JP5563061B2 - 基地局の動作方法および基地局 - Google Patents

Description

本発明は、モバイルワイヤレスシステム、特にモバイル通信ネットワークの基地局の動作方法に関する。前記基地局は相異なる動作状態で動作するように構成され、前記動作状態は少なくとも、前記基地局の無線インタフェースサブシステムが完全にアクティブ化されたアクティブ動作モードと、無線送信アクティビティを低減した低デューティ動作モードとを含む。

また、本発明は、モバイルワイヤレスシステムに配備するための基地局に関する。該基地局は相異なる動作状態で動作するように構成され、前記動作状態は少なくとも、該基地局の無線インタフェースサブシステムが完全にアクティブ化されたアクティブ動作モードと、無線送信アクティビティを低減した低デューティ動作モードとを含む。

エネルギー消費、電磁放射および干渉は、ワイヤレスブロードバンド通信に関連する製品の性能および受容に影響を及ぼし得る重要な要素である。例えば、非特許文献１には、「この（ブロードバンド）機器によって示される可能性のある新たな電気的負荷は、ＥＵのエネルギー環境政策で取り組む必要がある。ブロードバンド機器の電気的効率は最大化されることが重要である。」と述べられている。これは、従来の基地局に加えて、いわゆるフェムトセル基地局（ホーム基地局、ホームＢＴＳ、ピコセル、ホームＮＢ、ホームｅＮＢ、フェムトセルアクセスポイント（femtocell access point, ＦＡＰ）、あるいはフェムト無線基地局とも呼ばれる）にとって特に重要な要素である。フェムトセル基地局は、顧客によってその宅内に設置される装置である。

現在、モバイルネットワーク事業者は、事業者の顧客自身の宅内に「プラグアンドプレイ」方式で設置されるこのようなフェムトセルを配備することに関心を示している（非特許文献２を参照）。このようなフェムトセルは、事業者ネットワークの末端における低電力のモバイル基地局であり、現在は３Ｇおよび４Ｇの両方のネットワークに対して開発され標準化されている。フェムトセル基地局は、通常のブロードバンドインターネットコネクションに接続され、無線インタフェースは、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）あるいは３ＧＰＰ ＬＴＥ（Long Term Evolution）のような広域セルラネットワーク標準に基づいている。

フェムトセルを導入する１つの理由は、ユーザエクスペリエンスを向上させるために事業者ネットワークのカバレジを拡大し、それにより、固定電話と携帯電話の融合（fixed-mobile convergence）へ大きく前進することである。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントと同様に、フェムトセルは、それぞれのエリアにおいて良好なカバレジを提供するために、家庭およびオフィス環境に配備されるように設計され、人口やオフィスの密度が高いエリアでは高密度の配備が期待される。しかし、フェムトセルの配備にはいくつかの欠点が伴う。その１つは、ネットワークのマクロレベルとフェムトレベルとの間の干渉効果である。フェムトセル基地局は、事業者の広域ネットワークと同じ認可周波数帯において配備されることが多いので、他の基地局と干渉しないように正しく無線インタフェースを設定することが重要である。一般的に、高密度配備におけるフェムトセルネットワークは干渉によって支配される。すなわち、セル間干渉を低減すれば、ユーザＱｏＳおよびシステム容量の向上に直接つながる。

フェムトセル基地局は、マクロセル基地局やＷｉＦｉアクセスポイントのような他のワイヤレス装置とは異なる次のようないくつかの固有の性質を有する。

１．フェムトセルＢＳ（base station）は、顧客によって配備されるが、事業者の無線アクセスネットワークの一部であり、マクロセル基地局と同様の要求仕様に従う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ ＳＲＤ（非特許文献３）は、マクロセルＢＳおよびフェムトセルＢＳに対するハンドオーバーおよび同期を要求仕様として列挙している。これは、フェムトセルＢＳが、ＷｉＭＡＸの場合のＡＳＮ−ＧＷ（Access Service Network Gateway）と同様に、事業者の上位層ネットワーク要素へのインタフェースを有することを意味する。

２．フェムトセルＢＳは、顧客の直接の物理的制御下にもある。すなわち、フェムトセルＢＳは、常に、手動でオン・オフされる可能性がある。無制限のシャットダウンや、それによるネットワーク全体の安定性に対する悪影響の可能性を避けるため、フェムトセルＢＳは、ネットワーク安定性およびユーザサービス品質を維持する目的で、無制限の装置シャットダウンを避けるメカニズムを実施すべきである。

European Commission "Code of Conduct on Energy Consumption of Broadband Equipment, Version 3", Nov. 18, 2008 Airvana whitepaper, "Femtocells: Transforming The Indoor Experience" IEEE 802.16m-07/002r6 Requirements for the P802.16m-Advanced Air Interface", IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group, 18. Sept. 2008 IEEE 802.16 WG, "Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems; Advanced Air Interface (working document)", June 2009

