲＡＣＨ信号処理部１５２１、ベースバンド信号をＲＦ信号に変調する変調部１５２２、ＲＦ信号の増幅等の処理をするＲＦ部１５２３、及びＲＦ信号をベースバンド信号に復調する復調部１５２４を含む。

基地局１５１０と移動局１５２０は、それぞれのアンテナ１５１５、１５２５を介して無線通信することができる。

また、ｅＮＢ１５１０とＵＥ１５２０は、ＲＡＣＨ（Random Access CHannel）を使用して初期アクセス、ハンドオーバー、再接続を行う。この無線通信システム１５００は、１５１０、１５２０以外にもｅＮＢ、ＵＥを含んでいてもよい。

図１６は、基地局（ｅＮＢ）１５１０をさらに詳細に示すブロック図である。

ｅＮＢ１５１０のＲＡＣＨ信号処理部は、ＴＡ算出及びプリアンブル番号検出部１６０１、パス数検出部１６０２、複数無線リソース割り当て部１６０３、ＲＡＣＨ信号制御部１６０４、ＲＡＣＨレスポンス信号生成部１６０５を有する。

ＲＦ部１５１３は、ＵＥ１５２０から送信された信号を、アンテナ１５１５を介して受信し、復調部１５１４に出力する。一方、変調部１５１２から入力された信号を、アンテナ１５１５を介してＵＥ１５２０に送信する。

復調部１５１４は、RF部１５１３から入力された信号を復調し、復調したユーザーデータを他の構成要素（図示せず）に出力する。また、ＴＡ算出及びプリアンブル番号検出部１６０１、パス数検出部１６０２、ＲＡＣＨ信号制御部１６０４に出力する。

変調部１５１２は、ＲＡＣＨレスポンス生成部１６０５からの信号を変調し、RF部１５１３に出力する。また、他の構成要素（図示せず）からのユーザーデータ信号や報知信号及びパイロット信号の変調も行い、RF部１５１２に出力する。

ＴＡ算出及びプリアンブル番号検出部１６０１は、復調部１５１４から入力された信号から、受信信号のタイミングとｅＮＢの基準タイミングとの差分を検出し、ＴＡ（Timing Advance）を算出する。また、受信信号のプリアンブル番号を検出し、ＲＡＣＨ信号制御部１６０４に出力する。

パス数検出部１６０２は、復調部１５１４から入力された信号から、同じプリアンブル番号のパス数を求め複数無線リソース割り当て部１６０３に出力する。

複数無線リソース割り当て部１６０３は、パス数検出部１６０２からの信号に基づいて、無線リソースの割り当てを行い、その結果をＲＡＣＨ信号制御部１６０４へ出力する。

ＲＡＣＨ信号制御部１６０４は、復調部１５１４、ＴＡ算出及びプリアンブル番号検出部１６０１、複数無線リソース割り当て部１６０３からの信号に基づいて、Message２、Message２′、Message４を送信するための制御を行う。

ＲＡＣＨレスポンス信号生成部１６０５は、そのＲＡＣＨ信号制御部１６０４からの制御信号に基づいてＲＡＣＨレスポンス信号を生成して、変調部１５１２に出力する。

このように、基地局１５１０は、ランダムアクセス方式で移動局１５２０とリンク確立可能であり、図４、９、１２を参照して説明したように、Message１（発呼要求信号）またはMessage３（第１のコネクション要求信号）に応じて、複数の移動局１５２０からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知するMessage２′（報知信号）を送信するＲＡＣＨ信号処理部１５１１（信号処理部）を有する。

また、基地局１５１０は、Message２′（報知信号）を、Message１（発呼要求信号）に対する応答信号として、または前記第１のコネクション要求信号に対する応答信号として送信するＲＡＣＨ信号制御部１６０４（信号制御部）を有する。

また、基地局１５１０は、Message１（発呼要求信号）またはMessage３（第１のコネクション要求信号）の受信レベルに基づき、複数の移動局１５２０からの要求が衝突していると判断するパス数検出部１６０２（衝突検出部）を有する。

さらに、基地局１５１０は、タイミング情報、無線リソース割り当て許可情報、ユーザー識別情報を含む複数の無線リソースを割り当てる複数無線リソース割り当て部１６０３（割り当て部）を有する。

図１７は、移動局（ＵＥ）１５２０をさらに詳細に示すブロック図である。

ＵＥ１５２０のＲＡＣＨ信号処理部１５２１は、ＴＡ検出部１７０１、無線リソース選択部１７０２、受信レベル検出部１７０３、ＲＡＣＨ信号制御部１７０４、ＲＡＣＨ信号生成部１７０５を有する。

RF部１５２３は、ｅＮＢ１５１０から送信された信号を、アンテナ１５２５を介して受信し、復調部１５２４に出力する。また、変調部１５２２から入力された信号を、アンテナ１５２５を介してｅＮＢ１５１０に送信する。

