JP5844385B2 - 通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法および対応するシステム - Google Patents

通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法および対応するシステム Download PDF

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Description

本発明は、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法に関する。該方法は、
ａ）データ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークのフレーム構造に従って少なくとも１つの無線フレームを定義するステップと、
ｂ）少なくとも１つのユーザ機器のランダムデータ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの少なくとも１つの基地局によって前記無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するステップと、
ｃ）ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器によって前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスするステップと
を備える。
また、本発明は、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供するシステムであって、好ましくは請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法を実行するシステムに関する。該システムは、前記ワイヤレスネットワークの少なくとも１つのセルに割り当てられた少なくとも１つの基地局と、前記ワイヤレスネットワークのセルのうちの少なくとも１つに位置する少なくとも１つのユーザ機器とを備え、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのユーザ機器のランダムデータ送信のために無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するように構成される。
本発明は、任意の通信装置にも適用可能であるが、以下では、マシンタイプ通信（machine-type communication, ＭＴＣ）に関して説明する。
マシンタイプ通信とは、それぞれ対応する通信装置（例えば無線インタフェース）を有する２つのマシン間の通信である。第１のマシンが、例えば、第２のマシンから情報やデータを取得する場合がある。多くのマシンタイプ通信装置が、定期的な時間間隔で、比較的短いメッセージの送信を要求する。例えば、飲料自動販売機が、飲料供給業者のサーバへ定期的な間隔でワイヤレス通信ネットワーク経由で飲料の充填レベルを送信する。そして、飲料の充填レベルが所定のしきい値よりも減少している場合、サーバは、供給業者に対して、飲料自動販売機に再充填しなければならないことを通知または指示する。
送信の引き続く要求の間の時間間隔は一般に非常に長いので、各マシンタイプ通信装置が永続的なコネクションを使用したり、それを正当化したりすることはできない。というのは、データ送信リソースは他の通信装置と共有されなければならず、もちろん限度があるからである。他方、引き続く要求の間の時間間隔は、必ずしも決定論的ではない。引き続く要求の間の時間間隔には多かれ少なかれ変動が起こり得る。例えば、飲料自動販売機が、２日ごとに、飲料供給業者のサーバへ充填レベルを送信する。ただし、地域のイベント、例えばサッカーの試合が行われる場合には、多くの人々が比較的短期間内に飲料自動販売機を利用して、再充填が直ちに必要な程度にまで充填レベルが低下する可能性がある。その場合、飲料自動販売機は、飲料が危機的に少量になるのを避けるため、はるかに短い時間スケールでワイヤレスネットワーク内の基地局に対して充填レベル情報の送信を要求する可能性がある。
このようなデータ送信要求のための適切な通信を提供するため、例えば３ＧＰＰ ＬＴＥ（Long Term Evolution）で実装されているランダムアクセスチャネルが提案されている。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ／ｍにおいても、帯域要求チャネル（bandwidth request channel, ＢＲＣＨ）という名称で、対応するランダムアクセスチャネルが提案されている。
しかし、マシンタイプ通信装置の要求に関するネットワークトラフィック強度は、マシンタイプ通信装置の設置密度および普及速度が高いエリアでは非常に大きい。例えば、ある研究によれば、代表的なロンドン都市部のセル方式のネットワーク構成においては、データ送信のためにセルあたり毎秒のランダムアクセスチャネル要求数が３０に達すると推定されている。
ランダムアクセスチャネルに対して毎秒多数の要求があると、従来のランダムアクセスチャネル仕様の容量の問題が生じる。この問題は、複数のマシンタイプ通信装置が同じ時間／周波数リソースまたはリソースユニットを使用する確率、特に、同時に同じプリアンブルまたはＣＤＭＡコードを使用する確率に依存する。容量は、毎秒の要求数によって定義され、これは、衝突確率が所定の値、例えば１％を下回るという条件の下でサイズが変動し得る。
また、マシンタイプ通信装置は、通常のネットワークにおける他のモバイル装置とも共存するので、ランダムアクセスチャネルのためのリソースユニットの量を任意に増大させることはできない。
マシンツーマシンアプリケーション（machine-to-machine application）は極めて多様なサービス品質要求を有するので、マシンタイプ通信装置による送信要求の衝突確率はさらに増大する。サービス品質要求が高い場合、マシンツーマシンアプリケーションは、例えば直ちにデータを送信しなければならないため、マシンタイプ通信装置の普及率も非常に高いときには衝突が増大することになる。