本発明の目的は、頭書のような基地局の動作方法および基地局において、実施の容易なメカニズムを使用することにより、隣接するフェムトセルおよびマクロセルとの干渉ならびに消費電力が大幅に低減されるような改良およびさらなる展開を行うことである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、前記低デューティ動作モードにおいて、前記基地局が、無線送信が許可される利用可能期間（availability interval）と、無線送信が許可されない利用不能期間（unavailability interval）とを有するウィンドウメカニズムを実施することを特徴とする。

また、上記の目的は、独立請求項１７の構成を備えた基地局によって達成される。この請求項に記載の通り、該基地局は、前記低デューティ動作モードにおいて、無線送信が許可される利用可能期間と、無線送信が許可されない利用不能期間とを有するウィンドウメカニズムを実施することを特徴とする。

本発明によって認識されたこととして、エネルギーおよび干渉の低減は、基地局が利用可能期間および利用不能期間を有するウィンドウメカニズムを適用する低デューティ動作モードを実施することによってサポート可能である。利用可能期間中に、基地局の動作は、従来技術で知られている通常のアプローチに従う。すなわち、通常の無線送信が無制限に許可される。しかし、利用不能期間中には、無線送信は許可されない。利用不能期間中に無線送信を中断することによって、基地局がエネルギーを節約するだけでなく、同時に、隣接するフェムトセル基地局や共存するマクロセル基地局およびアンブレラセルへの干渉が大幅に低減される。ウィンドウメカニズムの形態で利用可能期間および利用不能期間を実施することは、サービス連続性を確実に保証するために特に有益である。というのは、ウィンドウメカニズムの諸条件は、移動局に接続された移動局に容易に通知されることができるからである。

本発明は、大部分は標準的な手続きで構成することができるので、従来製品の変更は最小限であり、従来製品との非互換性は非常に生じにくい。

好ましい実施形態によれば、基地局はフェムトセル基地局である。原則として、本発明は任意の種類の基地局に適用可能であるが、結果として得られる効果が最も顕著であるのは、家庭に配備されるフェムトセル無線基地局の場合である。特に、高密度の配備において、フェムトセルネットワークは強く干渉に支配される。その結果、上記のような低デューティ動作モードを適用することにより、セル間干渉が大幅に低減されるため、ユーザＱｏＳおよびシステム容量の向上に直接つながる。

有利な態様として、低デューティ動作モードにおいて、利用可能期間および利用不能期間が、基地局に関連するすべての移動局のスリープサイクルの重ね合わせの形で生成される。換言すれば、利用不能期間は、基地局の利用可能性を要求する移動局がない期間である。結果として、基地局は、このような利用不能期間中にダウンリンク制御の送信を停止することができる。

確実で効率的なサービス連続性およびパフォーマンス安定性に関して、基地局は、低デューティ動作モードに入る前に、一種のハンドシェイクメカニズムを確立し、自己の利用可能期間および利用不能期間をすべての関連する移動局に通知するようにしてもよい。移動局は、自己の利用可能期間のみを知っているので、基地局における利用可能／利用不能期間を知ることは有益である。これにより、スリープまたはアイドルモードから出ようとしている移動局は、アップリンクおよびダウンリンク制御情報におけるどのフレーム送信機会が利用可能であるかを知る。

好ましい実施形態によれば、基地局は、前記低デューティモードに入る前に、自己の利用可能期間および利用不能期間の受容に関して、関連する移動局から情報を受信するように構成される。例えば、接続モードにある移動局は、利用可能期間および利用不能期間の受容について基地局に通知してもよく、あるいは、移動局は、現在のシグナリング（例えば、ハンドオーバーまたはネットワーク加入の実行に関して）または未決のトラフィックがスリープモードから出ることを必要としていることを基地局に通知してもよい。後者の場合、基地局が低デューティモードに入ろうとする試行は失敗したとみなされるが、後の（所定の）時点に再試行が開始されてもよい。

有利な態様として、基地局は、低デューティモードに入る前に、整合の目的で、接続モードにある移動局のスリープサイクルを再交渉するように構成される。このような再交渉に関して、移動局および基地局におけるリソース利用可能性を考慮に入れることにより、リソースおよびサービス品質の要求仕様が満たされ、利用不能フレームの数が最大化されるようにすることができる。

具体的実施形態によれば、低デューティ動作モードにある基地局は、自己の利用可能期間および利用不能期間を移動局に通知するために、基地局に関連するすべての移動局のスリープサイクルを完全には反映しないシグナリングパターンを使用してもよい。このようなシグナリングパターン（基本ＬＤＭ（low-duty mode, 低デューティモード）パターンシグナリングという）は、特に、基地局における決定性パターンにマッピングすることが不可能な、移動局における動的・暗黙的に適応したスリープサイクルに関して使用されてもよい。ある移動局から見ると、基本ＬＤＭパターンシグナリングを適用することによって、基地局がその移動局自身の利用可能期間内および基本ＬＤＭパターンシグナリングのシグナリングされた利用可能期間内に利用可能であることが、その移動局に通知される。しかし、移動局にとって、他の移動局の利用可能期間は未知である。したがって、既知の利用可能フレームのみが、自発的送信のために使用可能である。

