JP6523268B2

JP6523268B2 - 無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する方法及びそのための装置

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Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する方法及び無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution；以下、「ＬＴＥ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。Ｅ−ＵＭＴＳ（Evolved Universal Mobile Telecommunications System）は、従来のＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）から進展したシステムであり、現在３ＧＰＰで基礎的な標準化作業が進行中である。Ｅ−ＵＭＴＳを一般にＬＴＥ（Long Term Evolution）システムと呼ぶこともできる。ＵＭＴＳ及びＥ−ＵＭＴＳの技術規格（technical specification）の詳細な内容はそれぞれ、「３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ；ＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ」のＲｅｌｅａｓｅ７及びＲｅｌｅａｓｅ８を参照すればよい。

図１を参照すると、Ｅ−ＵＭＴＳは、端末（User Equipment；ＵＥ）、基地局（eNodeB；ｅＮＢ）、及びネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の終端に位置して外部ネットワークに接続するアクセスゲートウェイ（Access Gateway；ＡＧ）を含んでいる。基地局は、ブロードキャストサービス、マルチキャストサービス及び／又はユニキャストサービスのために多重データストリームを同時に送信することができる。

一つの基地局には一つ又は複数のセルが存在する。セルは、１．４４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なる（個別の）（different）セルはそれぞれ（respectively）対応する（個別の）（corresponding）帯域幅を提供するように設定されてもよい。基地局は、複数の端末に関するデータ送受信を制御する。下りリンク（DownLink；ＤＬ）データについて、基地局は、下りリンクスケジューリング情報を送信し、該当の（対応する）（corresponding）端末にデータが送信される時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat and reQuest）関連情報などを知らせる。また、上りリンク（UpLink；ＵＬ）データについて、基地局は、上りリンクスケジューリング情報を該当の端末に送信し、該当の端末が使用できる時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ関連情報などを知らせる。基地局（同士の）間では、ユーザトラフィック又は制御トラフィックの送信のためのインターフェースを用いることができる。コアネットワーク（Core Network；ＣＮ）は、ＡＧ、及び端末のユーザ登録などのためのネットワークノードなどで構成することができる。ＡＧは、複数のセルで構成されるＴＡ（Tracking Area）単位で端末の移動性を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）に基づいてＬＴＥまで開発されてきたが、ユーザ及び事業者の要求及び期待は増す一方である。その上、他の無線接続技術の開発が続いており、将来、競争力を持つためには新しい技術革新（進化）（revolution）が要求される。ビット当たりのコストの削減、サービス可用性の増大、柔軟な周波数帯域の使用、シンプル（単純）（simple）構造及びオープン（開放型）（open）インターフェース、端末の適切な（reasonable）電力消費（消耗）（consumption）などが要求される。

上述した議論に基づき、以下では、無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する方法及び無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する装置を提案する。

本発明の一実施例に係る、無線通信システムにおいて端末が信号を送受信する方法は、ネットワークから、第１用途に指定されるサブフレーム（subframe designated as a first usage）に関する情報及び用途転用不可サブフレーム（subframe of which a dedicated usage is disabled）に関する情報を受信するステップと、前記ネットワークから、前記第１用途を第２用途に変更するサブフレームを示す用途変更サブフレームに関する情報を受信するステップと、前記用途変更サブフレームに関する情報によって、前記ネットワーク又は他の端末と信号を送受信するステップと、を有し、前記信号を送受信する特定サブフレームが前記用途転用不可サブフレームに含まれる場合、前記特定リソースでは前記第１用途によって前記ネットワークと信号を送受信することを特徴とする。

一方、本発明の他の実施例である無線通信システムにおける端末装置は、ネットワーク又は相手の端末装置と信号を送受信するための無線通信モジュールと、前記信号を処理するためのプロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記ネットワークから、第１用途に指定されるサブフレームに関する情報及び用途転用不可サブフレームに関する情報を受信し、前記第１用途を第２用途に変更するサブフレームを示す用途変更サブフレームに関する情報を受信し、前記用途変更サブフレームに関する情報によって前記ネットワーク又は他の端末装置と信号を送受信するように前記無線通信モジュールを制御し、前記信号を送受信する特定サブフレームが前記用途転用不可サブフレームに含まれる場合、前記特定リソースでは前記第１用途によって前記ネットワークと信号を送受信するように前記無線通信モジュールを制御することを特徴とする。