したがって、本発明の目的は、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法およびシステムにおいて、１つ以上のランダムアクセスチャネル経由で送信を要求する際にマシンタイプ通信装置の送信の衝突確率が低減されるような方法およびシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法およびシステムにおいて、ランダムアクセスチャネルを提供する際および／またはランダムアクセスチャネルにアクセスする際にフレキシビリティが向上するような方法およびシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法およびシステムにおいて、従来のワイヤレスネットワークにおける実施が簡単、安価および／または容易であるような方法およびシステムを提供することである。
本発明によれば、上記の目的は請求項１に記載の方法および請求項１６に記載のシステムによって達成される。
請求項１に記載の通り、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法は、
ａ）データ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークのフレーム構造に従って少なくとも１つの無線フレームを定義するステップと、
ｂ）少なくとも１つのユーザ機器のランダムデータ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの少なくとも１つの基地局によって前記無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するステップと、
ｃ）ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器によって前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスするステップと
を備え、
ｄ）前記少なくとも１つのユーザ機器のネットワークユーザ機器関連情報を含む前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定するステップと、
ｅ）ランダムデータ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てるステップと
を備えたことを特徴とする。
請求項１６に記載の通り、通信のために好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供するシステムであって、好ましくは請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法を実行するシステムは、前記ワイヤレスネットワークの少なくとも１つのセルに割り当てられた少なくとも１つの基地局と、前記ワイヤレスネットワークのセルのうちの少なくとも１つに位置する少なくとも１つのユーザ機器とを備え、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのユーザ機器のデータ送信のために無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するように構成され、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのユーザ機器のネットワークユーザ機器関連情報を含む前記ワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定し、ランダムデータ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てるように構成されることを特徴とする。
本発明によって初めて認識されたこととして、ネットワークユーザ機器関連情報を含むワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定し、データ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てることにより、相異なるマシンタイプ通信装置の送信間の全体的な衝突確率を低減しながら、無線フレームに１つ以上のランダムアクセスチャネルが提供される。例えば、基地局によって提供されるランダムアクセスチャネルの個数は、マシンタイプ通信装置の前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワーク内での実際の需要に従って適応させられる。
また、本発明によって初めて認識されたこととして、判定されたネットワーク情報に従って少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当て提供することにより、好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークインフラストラクチャの装置およびリソースが効果的に利用され、一般的に、ワイヤレスネットワークインフラストラクチャ装置のフレキシビリティが向上する。
さらなる特徴、効果および好ましい実施形態は従属請求項に記載される。
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの無線フレーム内の前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが静的である。これにより実施が容易になる。というのは、前記判定されたネットワーク情報に従って変動するのは、前記少なくとも１つの無線フレーム内に提供されるランダムアクセスチャネルの個数のみだからである。例えば、ランダムアクセスチャネルに対する要求の個数がランダムアクセスチャネル経由でデータを送信するために増大する場合、ランダムアクセスチャネルに対する要求の個数の増大に対処するために、無線フレーム内のランダムアクセスチャネル数も増大する。しかし、基地局によって提供されるランダムアクセスチャネルのサイズおよび／または配置は既定である。