この問題を回避し、移動局が潜在的により高速なネットワーク加入を実行することを可能にするため、別法として、低デューティ動作モードにある基地局は、該基地局に関連するすべての移動局のスリープサイクルを反映するシグナリングパターンを使用するようにしてもよい。この実施態様を拡張ＬＤＭパターンシグナリングという。これは、より複雑な利用可能期間の生起を通知するために使用可能である。これは特に、静的なスリープサイクルの重ね合わせから生じるパターンに適している。

第３の別法（透過モードという）によれば、低デューティ動作モードにおいて、基地局は、特定のシグナリング情報によって自己の利用可能期間および利用不能期間を通知することなく、それぞれの関連する移動局に対して、各移動局のスリープサイクル定義によって示されるフレームにおける利用可能性を保証するようにしてもよい。

通常、利用可能期間および利用不能期間の長さはフレーム単位で測定される。しかし、状況によっては、非特許文献４に規定されているように、期間長をスーパーフレーム単位で測定すると有益な場合がある。期間長測定の単位としてスーパーフレームを適用することにより、場合によっては、要求されるシグナリングオーバーヘッドを大幅に低減することができる。

具体的実施形態によれば、アクティブ動作モードは、基地局が初期化状態からの遷移を実行する際に入るデフォルト動作状態として設定される。初期化状態は、基地局が電源投入後に入る状態である。この状態において、基地局は、アクセスサービスネットワークからデタッチされる。デタッチメントの場合、非常に限られた機能のみがサポートされる。アクセスサービスネットワークへのネットワーク接続が利用可能になるとすぐに、基地局は、アクセスサービスネットワークコントローラにおいて認証・登録を行い、設定データを受信し、ステータス更新を送信し、アクティブ動作モードに入る。

エネルギーおよび干渉の低減をさらに向上させるため、基地局のより多様な動作特性を実施してもよい。特に、基地局の動作状態は、無線インタフェースリスンモードという別の動作モードを含むようにしてもよい。このモードでは、無線送信アクティビティはないが、基地局は潜在的な接続試行をリスンする。これは、エネルギー消費を低減するが、依然として、ハンドオーバーや接続要求に対する高速な応答が可能である。

これに加えて、または別法として、基地局の動作状態は、無線インタフェースオフモードという別の動作モードを含むようにしてもよい。このモードでは、基地局の無線インタフェースサブシステムは完全にオフにされる。しかし、フェムトセル基地局の場合、固定ネットワークインタフェースを通じて上位層コントローラへのコネクションは維持されるので、フェムトセル基地局は、必要であればアクティブモードに入ることができる。

相異なる動作状態間の遷移に対する適切な条件に関して、アクティブ動作モードから低デューティ動作モードへの遷移は、移動局に関連する移動局がない場合、または、すべての関連する移動局がスリープまたはアイドルモードで動作している場合に実行されるようにしてもよい。逆に、低デューティ動作モードから、または無線インタフェースリスンモードからアクティブ動作モードへの遷移は、移動局が基地局のカバレジエリアに入る場合、または関連する移動局がスリープまたはアイドルモードから出ることを要求している場合に実行されるようにしてもよい。低デューティ動作モードから無線インタフェースリスンモードへの遷移は、どの移動局も基地局にアタッチしておらず、そのカバレジエリア内に位置してもいない場合に、基地局の自律的決定に従って、実行されてもよい。

本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、請求項１および１７に従属する諸請求項を参照しつつ、図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。

フェムトセルサポートを有するモバイル通信ネットワークの模式図である。 フェムトセル基地局の主要なコンポーネントの模式図である。 基地局の３つの基本動作状態の模式図である。 フェムトセルのネットワークアタッチメントフローを例示する流れ図である。 フェムトセルのネットワークデタッチメントフローを例示する流れ図である。 本発明の第１の実施形態による基地局の２つの異なる動作モードを例示する模式図である。 本発明の別の実施形態による基地局の４つの異なる動作モードを例示する模式図である。 図６および図７の低デューティ動作モードの実施形態を例示する模式図である。 低デューティモード通知シーケンスの実施形態を例示する図である。 基本バージョンにおける移動局への低デューティモードパターンシグナリングの実施形態を例示する図である。 拡張バージョンにおける移動局への低デューティモードパターンシグナリングの実施形態を例示する図である。 スーパーフレーム単位の期間長を有する、図１０の低デューティモードパターンシグナリングの基本バージョンの応用を例示する図である。 スーパーフレーム単位の期間長を有する、図１１の低デューティモードパターンシグナリングの拡張バージョンの応用を例示する図である。

