JP6128768B2 - ランダムアクセス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ移動体通信システムなどの移動局の動作に関する。

例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）移動体通信システムなどでは、移動局から基地局への上り方向の通信においてランダムアクセスが行われる。ランダムアクセスに用いられる伝送チャネルは共通チャネルである。このため、複数ユーザからの同時アクセスによる衝突が発生する可能性がある。このような衝突の発生確率を低減するためには、各ユーザのアクセスタイミングを分散することが有効である。

各ユーザのアクセスタイミングを分散するために、移動局は、持続値（persistence value）に基づいてランダムアクセス手順を開始するか否かを判断する持続テスト（persistence test）を実施する。
持続値Ｐは、報知情報により移動局に通知されるパラメータから決定される０＜Ｐ≦１の値で、ランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す。つまり、移動局は、確率Ｐでランダムアクセス手順を開始することができるが、確率（１−Ｐ）でランダムアクセス手順を開始することができない。

図５には、持続テストの概念図を示してある。持続テストは、移動局側で発生させた乱数Ｒ（０≦Ｒ＜１）と持続値Ｐとを比較することで実現される。乱数Ｒが持続値Ｐより小さいか同じである場合は持続テストの成功とし、乱数Ｒが持続値Ｐよりも大きい場合は持続テストの失敗とする。
持続テストに成功した場合は、移動局はランダムアクセス手順を開始する。一方、持続テストに失敗した場合は、予め定められた時間Ｔが経過した後に再び持続テストを実施する。持続テストは成功するまで繰り返される。

従来方式のランダムアクセス制御を図６の動作フローに沿って説明する。
移動局は、上位の基地局装置から送信された報知情報のパラメータから持続値Ｐを決定した後、以下の処理を行う。
まず、予め定められた時間Ｔをタイマーにセットする（ステップＳ２１）。次に、０≦Ｒ＜１である乱数Ｒを発生させ（ステップＳ２２）、乱数Ｐと持続値Ｐとの比較を行う（ステップＳ２３）。その結果、Ｒ≦Ｐの場合は持続テストの成功とし、ランダムアクセス手順を開始する（ステップＳ２４）。一方、Ｒ＞Ｐの場合は持続テストの失敗とし、時間Ｔのタイマーが切れるまで待機し（ステップＳ２５）、タイマー満了後に上記手順（ステップＳ２１〜Ｓ２３）を再度実施する。

なお、ランダムアクセス制御に関しては、例えば、非特許文献１の「11.2.2 Control of RACH transmissions for FDD mode」（p.105-p.106）等に開示されている。

３ＧＰＰ ＴＳ ２５．３２１ Ｖ９．７．０（２０１１−０９）

上述した従来方式のランダムアクセス制御では、持続テストは成功するまで繰り返し実施され、その度に乱数の発生処理が必要となる。このため、図７に示すように、持続テスト回数に比例して処理負荷が増大する。特に、持続値Ｐが小さい値の場合は、持続テストに失敗する確率が高く、持続テスト回数が多くなる傾向にある。その結果、ランダムアクセス制御の処理負荷が高くなり、移動局の消費電力を増大させる要因となり得る。

本発明は、上記のような事情に鑑みて為されたものであり、移動局におけるランダムアクセス制御の処理負荷を軽減する技術を提案することを目的とする。

本発明は、基地局装置と移動局とを有する無線システムにおいて、前記移動局が、前記基地局装置から送信された報知情報からランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す持続値を決定し、当該持続値と乱数発生手段によって発生された乱数とを用いてランダムアクセス手順の開始タイミングを制御するランダムアクセス制御方法であって、持続値と乱数との比較によりランダムアクセス手順を開始するか否かを判断する持続テストに関し、前記決定された持続値Ｐについての持続テストが成功するまでに要する持続テスト回数の確率分布の区間を、持続テスト回数毎の累積確率を区分点として小区間に区分した場合について、前記発生された乱数Ｒが属する小区間に対応する持続テスト回数を算出し、持続テストの繰り返しにおける持続テスト間の時間と前記持続テスト回数の算出値に応じた係数とに基づいて、持続テストが成功するまでの時間に相当する遅延時間を決定し、前記決定した遅延時間が経過したタイミングで、ランダムアクセス手順を開始する、ことを特徴とするランダムアクセス制御方法。