さらに好ましい実施形態によれば、複数の無線フレームが定義され、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが少なくとも２つの相異なる無線フレーム間で異なる。例えば２つの引き続く無線フレーム間で前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズを変えることにより、無線フレーム内の前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが非常にフレキシブルな形で提供される。例えば、マシンタイプ通信装置が短いメッセージを送信するためにランダムアクセスチャネルを要求する場合、ランダムアクセスチャネルのサイズは、別のマシンタイプ通信装置が、より大きなメッセージのために、当該無線フレーム内の第２のランダムアクセスチャネルを使用することができるように適応させてもよい。これにより、ワイヤレスネットワークリソースの利用がさらに効果的になる。前記少なくとも１つの無線フレーム内の前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズは、特に、前記ワイヤレスネットワークの周波数範囲および／または時間間隔に依存する。これにより、通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供することの容易な実施が可能となる。ＯＦＤＭＡワイヤレスネットワークにおけるランダムアクセスチャネルは、時間および／または周波数間隔を定義するために、時刻を表すある特定のＯＦＤＭシンボル番号と、周波数および対応する領域拡張を表す無線フレームのある特定のサブキャリアとによって定義されてもよい。
さらに好ましい実施形態によれば、ネットワーク情報は、ネットワーク品質情報、好ましくは経路損失、サービス品質、好ましくは最大および／または平均遅れ時間、および／またはサービス利用可能性関連情報を含む。推定または測定された経路損失に基づいて、空間的経路損失分布の一部を反映するＣＤＦ等のような経路損失尺度、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルのサイズおよび／または配置あるいは好ましくはさらなるパラメータが判定され、適切な基地局、好ましくは所定の経路損失基準を満たす特定のノード群に割り当てられる。これにより、基地局の暗黙的な電力制御および電力グルーピングが実現され、経路損失の高い基地局ほど、ランダムアクセスチャネルの形式で利用可能なリソースが増大し、より低い変調符号化方式（modulation and coding scheme, ＭＣＳ）を使用することを保証することで、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネル経由でのデータ送信の成功が確実になる。さらに、自動反復要求確率および対応する自動反復要求プロトコルが、所定の経路損失基準を満たすこれらの基地局に対して適応あるいは変更されることにより、好ましくは、対応する基地局のエネルギー消費や、送信データの復号プロセスの成功のような特定の基準が最適化される。サービス利用可能性関連情報は、例えば、緊急サービスのための情報や、ユーザ機器が前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスすることが可能な周波数を含む。
さらに好ましい実施形態によれば、ネットワーク情報は、地理的、時間的および／またはユーザ機器優先度の情報を含む。これにより、ランダムアクセスチャネルを提供する際にさらなる最適化が可能となる。例えば、ユーザ機器優先度情報が含まれる場合、緊急通知局には直ちにランダムアクセスチャネルが提供されるのに対して、例えば飲料自動販売機は、より低いユーザ機器優先度を有し、飲料自動販売機からの充填レベル等のデータは、より高い優先度のユーザ機器が前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを使用していない場合にのみ送信されることが可能である。時間的なネットワーク情報としては、ワイヤレスネットワークにおける時間依存トラフィック発生に関する情報が挙げられる。これにより、全体的なネットワークトラフィックが低い場合には、より多くのランダムアクセスチャネルが提供され割り当てられることが可能である。地理的情報としては、ユーザ機器やマシンタイプ通信装置の地理的位置が挙げられる。この情報は、例えば、マシンタイプ通信装置の密度がより高い地理的領域において、より多数のランダムアクセスチャネルを提供し割り当てるために使用可能である。このような情報により、好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの無線フレームに前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルをさらに効果的に割り当て提供することが可能となる。
さらに好ましい実施形態によれば、ネットワーク情報は、取引関連情報を含む。取引関連情報としては、ワイヤレスプロバイダ契約の種類、サービスに対する支払の種類および金額、および／または、それぞれのサービスおよび該サービスを提供するサーバの重要度が挙げられる。無線フレーム内で好ましくはサイズおよび／または配置が変化する前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが、所定の取引パラメータを満たす基地局によって割り当てられ提供されることが可能である。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが、ブロードキャストまたはユニキャストによって、前記少なくとも１つのユーザ機器に提供される。ユニキャストによれば、各ユーザ機器ごとに個別に、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズの情報を提供することが可能である。これに対して、ブロードキャストによれば、容易な形で、複数のユーザ機器に前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供することが可能である。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのユーザ機器が、該ユーザ機器における前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの無線チャネルごとの利得に従って、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルに割り当てられる。これにより、基地局とユーザ機器との間のワイヤレスネットワークコネクションの特性にユーザ機器を容易かつ確実に適応させることができる。例えば、ユーザ機器の送信電力が、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルのチャネルごとの利得に従って低減されてもよい。利得は一般に、経路損失の逆数、および、信号強度、受信電力、信号対雑音比等のような他のすべての導出される尺度に対応する。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つの基地局が、複数のランダムアクセスチャネルのチャネルごとの利得を逐次的に取得する。前記少なくとも１つのユーザ機器にランダムアクセスチャネルを割り当てる際に、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つの基地局によってさらなるアクションを実行せずに、ランダムアクセスチャネルのチャネルごとの利得を非常に容易に取得することが可能である。