図１は、フェムトセルサポートを有する例示的なモバイル通信ネットワークを模式的に示している。このネットワークにおいて、本発明による方法が好適に適用可能である。図１に示す考慮対象のシステムは、複数のフェムトセル基地局ＦＣＢＳおよび１つのマクロセル基地局を有する。ＩＰバックホールを介して、ＦＣＢＳはアクセスサービスネットワークコントローラに接続される。アクセスサービスネットワークコントローラは、ＡＳＮ（アクセスサービスネットワーク）の論理エンティティであり、ネットワークの管理および保守の仕事を担当する。その結果、ＦＢＳは、固定ネットワークアクセスによって、事業者の無線アクセスネットワークに完全に統合される。フェムトセルＢＳは、共存するマクロＢＳおよびＦＣＢＳへの無線インタフェース（一方向でも双方向でもよい）を利用した直接通信リンクを有してもよい。ワイヤレス通信ネットワークの通常のアーキテクチャによれば、マクロＢＳは、アクセスサービスネットワークコントローラに直接接続される。また、図１は、ＦＣＢＳの１つまたはマクロＢＳに関連する複数の移動局ＭＳを示している。ＭＳは、スリープモードおよび／またはアイドルモードの動作のような、省電力技術に対応していると仮定される。

図２は、フェムトセル基地局の基本的なコンポーネントを模式的に例示している。一般に、フェムトセル基地局は、固定ネットワークサブシステムと、無線インタフェースサブシステムとを備える。広く用いられているタイプのフェムトセルは、ＷｉＭＡＸおよびＩＥＥＥ８０２．１６標準に基づいている。ＷｉＭＡＸは World Wide Interoperability for Microwave Access の略で、ＩＥＥＥ８０２．１６の標準ファミリに基づいている。このような場合、データ送信のためにフェムトセルの無線インタフェースサブシステムによって使用される技術はＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）と呼ばれる。ＯＦＤＭＡは、多数の密集した直交サブキャリアの使用に基づく。ＯＦＤＭＡフレーム構造体は、周波数領域ではサブキャリアによって、そして時間領域ではシンボルによって分割される。ユーザには、データを送受信する際に、「バースト」と呼ばれる２次元（時間領域および周波数領域）の割当が配分される。ＷｉＭＡＸは、フレームが同時に送信されなければならない時間同期通信技術である。別法として、フェムトセルの無線インタフェースサブシステムは、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）や３ＧＰＰ ＬＴＥ（Long Term Evolution）に従って動作してもよい。

固定ネットワークサブシステムは、その有線コネクションを介したフェムトセルの通信を担当する。この有線コネクションは一般にブロードバンドインターネットコネクションである。両方のサブシステム、すなわち無線インタフェースサブシステムおよび固定ネットワークサブシステムは、コントローラユニットの制御下にある。

一般的に、ＢＳ（ＦＣＢＳあるいはマクロＢＳ）は、通信ネットワークの無線ネットワークコントローラによって管理される。無線ネットワークコントローラは、無線リソースおよび干渉の管理を担当する。相異なるＦＣＢＳが同じ周波数帯で動作する可能性があるので、無線ネットワークコントローラがネットワークを完全に把握すれば、システムの安定性およびパフォーマンスにとって有益である。このため、ＦＣＢＳがネットワーク加入および退出の手続きを実行する際には、無線ネットワークコントローラは、それに対応して、例えば、隣接するマクロセスＢＳおよびＦＣＢＳに対する無線リソースポリシーを調整することによって反応することができるようにする。

図３は、ＢＳ（ＦＣＢＳあるいはマクロＢＳ）が動作可能な基本的な状態の模式的概略図である。以下、ＦＣＢＳの場合に、相異なる状態についてやや詳細に説明する。電源オン後、ＦＣＢＳはまず、初期化状態に入ることが可能である。この状態では、ＦＣＢＳは依然としてアクセスサービスネットワークからデタッチされている。デタッチメントの場合、非常に限られた機能のみがサポートされる。

図４に、初期化状態から動作状態への遷移をやや詳細に例示している。アクセスサービスネットワークへのネットワーク接続（バックホール接続）が利用可能になるとすぐに、ＦＣＢＳは、アクセスサービスネットワークコントローラにおいて認証および登録を行う。登録が成功した場合、ＦＣＢＳは、設定データを受信し、次のステップで、ステータス更新を送信し、動作状態に入る。この状態で、ＦＣＢＳは、ネットワークに完全に統合され、完全に動作可能となる。

図５は、ＦＣＢＳの例示的なネットワークデタッチメントフローの流れ図である。ＦＣＢＳが初期化状態への遷移を実行する第１の理由として、単にネットワーク接続の喪失の場合がある。他方、ＦＣＢＳが、加入者または事業者によって、保守の理由で能動的にシャットダウンを要求される場合もある。このような場合、図５に示すようなネットワークシャットダウン手続きを実行することにより、ＦＣＢＳがネットワークからデタッチしようとしていることを無線ネットワークコントローラにシグナリングして、無線コントローラが無線ネットワークおよび干渉の管理の際にこのことを考慮することができるようにするとともに、関連する移動局にサービスの中断を通知し、強制ハンドオーバーのような適切な手続きを隣接フェムトセルＢＳやマクロセル基地局に対して実行してもよい。初期化状態への遷移は、ＦＣＢＳがシャットダウンすることをアクセスネットワーク無線ネットワークコントローラに通知するのに成功した後で、または、ネットワーク接続が利用可能でない場合にはタイマメカニズムで、実行される。