ここで、一構成例として、前記持続値Ｐは、０＜Ｐ≦１であり、前記乱数Ｒは、０≦Ｒ＜１であり、前記持続テスト回数は、１以上の整数であるＮであり、前記持続テスト回数の累積確率は、１−（１−Ｐ）^Nであり、前記持続テスト回数の算出値は、前記乱数Ｒ＝０の場合は１であり、前記乱数Ｒ＞０の場合は１−（１−Ｐ）^N-1＜Ｒ≦１−（１−Ｐ）^NとなるＮであり、前記持続テスト回数の算出値に応じた係数は、Ｎ−１であり、前記遅延時間は、前記持続テスト間の時間をＴとして、（Ｎ−１）×Ｔの演算により算出する。

また、本発明は、ランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す持続値を記憶する記憶手段と、乱数を発生する乱数発生手段とを有する移動局が、前記記憶された持続値と前記発生された乱数とを用いてランダムアクセス手順の開始タイミングを制御するランダムアクセス制御方法であって、持続値と乱数との比較によりランダムアクセス手順を開始するか否かを判断する持続テストに関し、前記記憶された持続値Ｐについての持続テストが成功するまでに要する持続テスト回数毎の累積確率と前記発生された乱数Ｒとに基づいて、ランダムアクセス手順を開始するタイミングを決定する、ことを特徴とするランダムアクセス制御方法である。

本発明に係るランダムアクセス制御方法によれば、本発明を適用しない場合に比べ、移動局におけるランダムアクセス制御の処理負荷の軽減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る移動局の機能ブロックの例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る移動局における遅延時間を決定する方法の概念図である。 本発明の一実施形態に係る移動局によるランダムアクセス制御の動作フローの例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る移動局によるランダムアクセス制御の処理負荷を説明する図である。 持続テストの概念図である。 従来方式のランダムアクセス制御の動作フローを示す図である。 従来方式のランダムアクセス制御の処理負荷を説明する図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る移動局の機能ブロックの例を示してある。
本例の移動局１は、受信部２、持続値決定部３、持続値記憶部４、乱数発生部５、遅延時間決定部６、ランダムアクセス手順処理部７といった機能部を有する。本例の移動局１は、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ移動体通信システムなどの移動局となる無線通信端末であり、基地局への上り方向の通信においてランダムアクセスを行う。

受信部２は、上位の基地局装置から無線により送信された報知情報を受信する。
持続値決定部３は、受信部２により受信された報知情報のパラメータから、ランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す持続値Ｐ（０＜Ｐ≦１）を決定する。
持続値記憶部４は、持続値決定部３により決定された持続値Ｐを記憶する。
乱数発生部５は、乱数Ｒ（０≦Ｒ＜１）を発生する。
遅延時間決定部６は、持続値記憶部４に記憶された持続値Ｐ（持続値決定部３により決定された持続値Ｐ）と乱数発生部５により発生された乱数Ｒとに基づいて、ランダムアクセス手順を開始するまでの遅延時間Ｔ’を決定する。
ランダムアクセス手順処理部７は、遅延時間決定部６による遅延時間Ｔ’の決定後、当該遅延時間Ｔ’が経過したタイミングで、ランダムアクセス手順を開始する。

遅延時間決定部６にて算出する遅延時間Ｔ’について説明する。
従来方式のランダムアクセス制御では、持続テストに失敗すると、当該持続テストの開始時に設定された時間Ｔのタイマーが切れるまで待機する。このため、ランダムアクセス手順を開始するまでには、時間Ｔの（持続テスト回数−１）倍の遅延が生じることになる。つまり、持続テストに成功するまでに要する持続テスト回数がＮ回の場合、ランダムアクセス手順を開始するまでの遅延時間は（Ｎ−１）×Ｔとなる。ここで、持続テスト回数Ｎは、１以上の整数である。また、時間Ｔは、持続テストの処理に要する時間を含むものとする。