さらに好ましい実施形態によれば、ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器に前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てることが、好ましくはタイミング情報および／またはランダムアクセスチャネル情報を含む、所定の割当パターンを含む。このような所定の割当パターンは、前記少なくとも１つのユーザ機器に対して、どのランダムアクセスチャネルをいつ選択すべきかを指示することが可能である。前記少なくとも１つのユーザ機器は、例えば、タイミング情報を含む所定の割当パターンに従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスしてもよい。このタイミング情報は、好ましくは、前記少なくとも１つのユーザ機器が、所与の間隔で、あるランダムアクセスチャネルにアクセス可能であることを意味する。所定の割当パターンは、ランダムアクセスチャネル情報を含んでもよい。すなわち、前記少なくとも１つのユーザ機器によるランダムアクセスチャネルの選択が、所定の割当パターン、好ましくは時間変化するパターンに従って実行される。
さらに好ましい実施形態によれば、同じ少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが複数の基地局によって提供され、各基地局が、セル方式のワイヤレスネットワークのセルに割り当てられる。複数の基地局によって同じ少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供する１つの利点は、ユーザ機器がある特定のセルに制限されないことである。ユーザ機器が、相異なる基地局によって提供される前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルに割り当てられると、ユーザ機器が第１のセルを出て異なる基地局の第２のセルに入る際にユーザ機器に対するマクロダイバーシティが得られ、ハンドオーバーのオーバーヘッドが回避される。また、ユーザ機器は、セル固有の属性を復号する必要がない。というのは、ユーザ機器は、セル方式のワイヤレスネットワークの複数のセルにわたる通信のために単に同じパラメータを使用すればよいからである。例えば、複数のセルにわたって提供されるランダムアクセスチャネルが、車両マシンツーマシン通信において使用可能である。この場合、セルは、同じランダムアクセスチャネルを共有する道路に沿って配列される。別の例として、特定のサービスに加入していてランダムアクセスチャネルを通じてアクセス可能なユーザ機器のグループは、相異なるセルにわたってこの特定のランダムアクセスチャネルを使用することができるので、この特定のランダムアクセスチャネルにアクセスするためにセル固有の制御情報を要求および／または交換することがない。このことは、ランダムアクセスチャネルを通じてデータ通信を確立するための制御オーバーヘッドが低減され、マクロダイバーシティが向上することを意味する。この特定のランダムアクセスチャネルは、ＳＩＭデータ等を使用せずにアクセスされてもよい。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルおよび前記少なくとも１つの基地局が、前記少なくとも１つの基地局から少なくとも１つのユーザ機器へのダウンリンクデータ送信を提供するように構成される。前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが前記基地局のうちの少なくとも１つによってアクセス可能な場合、複数の基地局および／または隣接する基地局が、無線フレームの同じ共有されたリソースまたはリソースユニットにアクセス可能であるので、「ダウンリンクランダムアクセスチャネル」を構成する基地局からユーザ機器へのデータ送信が可能となる。これにより、分数周波数再利用のよりフレキシブルな実現が可能となり、ワイヤレスネットワークにおけるセル間連携シグナリングがさらに低減される。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが、好ましくはセル方式のワイヤレスネットワークのセル内に位置する、少なくとも２つのユーザ機器を含む少なくとも１つのユーザ機器グループに割り当てられる。これにより、１つまたは複数のパラメータによって定義されることが可能なユーザ機器のグループを割り当てることが可能となる。パラメータは、例えば、供給業者等が同じである飲料自動販売機を示してもよい。この場合、このようないわゆる「グループ共有ランダムアクセスチャネル」は、１つ以上の所定のパラメータに従ってユーザ機器を含むユーザ機器グループによって使用されてもよい。これにより、ワイヤレスネットワーク内でランダムアクセスチャネル提供し使用するフレキシビリティがさらに向上する。
さらに好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのユーザ機器グループに割り当てられた前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが、物理ランダムアクセスチャネルにマッピングされる。これにより、ネットワークの物理レベルの構造を変更せずにユーザ機器のグルーピングが可能となり、従来のワイヤレスネットワークにおける実施が容易になる。
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、一方で請求項１および１６に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で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。