図６は、本発明の第１の実施形態による基地局の２つの異なる動作モードを例示する模式図である。２つの動作モードとして、アクティブモードおよび低デューティ動作モードがある。アクティブモードは、図４に関して説明したような初期状態から入るデフォルトの動作モードとして実施される。本発明によれば、低デューティ動作モードにおいて、ＢＳは、利用可能期間および利用不能期間を有するウィンドウメカニズムを実施する。利用不能期間の場合、無線送信は許可されない。

図６から分かるように、アクティブ動作モードから低デューティ動作モードへの遷移は、ある条件（条件１ａという）が満たされる場合に実行される。例示した場合において、条件１ａは、ＢＳに関連する移動局がない場合、または、すべての関連する移動局がスリープまたはアイドルモードで動作している場合に満たされると仮定される。スリープまたはアイドルモードは、アクティブ期間および低アクティビティ期間を有するウィンドウメカニズムにより実施される。低デューティ動作モードからアクティブモードへ戻る遷移は、条件１ｂが満たされる場合に実行される。条件１ｂは、以下のイベントのうちの少なくとも１つが生起する場合に満たされるものとしてもよい。
・ＭＳが隣接セルからのハンドオーバーを実行する。
・ＭＳがスリープ／アイドルモードを出ることを要求する。
・ＭＳがＢＳのカバレジエリアに入り、該ＭＳのアップリンク受信信号パワーを用いて、しきい値アルゴリズムにより、遷移を決定する。
・無線ネットワークコントローラが、例えばハンドオーバー支援のために、アクティブモードでの動作を要求する。

図７もまた、基地局の相異なる動作モードを例示する模式図である。しかし、図６の実施形態とは異なり、さらに２つの動作モード、すなわち、無線インタフェースリスンモードおよび無線インタフェースオフモードが実施される。もちろん、無線インタフェースリスンモードのみを追加の動作モードとした実施態様も可能である。

アクティブ動作モードと低デューティ動作モードとの間の遷移に対する条件は図６と同一である。また、低デューティ動作モードで動作しているとき、ＢＳは、ＢＳにアタッチしているＭＳや、ＢＳのカバレジエリア内にあるＭＳがない場合には、無線インタフェースリスンモードへの遷移を実行する機会を有する。無線インタフェースリスンモードでは、ＢＳは、無線インタフェース上のすべての送信を停止するが、潜在的な接続試行のためのリスニングは依然として続ける。

無線インタフェースオフモードでは、ＢＳの無線インタフェースサブシステムは、完全にオフにされる。しかし、固定ネットワークインタフェース上の上位層コントローラへのコネクションは維持されるので、必要があればＢＳはアクティブモードに入ることができる。ＢＳは、自己の無線インタフェースサブシステムをオフにすることによって、無線インタフェースリスンモードから無線インタフェースオフモードへの遷移（条件２ｃ）の実行を自律的に決定してもよい。例えば、ＢＳは、ＭＳシグナリングなしに所定期間が経過した後にこのモードに入るようにしてもよい。無線インタフェースリスンモードからアクティブモードへの遷移を実行するためには、低デューティモードからアクティブモードへの遷移（条件１ｂ）に対する上記と同じ条件（条件２ｂ）が満たされるべきである。

無線インタフェースオフモードから、ＢＳは、無線ネットワークコントローラによる要求またはユーザによる手動の要求に応じて、アクティブモードに入ることが可能である（条件３）。

図６および図７の低デューティモードの基本的な動作原理を、図８を参照してやや詳細に例示する。移動局に対するスリープおよび／またはアイドルモードをサポートする、クロッキングされたＴＤＭＡフレーム構造（ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡを含む）を有するモバイルワイヤレスシステムにおいて、アクティビティ期間（リスニングウィンドウまたは利用可能期間と呼ばれる）は、非アクティビティ期間（利用不能期間またはスリープウィンドウと呼ばれる）と交互配置される。利用不能期間中、ＭＳは、エネルギーを節約するために、無線インタフェースの一部をオフにする可能性を有する。各スリープサイクルは、利用可能期間（すなわちリスニング期間／ウィンドウ）と利用不能期間とからなる。スリープサイクルは、基地局では既知であり、いつでも再設定可能である。このことを利用して、基地局側で、無線インタフェースの一部をオフにすることにより、または単に、フレームプリアンブルやヘッダのようなダウンリンク制御信号を送信しないことにより、干渉およびエネルギー消費を低減することができる。

例示した実施形態において、基地局は、自己のカバレジエリア内の移動局のすべてのスリープサイクルの重ね合わせが利用可能期間（すなわち、リスニング期間／ウィンドウ）を示している時に、アクティブとなるように設定される。すべての移動局に対して一致するスリープサイクル（すなわち、開始フレームおよび期間長）を設定することにより、エネルギー消費の最小化を達成することができる。しかし、スリープサイクルはトラフィック特性に適応されるので、これはすべての場合に可能とは限らない。また、パフォーマンス上の理由から、重畳しないスリープサイクルが好ましい。