上の実施例において、前記第１用途は、前記ネットワークに信号を送信するための上りリンク送信用途に対応し（correspond to）、前記第２用途は、前記ネットワークから信号を受信するための下りリンク受信用途に対応することを特徴とする。又は、前記第１用途は、前記ネットワークに信号を送信するための上りリンク送信用途に対応し、前記第２用途は、前記他の端末に信号を送信するための端末間直接通信用途に対応してもよい。

好適には、前記用途転用不可サブフレームに関する情報は、ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access CHannel）が送信される上りリンクサブフレームに関する情報、及び／又はサウンディング参照信号（Sounding Reference Signal；ＳＲＳ）が送信される上りリンクサブフレームに関する情報に対応することを特徴とする。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを効率よく且つ安定して管理することができる。

本発明で得られる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。

無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Radio Interface Protocol）のコントロールプレーン（Control Plane）及びユーザプレーン（User Plane）の構造を示す図である。３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。ＬＴＥシステムで用いられる下りリンク無線フレームの構造を例示する図である。ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。ＬＴＥＴＤＤシステムにおける無線フレームの構造を例示する図である。端末間直接通信を示す概念図である。本発明の実施例に係る上りリンクリソース管理方法を示すフローチャートである。本発明の実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

以下に添付の図面を参照して説明する本発明の実施例から、本発明の構成、作用及び他の特徴が容易に理解されるであろう。以下に説明する実施例は、本発明の技術的特徴が３ＧＰＰシステムに適用された例である。

本明細書ではＬＴＥシステム及びＬＴＥ-Ａシステムを用いて本発明の実施例を説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、上述した定義に該当するいかなる通信システムにも適用可能である。また、本明細書は、周波数分割二重通信（Frequency Division Duplex；ＦＤＤ）方式に関連して（を基準にして）（in the context of）本発明の実施例について説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、Ｈ-ＦＤＤ（Hybrid-FDD）方式又は時間分割二重通信（Time Division Duplex；ＴＤＤ）方式にも容易に変形して適用することができる。

図２は、３ＧＰＰ無線接続網規格に基づく端末とＥ-ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Radio Interface Protocol）のコントロールプレーン及びユーザプレーンの構造を示す図である。コントロールプレーンは、端末（ＵＥ）とネットワークとが呼を管理するために用いる制御メッセージが送信される通信路（通路）（path）のことを意味する。ユーザプレーンは、アプリケーション層で生成されたデータ、例えば、音声データ又はインターネットパケットデータなどが送信される通信路を意味する。

第１層である物理層は、物理チャネル（Physical Channel）を用いて上位層に情報送信サービス（Information Transfer Service）を提供する。物理層は、上位の媒体接続制御（Medium Access Control）層とトランスポート（伝送）チャネル（Transport Channel）で接続されている。該トランスポートチャネルを介して媒体接続制御層と物理層との間でデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間では、物理チャネルを介してデータが移動する。該物理チャネルは、時間及び周波数を無線リソースとして利用する（use）。具体的には、物理チャネルは、下りリンクにおいてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式で変調され、上りリンクにおいてＳＣ-ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）方式で変調される。

第２層の媒体接続制御（Medium Access Control；ＭＡＣ）層は、論理チャネル（Logical Channel）を介して、上位層である無線リンク制御（Radio Link Control；ＲＬＣ）層にサービスを提供する。第２層のＲＬＣ層は、信頼できるデータ送信をサポート（支援）する（support）。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックによって具現されてもよい。第２層のＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）層は、帯域幅の狭い無線インターフェースでＩＰｖ４やＩＰｖ６などのＩＰパケットを効率的に送信するために、余分な制御情報を減らすヘッダ圧縮（Header Compression）機能を行う（perform）。