ＯＦＤＭＡ無線フレームおよびＯＦＤＭＡ無線フレーム内の２つのランダムアクセスチャネルの模式図である。 複数のＯＦＤＭＡ無線フレーム内の２つのランダムアクセスチャネルの動的配置の模式図である。 グループ共有ランダムアクセスチャネルから物理ランダムアクセスチャネルへのマッピングを示す図である。 第１の実施形態における方法のステップを示す図である。 本発明の第１の実施形態によるシステムを示す図である。
図１は、ＯＦＤＭＡ無線フレームおよびＯＦＤＭＡ無線フレーム内の２つのランダムアクセスチャネルの模式図を示している。
図１には、ＯＦＤＭＡシンボルからなる無線フレーム（radio frame）ＲＦ内の２つのランダムアクセスチャネルの構成が示されている。横方向には時間軸を示し、縦軸は周波数軸である。図示されている無線フレームＲＦは、左側のダウンリンクサブフレーム（downlink subframe）ＤＳＦと、右側のアップリンクサブフレーム（uplink subframe）ＵＳＦに分割されている。無線フレームＲＦ内の各列はＯＦＤＭシンボルを表す。ダウンリンクサブフレームＤＳＦの時間方向の最初の４列は、制御シグナリング領域（control signaling region）ＣＳＲを表す。これは、図１の矢印で示される対応するアップリンクサブフレームＵＳＦ内のランダムアクセスチャネル（random access channel）ＲＡＣＨ１、ＲＡＣＨ２の配置およびサイズを指定する。したがって、制御シグナリング領域ＣＳＲには、ランダムアクセスチャネル情報要素（random access channel information element）ＲＡＣＨ１ＩＥ、ＲＡＣＨ２ＩＥが含まれる。これらのランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨ１ＩＥ、ＲＡＣＨ２ＩＥは、例えば、図１の矢印で示される対応するアップリンクサブフレームＵＳＦ内の対応するランダムアクセスチャネルＲＡＣＨ１、ＲＡＣＨ２のアドレス、位置およびサイズを含んでもよい。図１において、第１のランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨ１ＩＥは、アップリンクサブフレームＵＳＦの左上隅から出発して時間方向に５リソースユニット（resource unit）ＲＵおよび周波数方向に６リソースユニットＲＵのサイズを有する左上領域にある、アップリンクサブフレームＵＳＦ内の第１のランダムアクセスチャネルＲＡＣＨ１の配置を指定する。第２のランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨ２ＩＥは、時間方向に５リソースユニットＲＵおよび周波数方向に２リソースユニットＲＵのサイズを有する、アップリンクサブフレームＵＳＦの右下隅にある対応するアップリンクサブフレームＵＳＦ内のランダムアクセスチャネルＲＡＣＨ２を定義する。
図２は、複数のＯＦＤＭＡ無線フレーム内の２つのランダムアクセスチャネルの動的配置の模式図を示している。
図２には、５個の無線フレームＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦ４およびＲＦ５が示されている。各無線フレームＲＦ１〜ＲＦ５は、ダウンリンクサブフレームＤＳＦおよびアップリンクサブフレームＵＳＦを含む。各ダウンリンクサブフレームＤＳＦは、制御シグナリング領域ＣＳＲを含む。制御シグナリング領域ＣＳＲは、ランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥを含む。ランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥは、各アップリンクサブフレームＵＳＦ内の第１および第２のランダムアクセスチャネルＲ１、Ｒ２の配置およびサイズを指定する。
第１の無線フレームＲＦ１において、ランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥは、第１の無線フレームＲＦ１のアップリンクサブフレームＵＳＦ内の左上隅にある第１のランダムアクセスチャネルＲ１の配置を指定する。また、ランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥは、第１のランダムアクセスチャネルＲ１が時間に関して静的でもあるという情報をさらに含む。これは、次の無線フレームＲＦ２における対応するアップリンクサブフレームＵＳＦ内の第１のランダムアクセスチャネルＲ１のサイズおよび配置が静的であることを意味する。
第２の無線フレームＲＦ２において、制御シグナリング領域ＣＳＲ内のランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥは、第２のランダムアクセスチャネルＲ２のリソースユニットＲＵの周波数に関して動的に変化する配置で、第２のランダムアクセスチャネルＲ２の配置およびサイズを指定するように構成される。第２の無線フレームＲＦ２において、第１のランダムアクセスチャネルＲ１は、第１の無線フレームＲＦ１におけるのと同じサイズおよび配置を有する。第２のランダムアクセスチャネルＲ２は、時間方向においてアップリンクサブフレームＵＳＦ全体にわたるサイズを有する、アップリンクサブフレームＵＳＦの下部領域に配置される。
第３の無線フレームＲＦ３において、ランダムアクセスチャネル情報要素ＲＡＣＨＩＥは再構成され、今度は、無線フレームＲＦ１およびＲＦ２のアップリンクサブフレームＵＳＦ内の位置に関して、ランダムアクセスチャネルＲ１およびＲ２について相異なるランダムアクセスチャネル位置を指定する。例えば、図２では、第３の無線フレームＲＦ３において、ランダムアクセスチャネルＲ１は今度は、無線フレームＲＦ３の周波数軸に関して中間の位置を有する。
第４の無線フレームＲＦ４において、第１のランダムアクセスチャネルＲ１は、第３の無線フレームＲＦ３におけるのと同じサイズおよび位置を有する。第３および第４の無線フレームＲＦ３、ＲＦ４において、第２のランダムアクセスチャネルＲ２は設けられない。
第５の無線フレームＲＦ５においては、ランダムアクセスチャネルＲ１は示されていないが、第２のランダムアクセスチャネルＲ２が、第２の無線フレームＲＦ２における位置と比べて異なる位置に配置されている。したがって、要約すれば、第１のランダムアクセスチャネルＲ１は、無線フレームＲＦ１とＲＦ２、および、ＲＦ３とＲＦ４においてそれぞれ同じ配置で、各無線フレームＲＦ１〜ＲＦ４において時間反復パターンに従うように構成される。第２のランダムアクセスチャネルＲ２は、３つごとの無線フレームＲＦ２、ＲＦ５において相異なる位置に現れる周波数ホッピングパターンに従うように構成される。無線フレームＲＦ２とＲＦ３との間で、第１のランダムアクセスチャネルＲ１は異なる周波数配置に再構成される。