基地局では、このようにして、スリープサイクルの重ね合わせが、図８に例示したようなパターンを生成する。以下、これを低デューティモードパターン（ＬＤＭパターン）と呼ぶ。基地局の利用可能性を要求する移動局がない期間、すなわち利用不能期間において、基地局は、ダウンリンク制御の送信を停止することができる。移動局は、自己の利用可能期間のみを知っているので、移動局が基地局におけるＬＤＭパターンを知ることは有益である。これにより、スリープまたはアイドルモードから出ようとしている移動局は、アップリンクおよびダウンリンク制御情報におけるどのフレーム送信機会が利用可能であるかを知る。

図９に例示したように、低デューティモードに入る前に、ハンドシェイクメカニズムを確立し、すべての接続された移動局にＢＳのＬＤＭパターンが通知されることを保証してもよい。例えば、ＳＴＩＤのようなブロードキャスト基地局ＩＤを含むＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージのようなブロードキャストメッセージが、ＢＳのカバレジエリア内のすべてのＭＳへ送信されてもよい。その場合、接続モードにある移動局は、ＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＲＳＰメッセージのような応答メッセージにより応答して、ＬＤＭパターンの受容を通知するか、または、シグナリング（例えば、ハンドオーバー、ネットワーク加入、コアネットワークまたはマクロセルＢＳからのシグナリング）もしくは未決のトラフィックがスリープモードを出ることを要求していることを通知することができる。

ブロードキャストの際に、タイマ（ＬＤＭ＿ｒｅｓｐｏｎｓｅ＿ｔｉｍｅｒで表す）が開始される。タイマが所定値（ＬＤＭ＿ｒｅｓｐｏｎｓｅ＿ｄｅａｄｌｉｎｅで表す）を超過した場合、低デューティモードに入る試行は失敗し、例えばＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ１１（低デューティ動作モードから出ることを示す）としたＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージが送信される。基地局は、このメッセージの送信を、接続モードにあるすべての移動局が受容を示すＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＲＳＰメッセージ（例えばＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ００）により応答するまで繰り返す。

別のオプションとして、ＬＤＭパターン情報に、非特許文献４に規定されているセカンダリスーパーフレームヘッダ（secondary superflame header, Ｓ−ＳＦＨ）のようなダウンリンクブロードキャスト制御情報を設けることがある。ＬＤＭパターンのブロードキャストは、アイドルモードにある移動局で適時に受信されることを保証するために、規則的な、あまり長すぎない間隔で行うべきである。Ｓ−ＳＦＨサブパケットＩＥは、ＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージに対して規定されるような関連する制御情報を伝送するために使用可能である。このメッセージングオプションは、基地局に明示的に接続されていないアイドルモードにある移動局に対して有効である。

さらに、低デューティモードに入る前に、基地局は、例えばＡＡＩ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージを用いて、スリープサイクル整合のために、接続モードにあるＭＳのスリープサイクルを再交渉することができるようにしてもよい。再交渉は、移動局および基地局におけるリソース利用可能性を考慮に入れるべきである。それにより、リソースおよびサービス品質の要求仕様が満たされ、利用不能フレームの数が最大化される。

以下、移動局へのＬＤＭパターンシグナリングの相異なる実施形態について、図１０および図１１を参照して説明する。上記ですでに説明したように、ＬＤＭパターンは、接続中またはキャンプ中の移動局のスリープおよびアイドルモードサイクルの結果として得られる、利用可能期間および利用不能期間の系列である。接続された移動局の数およびそれらのトラフィック特性に応じて、パターンの複雑さは、等しい長さの周期的なスリープサイクルの場合には低くなり、異種のスリープサイクル定義の場合には高くなり得る。さらに、モバイルワイヤレスシステムは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（ＩＥＥＥ８０２．１６Ｒｅｖ２、２００９年１月）の場合のように、スリープまたはリスニングウィンドウの暗黙的な変化をサポートする可能性がある。ここで、スリープウィンドウは、スリープサイクル中にシグナリング（例えば、ハンドオーバー、ネットワーク加入、コアネットワークまたはマクロセルＢＳからのシグナリング）またはデータトラフィックが生起しない場合には、所定の最大長まで指数関数的に増大する可能性がある。また、例えば、Ｎ−ｓｔｏｐ−ａｎｄ−ｗａｉｔハイブリッドＡＲＱの場合のように、延期できない再送がスケジュールされている場合には、スリープ期間の例外が起こり得る。基地局は、サポートされていればこれらの規則に従い、適切な時に利用可能期間を提供しなければならない。

しかし、移動局がスリープウィンドウ内に自発的に送信しようとしても、基地局が無線インタフェースから同時に利用不能である場合には、その送信は不可能となる可能性がある。基地局がいつ利用可能になるかについての知識があれば、移動局は、利用可能期間が来るまで、パケットの送信を延期することができる。これは、ＬＤＭパターンを移動局へシグナリングすることを必要とする。というのは、移動局は、自己の利用可能期間しか知らないからである。