第３層の最下部に位置する無線リソース制御（Radio Resource Control；ＲＲＣ）層は、コントロールプレーンでのみ定義される。ＲＲＣ層は、無線ベアラ（Radio Bearer）の設定（Configuration）、再設定（Re-configuration）及び解放（解除）（Release）に関連して、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラ（ＲＢ）は、端末とネットワークとの間のデータ伝達のために第２層によって提供されるサービスを意味する。そのために、端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層とがＲＲＣメッセージを互いに交換する。端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層との間にＲＲＣ接続（RRC Connected）がある場合、端末は、ＲＲＣ接続モード（Connected Mode）であり、そうでない場合は、ＲＲＣアイドル（休止）モード（Idle Mode）である。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Non-Access Stratum）層は、セッション管理（Session Management）及びモビリティ（移動性）管理（Mobility Management）などの機能を行う。

基地局（ｅＮＢ）を構成する一つのセルは、１．４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のうち一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なる（別個の）（different）セルは異なる帯域幅を提供するように設定されてもよい。

ネットワークから端末にデータを送信する下りトランスポートチャネルとしては、システム情報を送信するＢＣＨ（Broadcast CHannel）、ページングメッセージを送信するＰＣＨ（Paging CHannel）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する下りＳＣＨ（Shared CHannel）などがある。下りマルチキャスト又は放送サービスのトラフィック又は制御メッセージは、下りＳＣＨで送信されてもよく、別に定義される（separately defined）下りＭＣＨ（Multicast CHannel）で送信されてもよい。一方、端末からネットワークにデータを送信する上りトランスポートチャネルとしては、初期制御メッセージを送信するＲＡＣＨ（Random Access CHannel）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する上りＳＣＨ（Shared CHannel）がある。トランスポートチャネルの上位に存在し、トランスポートチャネルにマッピングされる論理チャネル（Logical Channel）としては、ＢＣＣＨ（Broadcast Control CHannel）、ＰＣＣＨ（Paging Control CHannel）、ＣＣＣＨ（Common Control CHannel）、ＭＣＣＨ（Multicast Control CHannel）、ＭＴＣＨ（Multicast Traffic CHannel）などがある。

図３は、３ＧＰＰシステムで用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般の信号送信方法を説明するための図である。

端末は、電源が入ったり、新しいセルに進入したりした場合に、基地局と同期を取るなどの初期セル探索（Initial cell search）（作業）を行う（Ｓ３０１）。そのために、端末は、基地局からプライマリ（１次）同期チャネル（Primary Synchronization CHannel；Ｐ-ＳＣＨ）及びセカンダリ（２次）同期チャネル（Secondary Synchronization CHannel；Ｓ-ＳＣＨ）を受信して基地局と同期を取り、セルＩＤなどの情報を取得することができる。その後、端末は、基地局から物理放送チャネル（Physical Broadcast Channel）を受信し、セル内放送情報を取得することができる。一方、端末は、初期セル探索段階で、下りリンク参照信号（DownLink Reference Signal；ＤＬＲＳ）を受信し、下りリンクチャネル状態を確認することができる。

初期セル探索を終えた端末は、物理下りリンク制御チャネル（Physical Downlink Control CHannel；ＰＤＣＣＨ）、及び当該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づいて物理下りリンク共有チャネル（Physical Downlink Control CHannel；ＰＤＳＣＨ）を受信することによって、より具体的なシステム情報を取得することができる（Ｓ３０２）。

一方、基地局に初めて接続したり又は信号送信のための無線リソースがない場合には、端末は、基地局にランダムアクセス手順（Random Access Procedure；ＲＡＣＨ）を行うことができる（Ｓ３０３乃至Ｓ３０６）。そのために、端末は、物理ランダムアクセスチャネル（Physical Random Access CHannel；ＰＲＡＣＨ）を介して特定シーケンスをプリアンブルとして送信し（Ｓ３０３及びＳ３０５）、ＰＤＣＣＨ及び対応するＰＤＳＣＨを介して、プリアンブルに対する応答メッセージを受信することができる（Ｓ３０４及びＳ３０６）。コンテンション（競合、衝突）ベースの（contention-based）ＲＡＣＨに対しては、衝突解決手順（Contention Resolution Procedure）をさらに行うことができる。