図３は、グループ共有ランダムアクセスチャネルから物理ランダムアクセスチャネルへのマッピングを示している。
図３には、下位のアップリンク物理チャネルレベルおよび上位のアップリンクトランスポートチャネルレベルを含むアップリンクチャネルの２つのレベルが示されている。アップリンク物理チャネルレベルには、物理ランダムアクセスチャネル（physical random access channel）ＰＲＡＣＨ、物理アップリンク共有チャネル（physical uplink shared channel）ＰＵＳＣＨ、および、アップリンク制御情報を共有する物理アップリンク制御チャネル（physical uplink control channel）ＰＵＣＣＨが示されている。アップリンクトランスポートチャネルレベルには、グループ共有ランダムアクセスチャネル（group shared random access channel）ＧＳＲＡＣＨ、ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨおよびアップリンク共有チャネル（uplink shared channel）ＵＬ−ＳＣＨが示されている。グループ共有ランダムアクセスチャネルＧＳＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨのインスタンスにマッピングされる。ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨもまた、物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨのインスタンスにマッピングされる。アップリンク共有チャネルＵＬ−ＳＣＨは、物理アップリンク共有チャネルＰＵＳＣＨにマッピングされる。
グループ共有ランダムアクセスチャネルＧＳＲＡＣＨの設定は、以下のステップによって実行可能である。第１のステップで、ｅＮＢ（evolved node B）は、例えばサービス品質プロファイル、ユーザ機器速度等の測定結果に従って、グループ共有ランダムアクセスチャネルＧＳＲＡＣＨを作成することを決定する。第２のステップで、ｅＮＢ（evolved node B）は、選択された個数のユーザ機器へRadioResourceControl-ConnectionReconfigurationメッセージをユニキャストする。RadioResourceControl-ConnectionReconfigurationメッセージは、RadioResourceConfigDedicated情報要素を含む。RadioResourceConfigDedicated情報要素は、以下のように、専用の物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨの構成を含むように修正される（下線テキストは新規の項目を示す）。
-- ASN1START
PhysicalConfigDedicated ::= SEQUENCE {
pdsch-ConfigDedicated PDSCH-ConfigDedicated OPTIONAL, -- Need ON
pucch-ConfigDedicated PUCCH-ConfigDedicated OPTIONAL, -- Need ON
pusch-ConfigDedicated PUSCH-ConfigDedicated OPTIONAL, -- Need ON
uplinkPowerControlDedicated UplinkPowerControlDedicated OPTIONAL, -- Need ON
tpc-PDCCH-ConfigPUCCH TPC-PDCCH-Config OPTIONAL, -- Need ON
tpc-PDDCH-ConfigPUSCH TPC-PDCCH-Config OPTIONAL, -- Need ON
cqi-ReportConfig CQI-ReportConfig OPTIONAL, -- Need ON
soundingRS-UL-ConfigDedicated SoudingRS-UL-ConfigDedicated OPTIONAL, -- Need ON
antennaInfo CHOICE {
explicitValue AntennaInfoDedicated,
defaultValue NULL
} OPTIONAL, -- Need ON
schedulingRequestConfig SchedulingRequestConfig OPTIONAL, -- Need ON
...,
[[ cqi-ReportConfig-v920 CQI-ReportConfig-v920 OPTIONAL, -- Need ON
antennaInfo-v920 AntennaInfoDedicated-v920 OPTIONAL -- Need ON
]]
prach-ConfigDedicated PRACH-ConfigDedicated OPTIONAL -- Need ON
}
-- ASN1STOP
新規の情報要素PRACH-ConfigDedicatedは、以下のように定義される。
-- ASN1START
PRACH-ConfigDedicated ::= SEQUENCE {
prachConfig PRACH-Config
}
-- ASN1STOP
上記の修正がされていない情報要素PRACH-configは、非特許文献１に定義されている。
さらに、グループ共有ランダムアクセスチャネルＧＳＲＡＣＨを提供するための他のすべての可能性および／または関連性のあるパラメータが、RadioResourceConfigDedicated情報要素内のそれぞれの情報要素に含まれるか、または、含まれる可能性がある。そのようなパラメータとしては、例えば、ＰＤＣＰ（package data conversation protocol）、無線リンク制御（radio link control）ＲＬＣおよび媒体アクセス制御（media access control, ＭＡＣ）関連のパラメータがある。グループ共有ランダムアクセスチャネルＧＳＲＡＣＨにアクセスするため、選択されたユーザ機器は、好ましくは非特許文献１および／または非特許文献２に記載されている、従来のメカニズムを使用する。ただし、明示的にシグナリングされたユーザ機器のみが、アップリンクフレーム（uplink frame）ＵＬＦ内のそれぞれのリソースユニットＲＵにおいてプリアンブルを送信することが許可される。