ほとんどのワイヤレスシステムでは、移動局がアイドルモードにある場合、基地局は、自己のカバレジエリア内におけるその移動局の存在を知らない。代わりに、移動局が、ダウンリンクブロードキャスト制御情報をリスンして同期する。ダウンリンクブロードキャスト制御情報は、フレーム（または、非特許文献４に記載されているようなスーパーフレーム）ごとのような規則的な間隔で送信されることが多い。すなわち、低デューティ動作モードにある基地局は、同期の喪失や長いネットワーク加入時間を避けるために、ダウンリンク制御情報があまり長すぎない間隔で送信されることを保証すべきである。ダウンリンク制御ブロードキャスト情報におけるＬＤＭパターンの送信は、ネットワーク加入を試行すべき正確な時刻を移動局に提供することにより、パフォーマンスを向上させる。

以下、ＭＳへの利用可能期間の通知について、（非特許文献４に規定されているような）例示的なＩＥＥＥ８０２．１６ｍシステムに基づいて説明する。ＬＤＭパターンは、ダウンリンク制御情報がいつ利用可能になるかに関する情報を移動局に提供する。ＬＤＭパターンシグナリングは、基本型および拡張型という２つの異なるモードで区別される。さらに、透過型では、低デューティモードへの遷移のみが移動局にシグナリングされる。

基本ＬＤＭパターンシグナリングは、ＢＳ利用可能期間およびＢＳ利用不能期間を含むＬＤＭサイクルからなる。基本ＬＤＭパターンシグナリングは、すべての接続された移動局のスリープサイクルを完全には反映しない利用可能期間を通知するために使用される。すなわち、ある移動局から見ると、基地局は、その移動局自身における利用可能期間内に利用可能であるとともに、基本ＬＤＭパターンのシグナリングされた利用可能期間において利用可能である。しかし、移動局にとって、他の移動局の利用可能期間は未知である。したがって、既知の利用可能フレームのみが、自発的送信のために使用可能である。

図１０は、基本ＬＤＭパターンシグナリングの例をグレイフレームによって示す。注意すべき重要な点であるが、ＭＳ１は、次の通知（シグナリング）された利用可能期間のみを知っている。ただし、基地局は、ＭＳ２のスリープサイクルのため、より早く利用可能となる。この種のシグナリングパターンは、基地局における決定性パターンにマッピングすることが不可能な、移動局における動的・暗黙的に適応したスリープサイクルに関して有効な場合がある。

上記のような基本ＬＤＭパターンシグナリングとは異なり、拡張ＬＤＭパターンシグナリングは、より複雑な利用可能期間の生起を通知するために使用される。これは特に、静的なスリープサイクルの重ね合わせから生じるパターンに適している。拡張ＬＤＭパターンシグナリングは、すべての利用可能フレームをカバーすることによって、自発的送信要求に対する潜在的により高速な反応を可能にするように設計される。拡張ＬＤＭパターンは、ビットマップの形式でシグナリング可能である。その場合、１つのビットは、フレームオフセットから始まるフレームの利用可能性／利用不能性を示す。ビットマップの長さは、ＬＤＭパターンの長さも示す。

図１１は、移動局のスリープサイクルの結果として得られる拡張ＬＤＭパターンシグナリングの例を示す。ここで、ＭＳ１は、次の通知された利用可能期間を自発的送信のために使用する。これは、ＭＳ２の次の利用可能期間と一致する。拡張ＬＤＭパターンシグナリングは、ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ０１としたＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージを使用することによって実行可能である。

図１２は、図１０に関して説明した基本ＬＤＭパターンシグナリングの例を示す。期間の長さはスーパーフレーム単位で測定される。この場合のダウンリンク制御情報は、非特許文献４に規定されているようなスーパーフレームヘッダ、プライマリ拡張プリアンブル（primary advanced preamble）およびセカンダリ拡張プリアンブル（secondary advanced preamble）を含む。ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ００としたＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤ ＭＡＣ管理メッセージは、基本ＬＤＭパターンのパラメータを示すことが可能である。

図１３は、図１１に関して説明した拡張ＬＤＭパターンシグナリングの例を示す。期間の長さはスーパーフレーム単位で測定される。図１３において、利用可能期間は、複数ビットのスーパーフレームアクティビティビットマップで示されている。このビットマップにおいて、「１」はスーパーフレーム内のアクティブフレームを示し、「０」は非アクティブフレームを示す。この例は、４個の連続するスーパーフレームアクティビティビットマップによって規定される拡張ＬＤＭパターンの一例を示している。

上記の透過モードは、ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ１０によって示すことが可能である。透過モードでは、基地局は、ＬＤＭパターンに関する情報を移動局に提供しない。したがって、移動局には、ＬＤＭパターンは未知である。しかし、基地局は、移動局のスリープサイクル定義によって通知されたフレームにおいて、基地局が利用可能であることを保証する。

以下、ＬＤＭパターンシグナリングのために使用可能なＭＡＣ管理メッセージフォーマットをまとめる。ＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージ（Femtocell Base Station Low Duty Mode Indication Message, フェムトセル基地局低デューティモード通知メッセージ）に対するパラメータの例を次の表に列挙する。