上述の手順を行った端末は、その後、一般的な上りリンク／下りリンク信号送信手順として、ＰＤＣＣＨ／ＰＤＳＣＨ受信（Ｓ３０７）、及び物理上りリンク共有チャネル（Physical Uplink Shared CHannel；ＰＵＳＣＨ）／物理上りリンク制御チャネル（Physical Uplink Control CHannel；ＰＵＣＣＨ）送信（Ｓ３０８）を行うことができる。特に、端末は、ＰＤＣＣＨを介して下りリンク制御情報（Downlink Control Information；ＤＣＩ）を受信する。ここで、ＤＣＩは、端末に対するリソース割り当て情報などの制御情報を含んでおり、その使用目的によってフォーマットが異なる。

一方、端末が上りリンクで基地局に送信するか、又は、端末が下りリンクで基地局から受信する制御情報としては、下りリンク／上りリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Index）、ＲＩ（Rank Indicator）などを含む。３ＧＰＰＬＴＥシステムでは、端末は、これらのＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩなどの制御情報をＰＵＳＣＨ及び／又はＰＵＣＣＨを介して送信することができる。

図４は、ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。

図４を参照すると、無線フレーム（radio frame）は、１０ｍｓ（３２７２００×Ｔ_s）の長さを有し、１０個の均等なサイズのサブフレーム（subframe）で構成されている。各サブフレームは、１ｍｓの長さを有し、２個のスロット（slot）で構成されている。各スロットは０．５ｍｓ（１５３６０×Ｔ_s）の長さを有する。ここで、Ｔ_sは、サンプリング時間を表し、Ｔ_s＝１／（１５ｋＨｚ×２０４８）＝３．２５５２×１０^-8（約３３ｎｓ）で表される。スロットは、時間領域で複数のＯＦＤＭシンボルを含み、周波数領域で複数のリソースブロック（Resource Block；ＲＢ）を含む。ＬＴＥシステムにおいて一つのリソースブロックは１２個の副搬送波×７（６）個のＯＦＤＭシンボルを含む。データが送信される単位時間であるＴＴＩ（Transmission Time Interval）は、一つ又は複数のサブフレーム単位で定めることができる。上述した無線フレームの構造は例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数、サブフレームに含まれるスロットの数、又はスロットに含まれるＯＦＤＭシンボルの数は様々に変更されてもよい。

図５は、下りリンク無線フレームで一つのサブフレームの制御領域に含まれる制御チャネルを例示する図である。

図５を参照すると、サブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルで構成されている。サブフレーム設定によって、先頭における１乃至３個のＯＦＤＭシンボルは制御領域として用いられ、残りの１３個〜１１個のＯＦＤＭシンボルはデータ領域として用いられる。同図において、Ｒ１〜Ｒ４は、アンテナ０〜３に対する参照信号（Reference Signal（ＲＳ）又はPilot Signal）を表す。ＲＳは、制御領域及びデータ領域を問わず、サブフレーム内に一定のパターンで割り当てられる（固定される）（allocated）。制御チャネルは、制御領域でＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられ、トラフィックチャネルも、データ領域でＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられる。制御領域に割り当てられる制御チャネルには、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator CHannel）、ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel）、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel）などがある。

ＰＣＦＩＣＨは、物理制御フォーマット指示子チャネルであり、サブフレームごとにＰＤＣＣＨに用いられるＯＦＤＭシンボルの個数を端末に知らせる。ＰＣＦＩＣＨは、最初のＯＦＤＭシンボルに位置し、ＰＨＩＣＨ及びＰＤＣＣＨに優先して設定される。ＰＣＦＩＣＨは４個のＲＥＧ（Resource Element Group）で構成され、各ＲＥＧはセルＩＤ（Cell IDentity）に基づいて制御領域内に分散される。１個のＲＥＧは４個のＲＥ（Resource Element）で構成される。ＲＥは、１副搬送波×１ＯＦＤＭシンボルで定義される最小物理リソースを表す。ＰＣＦＩＣＨ値は帯域幅によって、１〜３又は２〜４の値を示し、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）で変調される。