図４は、第１の実施形態による方法のステップを示している。
図４において、参照符号ａは、
データ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークのフレーム構造に従って少なくとも１つの無線フレームを定義するステップ
を表す。
参照符号ｂは、
少なくとも１つのユーザ機器のランダムデータ送信のために前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの少なくとも１つの基地局によって前記無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するステップ
を表す。
参照符号ｃは、
ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器によって前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスするステップ
を表す。
参照符号ｄは、
前記少なくとも１つのユーザ機器のネットワークユーザ機器関連情報を含む前記好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定するステップ
を表す。
参照符号ｅは、
ランダムデータ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てるステップ
を表す。
図５は、本発明の第１の実施形態によるシステムを示している。
図５には、３つの基地局１ａ、１ｂ、１ｃが示されている。各基地局１ａ、１ｂ、１ｃは、ＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの特定のセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に割り当てられる。ユーザ機器が、セルＣ３、Ｃ２、Ｃ１を通るライン２に沿って移動する。第１の位置Ｐ１で、ユーザ機器は、セルＣ３内のランダムアクセスチャネルＲを、対応する基地局１ｃに対して要求する。すると、ランダムアクセスチャネルＲが基地局１ｃによって提供される。基地局１ｃのセルＣ３の境界を越えると、ユーザ機器は、基地局１ｂのセルＣ２に入る。しかし、ユーザ機器は、基地局１ｃのランダムアクセスチャネルＲに合わせて設定されている。そこで、基地局１ｂは、例えば位置Ｐ２にあるユーザ機器に対して、セルＣ２内で同じランダムアクセスチャネルＲを提供する。これにより、新たなハンドオーバーは不要であり、ユーザ機器はセル固有の属性を復号する必要がなく、複数のセルＣ１〜Ｃ３にわたって同じパラメータを使用することが可能である。また、基地局１ｂのセルＣ２と基地局１ａのセルＣ１との間の境界を越えるときにも、基地局１ａによるランダムアクセスチャネルＲは、基地局１ｂおよび１ｃによって提供されるのと同じである。
要約すれば、本発明は、マシンタイプ通信のためにランダムアクセスチャネルを提供する最適化された方法を提供する。もう１つの利点として、ランダムアクセスチャネルの位置決定が、周波数選択的なチャネルにおいて実行可能である。さらなる利点として、周波数選択的なチャネルの利得が、好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスネットワークの基地局による追加的なシグナリングや測定なしに取得可能である。さらなる利点として、本発明による方法およびシステムは、ランダムアクセスチャネルへの非常にフレキシブルなアクセスを提供する。さらなる利点として、マシンツーマシン装置は、ランダムアクセスチャネルへの最適化された物理アクセスが可能である。さらなる利点として、マシンタイプ通信におけるランダムアクセスの、時間変化し状況に応じて動的な最適化が可能である。
さらなる利点として、協調的な、好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスアクセスシステムにおけるマシンタイプ通信装置の容量が増大する。さらなる利点として、マシンタイプ通信装置のエネルギー消費を低減させることができる。
本発明による方法およびシステムは、好ましくは、３ＧＰＰ ＬＴＥやＩＥＥＥ８０２．１６ファミリのシステムのようなＯＦＤＭＡワイヤレスアクセスシステムに適用可能であり、好ましくは、マシンツーマシン方式のスマートメータの場合のような、ランダムアクセスに対する高い要求レートが予想される状況において適用可能である。
要約すれば、好ましくはＯＦＤＭＡのワイヤレスネットワークまたはシステムにおいて、通常のモバイル装置と共存するマシンタイプ通信装置に対する最適化されたランダムアクセスチャネルのための新規な方式が提供される。特に、リソースユニットの配置および個数がネットワークの状況に従って修正可能であるような、スケジューリングされたランダムアクセスチャネルが提案される。また、本発明は、マシンタイプ通信装置がほとんど静的であるという事実を利用する。これにより、無線チャネルは、マルチパス伝搬により周波数選択的であるが、この場合にはドップラー効果を無視できることにより、時間に関しても静的である。
３ＧＰＰ ＬＴＥやＩＥＥＥ８０２．１６ファミリの標準のような、協調的なＭＡＣを備えた好ましくはＯＦＤＭＡ方式のワイヤレスアクセスシステムに対する、マシンタイプ通信装置およびトラフィックのために最適化されたランダムアクセスチャネルメカニズムが提供される。本発明は、特に、複数のランダムアクセス領域を定義することを提案する。これらのランダムアクセス領域は、好ましくはＯＦＤＭＡの無線フレーム内の配置およびサイズに関して相違し、時間変化するパラメータを有する。このパラメータは、実際の状況、チャネル特性、トラフィック負荷、配備形態、アプリケーション、およびサービス品質要求に依存してもよい。ランダムアクセスチャネルの位置およびサイズは、ブロードキャストまたはユニキャストによってモバイル端末へシグナリングされることが可能である。
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 (12)

  1. 通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法において、