復調部１５２４は、RF部１５２３から入力された信号を復調し、復調したユーザーデータを他の構成要素（図示せず）に出力する。また、ＴＡ検出部１７０１、無線リソース選択部１７０２、ＲＡＣＨ信号制御部１７０４にも出力する。

変調部１５２２は、ＲＡＣＨ信号生成部１７０５からの信号を変調し、RF部１５２３に出力する。また、他の構成要素（図示せず）からのユーザーデータの信号や報知信号及びパイロット信号の変調も行い、RF部１５２３に出力する。

ＴＡ検出部１７０１は、ｅＮＢ１５１０が送信した発呼レスポンス及び上り通信許可情報（Message２）で通知されるＴＡ情報を検出し、ＲＡＣＨ信号制御部１７０４に出力する。

無線リソース選択部１７０２は、Message２′により複数の無線リソース割り当てが通知された場合、または通知された後、コネクションレスポンス（Message４）が通知されない場合に、受信レベル検出部１７０３からの信号に基づいて、受信レベルを閾値と比較して無線リソースを選択し、その情報をＲＡＣＨ信号制御部１７０４に出力する。

受信レベル検出部１７０３は、報知信号やパイロット信号の受信レベルを測定し、無線リソース選択部１７０２に出力する。

ＲＡＣＨ制御部１７０４は、発呼要求（Message１）を送信するプリアンブル番号をランダムに選択し、ＲＡＣＨ信号生成部１７０４に出力する。また、発呼レスポンス及び上り通信許可情報（Message２）を受信した場合、ＴＡ検出部１７０１、複数無線リソース選択部１７０２、復調部１５２４からの信号から、コネクション要求を送信するタイミングや無線リソースを決定し、ＵＥ固有情報をｅＮＢ１５１０に送信する制御を行う。

ＲＡＣＨ信号生成部１７０５は、ＲＡＣＨ信号制御部１７０４からの制御信号に基づいて、ｅＮＢ１５１０に送信する信号（例えば、Message１、Message３）を生成し、変調部１５２２に出力する。

このように、移動局１５２０は、ランダムアクセス方式で基地局とリンク確立可能であり、Message１（発呼要求信号）またはMessage３（第１のコネクション要求信号）に応じて基地局１５２０から受信したMessage２′（報知信号）で報知された複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いてMessage３（第２のコネクション要求信号）を送信するＲＡＣＨ信号処理部１５２１（信号処理部）を有する。

また、移動局１５２０は、Message２′（報知信号）の受信レベル、タイミング情報の確からしさ、前記基地局からの距離、または乱数に基づき、Message２′（報知信号）で報知された複数の無線リソースから１つの無線リソースを選択する無線リソース選択部１７０２（選択部）を有する。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。

本発明は、無線通信システムに適用可能である。

Claims (10)

1. 移動局と無線通信を行う基地局であって、
   発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知する報知信号を送信する信号処理部を有する基地局。
2. 前記報知信号を、前記発呼要求信号に対する応答信号として、または前記第１のコネクション要求信号に対する応答信号として送信する信号制御部を有する、請求項１に記載の基地局。
3. 前記発呼要求信号または前記第１のコネクション要求信号の受信レベルに基づき、複数の移動局からの要求が衝突していると判断する衝突検出部を有する、請求項１に記載の基地局。
4. タイミング情報、無線リソース割り当て許可情報、ユーザー識別情報を含む複数の無線リソースを割り当てる割り当て部を有する、請求項１に記載の基地局。
5. 基地局と無線通信を行う移動局であって、
   発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき前記基地局が送信する、複数の無線リソースを報知する報知信号を受信し、前記報知信号で報知された複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いて第２のコネクション要求信号を送信する信号処理部を有する移動局。
6. 前記報知信号の受信レベル、タイミング情報の確からしさ、前記基地局からの距離、または乱数に基づき、前記報知信号で報知された前記複数の無線リソースから前記１つの無線リソースを選択する選択部を有する、請求項５に記載の移動局。
7. 無線通信システムにおけるリンク確立方法であって、
   基地局が、発呼要求信号または第１のコネクション要求信号に応じて、複数の移動局からの要求が衝突していると判断したとき、複数の無線リソースを報知する報知信号を送信する段階と、
   前記移動局が、前記報知信号で報知された前記複数の無線リソースから選択した１つの無線リソースを用いて第２のコネクション要求信号を送信する段階とを含むリンク確立方法。
8. 前記基地局は、前記報知信号を、前記発呼要求信号に対する応答信号として、または前記第１のコネクション要求信号に対する応答信号として送信する、請求項７に記載のリンク確立方法。
9. 前記基地局は、前記発呼要求信号または前記第１のコネクション要求信号の受信レベルに基づき、複数の移動局からの要求が衝突していると判断する、請求項７に記載のリンク確立方法。
10. 前記移動局は、前記報知信号の受信レベル、タイミング情報の確からしさ、前記基地局からの距離、または乱数に基づき、前記報知信号で報知された前記複数の無線リソースから前記１つの無線リソースを選択する、請求項７に記載のリンク確立方法。

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