ＰＨＩＣＨは、物理ＨＡＲＱ（Hybrid-Automatic Repeat and reQuest）指示子チャネルであり、上りリンク送信に対するＨＡＲＱＡＣＫ／ＮＡＣＫを搬送するために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬＨＡＲＱのためのＤＬＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報が送信されるチャネルを表す。ＰＨＩＣＨは、１個のＲＥＧで構成され、セル固有（cell-specific）にスクランブル（scrambling）される。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは１ビットで指示され、ＢＰＳＫ（Binary phase shift keying）で変調される。変調されたＡＣＫ／ＮＡＣＫは拡散因子（Spreading Factor；ＳＦ）＝２又は４で拡散される。同一のリソースにマッピングされる複数のＰＨＩＣＨは、ＰＨＩＣＨグループを構成する。ＰＨＩＣＨグループに多重化されるＰＨＩＣＨの個数は、拡散コードの個数によって決定される。ＰＨＩＣＨ（グループ）は周波数領域及び／又は時間領域でダイバーシチ利得を得るために３回反復（repetition）される。

ＰＤＣＣＨは、物理下りリンク制御チャネルであり、サブフレームにおける先頭のｎ個のＯＦＤＭシンボルに割り当てられる。ここで、ｎは１以上の整数であり、ＰＣＦＩＣＨによって指示される。ＰＤＣＣＨは一つ又は複数のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging CHannel）及びＤＬ−ＳＣＨ（DownLink-Shared CHannel）のリソース割り当てに関する情報、上りリンクスケジューリンググラント（Uplink Scheduling Grant）、ＨＡＲＱ情報などを、各端末又は端末グループに送る。ＰＣＨ（Paging CHannel）及びＤＬ−ＳＣＨ（Downlink-Shared CHannel）はＰＤＳＣＨを介して送信される。したがって、基地局及び端末は、一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを介してそれぞれ送信及び受信する。

ＰＤＳＣＨのデータがどの端末（１つ又は複数の端末）に送信されるか、これらの端末がどのようにＰＤＳＣＨデータを受信してデコードすべきかに関する情報などが、ＰＤＣＣＨに含まれて送信される。例えば、特定ＰＤＣＣＨが「Ａ」というＲＮＴＩ（Radio Network Temporary Identity）でＣＲＣマスクされており、「Ｂ」という無線リソース（例えば、周波数位置）及び「Ｃ」というＤＣＩフォーマット、すなわち、伝送形式情報（例えば、伝送ブロックサイズ、変調方式、コーディング情報など）を用いて送信されるデータに関する情報が、特定サブフレームで送信されると仮定する。この場合、セル内の端末は、自体のＲＮＴＩ情報を用いてＰＤＣＣＨを監視（monitoring）し、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ又は複数の端末がある場合、これらの端末はＰＤＣＣＨを受信し、受信したＰＤＣＣＨの情報に基づいて、「Ｂ」及び「Ｃ」が示すＰＤＳＣＨを受信する。

一方、近年、ＭＩＭＯ方式（技法）（scheme）及びセル間の協調通信方式を適用するには、新しい制御チャネルの導入が必要である。この必要に応じて新しく導入が議論されている制御チャネルがＥＰＤＣＣＨ（Enhanced PDCCH）であり、これは既存の（レガシ）（legacy）制御領域（以下、ＰＤＣＣＨ領域という。）ではなくデータ領域（以下、ＰＤＳＣＨ領域という。）に割り当てられると決定された。結論として、このＥＰＤＣＣＨを介して各端末に対してノードに関する制御情報を伝送することが可能になり、既存のＰＤＣＣＨ領域が不足する問題も解決することができる。参考として、ＥＰＤＣＣＨは既存のレガシ端末には提供されず、ＬＴＥ−Ａ端末だけがＥＰＤＣＣＨを受信することができる。また、ＥＰＤＣＣＨは、既存のセル固有参照信号であるＣＲＳではなくＤＭ−ＲＳ（或いは、ＣＳＩ−ＲＳ）に基づいて送信及び受信が行われる。