パラメータの説明：
Ｓｔａｒｔ＿ｆｒａｍｅ＿ｎｕｍｂｅｒ
低デューティモードに入るスーパーフレーム番号を指定する
ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ
ＬＤＭパターンのタイプを示す：
ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ００：基本パターン通知
ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ０１：拡張パターン通知
ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ１０：透過モード
ＬＤＭ＿ｐａｔｔｅｒｎ＿ｔｙｐｅ＝０ｂ１１：低デューティモードを出る
Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ＿ｉｎｔｅｒｖａｌ
スーパーフレーム数を単位として利用可能期間の初期継続時間を指定する
Ｎｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿ＳＦ＿ｂｉｔｍａｐｓ
このパターン定義におけるスーパーフレームアクティビティ通知ビットマップの数
ＳＦ＿ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｂｉｔｍａｐ
スーパーフレーム内のどのフレームが利用可能であるかを記述する。「１」は無線が利用可能であることを示す。
Ｕｎａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ＿ｉｎｔｅｒｖａｌ
スーパーフレーム数を単位として利用不能期間の継続時間を指定する

ＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＲＳＰメッセージ（Femtocell Base Station Low Duty Mode Response Message, フェムトセル基地局低デューティモード応答メッセージ）に対するパラメータの例を次の表に列挙する。

パラメータの説明：
ｒｅｓｐｏｎｓｅ
ＡＡＩ＿ＦＣＢ−ＬＤＭ−ＩＮＤメッセージに対する移動局の応答を示す。
ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝０：シグナリングされたパラメータで低デューティモードに入ることに肯定応答
ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝０ｘ１：否定応答
ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝０ｘ２：否定応答、未決データをこれから送信する
ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝［０ｘ３..０ｘ８］：予約

上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。

Claims (16)

1. モバイルワイヤレスシステムの基地局の動作方法において、前記基地局は相異なる動作状態で動作するように構成され、前記動作状態は少なくとも、アクティブ動作モードと、前記アクティブ動作モードと比較して無線送信アクティビティを低減した低デューティ動作モードとを含み、
   前記低デューティ動作モードは、前記基地局が、無線送信が許可される利用可能期間と、無線送信が許可されない利用不能期間とを有するパターンを有し、前記パターンは、基地局に関連する各移動局のスリープサイクルにおける利用可能期間と、前記基地局の利用可能期間と利用不能期間からなる基本低デューティ動作モードにおける利用可能期間とを、前記パターンにおける利用可能期間とすることにより生成されることを特徴とする、基地局の動作方法。
2. 前記基地局がフェムトセル基地局であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基地局が、前記基本低デューティ動作モードを関連する移動局に通知することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記基地局が、前記低デューティモードに入る前に、自己の利用可能期間および利用不能期間の受容に関して、関連する移動局から情報を受信するように構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記基地局が、整合の目的で、接続モードにある移動局のスリープサイクルを再交渉するように構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記アクティブ動作モードは、前記基地局が初期化状態からの遷移を実行する際に入るデフォルト動作状態として設定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記動作状態が、無線インタフェースリスンモードという別の動作モードを含み、該動作モードでは、無線送信アクティビティはないが、前記基地局は潜在的な接続試行をリスンすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記動作状態が、無線インタフェースオフモードという別の動作モードを含み、該動作モードでは、前記基地局の無線インタフェースサブシステムが完全にオフにされることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. モバイルワイヤレスシステムに配備するための基地局において、該基地局は相異なる動作状態で動作するように構成され、前記動作状態は少なくとも、アクティブ動作モードと、前記アクティブ動作モードと比較して無線送信アクティビティを低減した低デューティ動作モードとを含み、
   前記低デューティ動作モードは、該基地局が、無線送信が許可される利用可能期間と、無線送信が許可されない利用不能期間とを有するパターンを有し、前記パターンは、基地局に関連する各移動局のスリープサイクルにおける利用可能期間と、前記基地局の利用可能期間と利用不能期間からなる基本低デューティ動作モードにおける利用可能期間とを、前記パターンにおける利用可能期間とすることにより生成されることを特徴とする基地局。
   
10. 前記基地局がフェムトセル基地局であることを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. 前記基地局が、前記基本低デューティ動作モードを関連する移動局に通知することを特徴とする請求項９または１０に記載の基地局。
12. 前記基地局が、前記低デューティモードに入る前に、自己の利用可能期間および利用不能期間の受容に関して、関連する移動局から情報を受信するように構成されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の基地局。
13. 前記基地局が、整合の目的で、接続モードにある移動局のスリープサイクルを再交渉するように構成されることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の基地局。
14. 前記アクティブ動作モードは、前記基地局が初期化状態からの遷移を実行する際に入るデフォルト動作状態として設定されることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の基地局。
15. 前記動作状態が、無線インタフェースリスンモードという別の動作モードを含み、該動作モードでは、無線送信アクティビティはないが、前記基地局は潜在的な接続試行をリスンすることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の基地局。
16. 前記動作状態が、無線インタフェースオフモードという別の動作モードを含み、該動作モードでは、前記基地局の無線インタフェースサブシステムが完全にオフにされることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の基地局。
    

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