    ａ）データ送信のために前記ワイヤレスネットワークのフレーム構造に従って少なくとも１つの無線フレームを定義するステップと、
    ｂ）少なくとも１つのユーザ機器のランダムデータ送信のために前記ワイヤレスネットワークの少なくとも１つの基地局によって前記無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するステップと、
    ｃ）ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器によって前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルにアクセスするステップと
    を備え、
    ｄ）前記少なくとも１つのユーザ機器のネットワークユーザ機器関連情報を含む前記ワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定するステップと、
    ｅ）ランダムデータ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てるステップと
    を備え、
    前記少なくとも１つのユーザ機器が、該ユーザ機器における前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの無線チャネルごとの利得に従って、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルに割り当てられる
    ことを特徴とする、通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供する方法。
  2. 前記少なくとも１つの無線フレーム内の前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが静的であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 複数の無線フレームが定義され、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが少なくとも２つの相異なる無線フレーム間で異なることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つの無線フレーム内の前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが、前記ワイヤレスネットワークの周波数範囲に依存す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. 前記ネットワーク情報が、ネットワーク品質情報として、経路損失、サービス品質、最大および／または平均遅れ時間、および／またはサービス利用可能性関連情報を含む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. 前記ネットワーク情報が、地理的、時間的および／またはユーザ機器優先度の情報を含む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. 前記ネットワーク情報が、取引関連情報を含む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. 前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの配置および／またはサイズが、ブロードキャストまたはユニキャストによって、前記少なくとも１つのユーザ機器に提供されることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記少なくとも１つの基地局が、複数のランダムアクセスチャネルの無線チャネルごとの利得を逐次的に取得することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
  10. ランダムデータ送信のために前記少なくとも１つのユーザ機器に前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てることが、タイミング情報および／またはランダムアクセスチャネル情報を含む、所定の割当パターンを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 同じ少なくとも１つのランダムアクセスチャネルが複数の基地局によって提供され、各基地局が、セル方式のワイヤレスネットワークのセルに割り当てられることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供するシステムであって、請求項１ないし１１の少なくとも１項に記載の方法を実行するシステムにおいて、該システムは、
    前記ワイヤレスネットワークの少なくとも１つのセルに割り当てられた少なくとも１つの基地局と、
    前記ワイヤレスネットワークのセルのうちの少なくとも１つに位置する少なくとも１つのユーザ機器と
    を備え、
    前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのユーザ機器のデータ送信のために無線フレームに少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを提供するように構成され、
    前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのユーザ機器のネットワークユーザ機器関連情報を含む前記ワイヤレスネットワークのネットワーク情報を判定し、ランダムデータ送信のために前記判定されたネットワーク情報に従って前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルを割り当てるように構成され、
    前記少なくとも１つのユーザ機器が、該ユーザ機器における前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルの無線チャネルごとの利得に従って、前記少なくとも１つのランダムアクセスチャネルに割り当てられる
    ことを特徴とする、通信のためにワイヤレスネットワークにおいてランダムアクセスチャネルを提供するシステム。
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