図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。

図６を参照すると、上りリンクサブフレームは、制御情報を搬送するＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control CHannel）が割り当てられる領域と、ユーザデータを搬送するＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared CHannel）が割り当てられる領域と、に分けられる。サブフレームにおいて周波数領域の中央部分がＰＵＳＣＨに割り当てられ、周波数領域におけるデータ領域の両側の部分がＰＵＣＣＨに割り当てられる。ＰＵＣＣＨ上で送信される制御情報は、ＨＡＲＱに用いられるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクチャネル状態を示すＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＭＩＭＯのためのＲＩ（Rank Indicator）、上りリンクリソース割り当て要求（要請）（requesting）であるＳＲ（Scheduling Request）などがある。一つの端末に対するＰＵＣＣＨは、サブフレーム内の各スロットで別個の周波数を占める一つのリソースブロックを使用する。すなわち、ＰＵＣＣＨに割り当てられる２個のリソースブロックは、スロット境界で周波数ホッピング（frequency hopping）する。特に、図６は、ｍ＝０のＰＵＣＣＨ、ｍ＝１のＰＵＣＣＨ、ｍ＝２のＰＵＣＣＨ、ｍ＝３のＰＵＣＣＨがサブフレームに割り当てられることを例示している。

図７は、ＬＴＥＴＤＤシステムにおける無線フレームの構造を例示する図である。ＬＴＥＴＤＤシステムにおいて、無線フレームは２個のハーフフレーム（half frame）で構成され、各ハーフフレームは、２個のスロットを含む４個の標準（一般）（normal）サブフレームと、ＤｗＰＴＳ（Downlink Pilot Time Slot）、保護区間（Guard Period：ＧＰ）及びＵｐＰＴＳ（Uplink Pilot Time Slot）を含むスペシャル（特別）サブフレーム（special subframe）と、で構成される。

上記のスペシャルサブフレームにおいて、ＤｗＰＴＳは、端末での初期セル探索、同期化又はチャネル推定に用いられる。ＵｐＰＴＳは、基地局におけるチャネル推定と端末の上りリンク送信の同期化とに用いられる。すなわち、ＤｗＰＴＳは下りリンク送信に用いられ、ＵｐＰＴＳは上りリンク送信に用いられる。特に、ＵｐＰＴＳはＰＲＡＣＨプリアンブル又はＳＲＳの送信に用いられる。また、保護区間は、上りリンクと下りリンクとの間に下りリンク信号のマルチパス（多重経路）（multipath）遅延によって上りリンクで生じる干渉を除去するための区間である。

現在、ＬＴＥＴＤＤシステムでは上記のスペシャルサブフレームを、下記の表１のように合計１０個の設定で定義している。

一方、ＬＴＥＴＤＤシステムにおいて、上りリンク／下りリンクサブフレーム設定（UL/DL configuration）は、下記の表２のとおりである。

上記の表２で、Ｄは下りリンクサブフレームを、Ｕは上りリンクサブフレームを表し、Ｓは上記のスペシャルサブフレームを表す。また、上記の表２では、各上りリンク／下りリンクサブフレーム設定において下りリンク−上りリンク切替（スイッチング）周期（Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity）も示している。

図８は、端末間直接通信の概念図である。

図８を参照すると、ＵＥが他のＵＥと直接無線通信を行うＤ２Ｄ（Device-to-Device）通信、すなわち、端末間直接通信では、ｅＮＢがＤ２Ｄ送受信を指示するためのスケジューリングメッセージを送信することができる。Ｄ２Ｄ通信に参加するＵＥは、ｅＮＢからＤ２Ｄスケジューリングメッセージを受信し、Ｄ２Ｄスケジューリングメッセージが示す送受信動作を行う。ここで、ＵＥは、ユーザの端末を意味するが、ｅＮＢなどのネットワークエンティティがＵＥ間の通信方式にしたがって信号を送受信する場合には、このｅＮＢを一種のＵＥと見なしてもよい。以下では、ＵＥ間で直接接続されたリンクをＤ２Ｄリンクと呼び、ＵＥがｅＮＢと通信するリンクをＮＵリンクと呼ぶ。

Ｄ２Ｄ動作を行うために、ＵＥはまず、自体がＤ２Ｄ通信を行おうとする相手のＵＥがＤ２Ｄ通信可能な近接領域に位置するか否かを把握するディスカバリ（discovery）手順（手続き）（procedure）を行う。このようなディスカバリ手順は、各ＵＥが自体の識別を可能にする固有のディスカバリ信号を送信し、近接しているＵＥがそれを検出すると、ディスカバリ信号を送信したＵＥが近接位置にいることを把握する形態でなされる。すなわち、各ＵＥは、自体がＤ２Ｄ通信を行おうとする相手のＵＥが近接位置に存在するか否かをディスカバリ手順によって確認した後、実際にユーザデータを送受信するＤ２Ｄ通信を行う。