持続テストに成功するまでの持続テスト回数がＮ回となるのは、（Ｎ−１）回目までの持続テストに失敗し、Ｎ回目の持続テストで成功する場合であり、その確率は、Ｐ×（１−Ｐ）^N-1である。したがって、持続テストに成功するまでに要する持続テスト回数Ｎの累積確率は、（式１）で表すことができる。ここで、持続テスト回数Ｎの累積確率は、Ｎ回目までの持続テストで成功する確率の累積値であり、Ｎについて単調増加で、Ｎ→∞のとき１に収束する。

持続値Ｐについての持続テストを時間Ｔの間隔で成功するまで繰り替えし実施することは、Ｎ＝１，２，・・・についてＰ×（１−Ｐ）^N-1の確率で（Ｎ−１）×Ｔの遅延時間を与えることと同等だと解釈できる。ここで、持続値Ｐについての持続テストが成功するまでに要する持続テスト回数の確率は、図２に示すように、０以上１未満の区間［０，１）に分布する。本発明では、持続テスト回数の確率分布の区間［０，１）を、持続テスト回数Ｎ（Ｎ＝１，２，・・・）における各々の累積確率１−（１−Ｐ）^Nを区分点として、小区間に区分する。そして、乱数Ｒ（０≦Ｒ＜１）が属する小区間を特定し、その小区間に対応する持続テスト回数Ｎに応じて遅延時間Ｔ’を決定する。

具体的には、１−（１−Ｐ）^N-1＜Ｒ≦１−（１−Ｐ）^NとなるＮを求め、Ｔ’＝（Ｎ−１）×Ｔと決定する。例えば、Ｎ＝３に対応する小区間、すなわち、１−（１−Ｐ）²と１−（１−Ｐ）³とで区切られる小区間に乱数Ｒが属する場合には、Ｔ’＝（３−１）×Ｔ＝２×Ｔとなる。なお、Ｒ＝０の場合は、Ｐが如何なる値であっても持続テストに成功するので、Ｎ＝１となり、Ｔ’＝０となる。

以上のような概念の処理を行うことで、持続値Ｐについての持続テストの成功までに要することが想定される時間に相当する遅延時間Ｔ’を、１回の乱数発生により決定することができる。
なお、図２を参照して説明した分布区間の区分は、本発明の思想を概念的に説明するために用いたものであり、下記のように、遅延時間Ｔ’の決定に際して分布区間を区分する処理が必須であることを意味するものではない。

本例の移動局１によるランダムアクセス制御を、図３の動作フローに沿って説明する。
移動局１は、上位の基地局装置から送信された報知情報のパラメータから持続値Ｐを決定した後、以下の処理を行う。
まず、乱数発生部４にて、０≦Ｒ＜１である乱数Ｒを発生する（ステップＳ１１）。
次に、遅延時間決定部６にて、カウンタＮを１で初期化し（ステップＳ１２）、乱数ＲとＮについての累積確率１−（１−Ｐ）^Nとの比較を行う（ステップＳ１３）。この結果、Ｒ＞１−（１−Ｐ）^Nの場合は、カウンタＮをインクリメント（１を加算）して（ステップＳ１４）、再度ステップＳ１３を実施する。そして、Ｒ≦１−（１−Ｐ）^Nとなった場合には、遅延時間Ｔ’＝（Ｎ−１）×Ｔをタイマーにセットする（ステップＳ１５）。
その後、ランダムアクセス手順処理部７にて、遅延時間Ｔ’のタイマーが切れるまで待機し（ステップＳ１６）、タイマー満了後にランダムアクセス手順を開始する（ステップＳ１７）。