Ｄ２Ｄディスカバリ及びＤ２Ｄ通信は、ｅＮＢのカバレッジ内でｅＮＢに接続して通信を行うＵＥの間で行われてもよく、ｅＮＢのカバレッジ外でｅＮＢと接続せずに存在するＵＥの間で行われてもよい。また、一つのＤ２Ｄリンクで接続された２つのＵＥのいずれか一方はｅＮＢカバレッジ内に存在し、他方はｅＮＢカバレッジ外に存在してもよい。すなわち、ｅＮＢカバレッジ内にいるＵＥとｅＮＢカバレッジ外にいるＵＥとの間でもＤ２Ｄディスカバリ及びＤ２Ｄ通信が行われてもよい。

近年、無線通信システムでは、ｅＮＢが全ての使用可能リソースを下りリンクリソースと上りリンクリソースとに分割してデュプレックス（複信）（Duplex）動作を行うとき、各リソースの用途を下りリンクリソース又は上りリンクリソースのいずれかとして選択する動作をより柔軟に変更する技術に関して議論中である。

上記の動的リソース用途変更（変換）（change）は、下りリンクトラフィック及び上りリンクトラフィックの大きさが動的に変化する状況下で各時点で最適なリソース分配を行うことができるという長所がある。例えば、ＦＤＤシステムは、周波数帯域を下りリンク帯域と上りリンク帯域とに分割して運営（管理）するが、上述の動的リソース用途変更のためにｅＮＢは、ＲＲＣ層、ＭＡＣ層、或いは物理層の信号を用いて、特定の時点で特定の周波数帯域が下りリンクリソースであるか又は上りリンクリソースであるかを指定することができる。

特に、ＴＤＤシステムは、全サブフレームを上りリンクサブフレームと下りリンクサブフレームとに分割し、それぞれをＵＥの上りリンク送信又はｅＮＢの下りリンク送信に使用する。このようなリソース分割は、一般に、上述した表１の上りリンク／下りリンクサブフレーム設定に従ってシステム情報の一部として与えることができる。勿論、表１の上りリンク／下りリンクサブフレーム設定の他にも、新しい上りリンク／下りリンクサブフレーム設定がさらに提供されてもよい。ＴＤＤシステムにおいて、動的リソース用途変更のために、ｅＮＢは、ＲＲＣ層、ＭＡＣ層或いは物理層信号を用いて、特定の時点で特定のサブフレームが下りリンクリソースであるか又は上りリンクリソースであるかを指定することができる。

既存のＬＴＥシステムにおいて、下りリンクリソース及び上りリンクリソースはシステム情報によって指定され、このシステム情報は不特定多数のＵＥに送信される情報であるため、動的に変更される（changed）場合にはレガシＵＥの動作に問題が発生しうる。このため、動的リソース用途変更に関する情報は、システム情報ではなく、新しいシグナリング、特に、端末固有（UE-specific）シグナリングによって、現在ｅＮＢに接続されているＵＥに伝達することが好ましい。この新しいシグナリングは、動的に変化したリソースの構成、例えば、ＴＤＤシステムでシステム情報が示したのとは異なる上りリンク／下りリンクサブフレーム設定情報を示すこともできる。

本発明では、上述した説明に基づいて、上りリンクリソースを効果的に管理する方法を提案する。ここで、上りリンクリソースとは、ＦＤＤシステムでは上りリンク周波数帯域を意味し、ＴＤＤシステムでは上りリンクサブフレームを意味することができる。

既存の無線通信システムでは、上りリンクリソースが端末から基地局への信号送信に用いられている。しかし、新しく登場する発展した通信方式では、上りリンクリソースをその他の用途にも用いることによってリソース利用の効率性（effectiveness）を最大にする方法を考慮している。一例として、基地局が端末に送信すべきデータが多い場合には、基地局は、上りリンクリソースの一部の時間／周波数で端末にデータを送信することによって、データ送信の遅延を減らすことができる。他の例として、上述した端末間直接通信を行う場合にも、上りリンクリソースを使用することができる。両方の場合、端末が上りリンクリソースを介して特定の信号を受信するという共通点がある。