すなわち、本例では、持続テスト回数を表すＮを１ずつ増加させながらＲ≦１−（１−Ｐ）^Nの条件を満たすか否かを判定していき、当該条件を満たす最小の持続テスト回数Ｎを特定している。これは、持続値Ｐについての持続テストが成功するまでに要する持続テスト回数の確率分布の区間について、乱数Ｒが属する小区間に対応する持続テスト回数Ｎを特定する処理に相当する。このようにして持続テスト回数Ｎを特定できれば、Ｔ’＝（Ｎ−１）×Ｔの演算を行うことで、持続テストを行うことなく、持続テストが成功するまでの時間に相当する遅延時間Ｔ’を求めることができる。

以上のように、本例の移動局１によるランダムアクセス制御では、持続テストに成功するまでに要する持続テスト回数毎の累積確率に基づいて遅延時間を決定しているため、従来技術のランダムアクセス制御と同等の効果を得ることができる。しかも、本例に係るランダムアクセス制御では、乱数の発生処理は１回のみであり、また、持続テストを繰り返し実施する必要もない。このため、ランダムアクセス手順を開始するタイミングの決定に係る処理負荷は、図４のよう持続値の大小に関わらず一定になり、従来方式のランダムアクセス制御に比べて処理負荷の軽減が期待できる。

ここで、上述した持続テスト数Ｎや遅延時間Ｔ’の算出手法は一例に過ぎず、他の算出手法により持続テスト数Ｎや遅延時間Ｔ’を算出しても構わない。
また、本例では、遅延時間決定部６の機能を、電子部品を用いた回路構成により実現しているが、ソフトウェアとハードウェア資源の協働により実現するようにしてもよい。すなわち、例えば、遅延時間決定部６の処理内容を規定したソフトウェアをプロセッサ等のハードウェア資源により実行することで、遅延時間決定部６の機能を実現してもよい。

１：移動局、 ２：受信部、 ３：持続値決定部、 ４：持続値記憶部、 ５：乱数発生部、 ６：遅延時間決定部、 ７：ランダムアクセス手順処理部

Claims (2)

1. 基地局装置と移動局とを有する無線システムにおいて、前記移動局が、前記基地局装置から送信された報知情報からランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す持続値を決定し、当該持続値と乱数発生手段によって発生された乱数とを用いてランダムアクセス手順の開始タイミングを制御するランダムアクセス制御方法であって、
   持続値と乱数との比較によりランダムアクセス手順を開始するか否かを判断する持続テスト間の時間Ｔと、０＜Ｐ≦１である持続値Ｐと、０≦Ｒ＜１である乱数Ｒとを用いて、Ｒ≦１−（１−Ｐ） ^N の条件を満たす最小のＮ（但し、Ｎは１以上の整数）を特定して遅延時間Ｔ’＝（Ｎ−１）×Ｔを算出し、
   遅延時間Ｔ’のタイマーをセットし、
   遅延時間Ｔ’のタイマーの満了後に、ランダムアクセス手順を開始することを特徴とするランダムアクセス制御方法。
2. ランダムアクセス手順の実施が許可される確率を示す持続値を記憶する記憶手段と、乱数を発生する乱数発生手段とを有する移動局が、前記記憶された持続値と前記発生された乱数とを用いてランダムアクセス手順の開始タイミングを制御するランダムアクセス制御方法であって、
   持続値と乱数との比較によりランダムアクセス手順を開始するか否かを判断する持続テスト間の時間Ｔと、０＜Ｐ≦１である持続値Ｐと、０≦Ｒ＜１である乱数Ｒとを用いて、Ｒ≦１−（１−Ｐ） ^N の条件を満たす最小のＮ（但し、Ｎは１以上の整数）を特定して遅延時間Ｔ’＝（Ｎ−１）×Ｔを算出し、
   遅延時間Ｔ’のタイマーをセットし、
   遅延時間Ｔ’のタイマーの満了後に、ランダムアクセス手順を開始することを特徴とするランダムアクセス制御方法。

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