このように端末が上りリンクリソースを既存の用途以外の用途に用いる場合には、レガシ端末と新しい技術を搭載した端末とが共存する場合に備えて、基地局は全上りリンクリソースを分割管理する必要がある。すなわち、上りリンクリソースの一部は、既存の動作に対応（該当）する（corresponding to）端末が基地局に信号を送信する用途に用い、その残りを上述した追加の用途に用いる。一般に、端末は、特定の時点で信号を同時に送受信することができず、上記の２つの用途のリソースは時間次元（レベル）（time dimension）で分離されることが好ましい。すなわち、一部のサブフレームを既存の用途に用いながら、残りのサブフレームを追加の用途に用いる。好ましくは、基地局は、システム情報やＲＲＣシグナリングなどの上位層信号或いは物理層信号を用いて、端末にどのサブフレームで追加の用途の通信が行われるかを事前に知らせることができる。

ほとんどの場合、信号の過度なオーバーヘッドを減らすために、上述した追加の用途に用いられるサブフレームの位置情報を制限された個数のビットで示すことが好ましい。例えば、追加の用途に用いられるサブフレームが反復されるパターンを事前に定義し、それらのうちいずれのサブフレーム反復パターンが現在用いられるかを、制限された個数のビットでシグナリングすることができる。しかし、場合によっては、必ず既存の用途に用いられるサブフレームが現れるパターンを全て回避できるように上記シグナリングを設計することは極めて難しい。例えば、１０個のビット及び周期情報に関する信号を用いて、周期ごとに現れる連続した１０個のサブフレームのうちどのサブフレームが追加の用途に用いられるかをシグナリングする場合、万一既存の用途に用いられるサブフレームが現れる周期が上記追加の用途に用いられるサブフレームの周期と一致しない場合、１０個のビットを用いて両サブフレーム用途間の衝突を回避することは不可能である。

このような問題を解決するために、まず、基地局は、端末に既存の用途に必ず用いられるサブフレーム情報を伝達し、その後、たとえ追加のシグナリングによって、追加の用途に用いられるサブフレーム位置情報を取得しても、追加の用途に用いられると指定されたサブフレームが必ず既存の用途に用いられるものであれば、端末は、既存の用途での利用に優先権を与え、追加の用途には用いられないことを把握することができる。ここで、端末にとって既存の用途に必ず用いられるサブフレーム情報は、端末が該当の基地局に接続する過程でシステム情報などから既に取得した情報であってもよい。

より具体的には、“既存の用途に必ず用いられるサブフレーム”は、初期接続のために用いられるＰＲＡＣＨ（Physical Random Access CHannel）送信が可能であるように設定されたサブフレーム、又はセル内で周期的／非周期的ＳＲＳの送信が可能であるように指定されたセル固有ＳＲＳ設定に含まれるサブフレームである。これらの２種類のサブフレームは、既存の端末が基地局から信号を受信する動作を基地局が動的に調節できる方法が存在しないという共通点を有し、このため、これらのサブフレームを上述の追加の用途に用いると、既存の端末が送信した信号と追加の用途に用いられる信号との間に干渉が発生しうる。

上述した議論を、基地局が上りリンクリソースを介して端末にデータを送信する動作の場合に対して適用すると、特定の上りリンクサブフレーム＃ｎの用途が、基地局が端末に信号を送信できるサブフレームとして指定されても、当該サブフレーム＃ｎがＰＲＡＣＨ設定又はセル固有ＳＲＳ設定に属する場合、端末は、当該サブフレーム＃ｎでは基地局からのデータ送信がないと仮定し、それに対して適切に動作、例えば、下りリンク制御チャネルを検出しないか又はチャネル状態情報を測定しないように動作する。

また、上述した議論を、端末が上りリンクリソースを介して信号を直接送受信する動作に適用すると、特定の上りリンクサブフレーム＃ｎが端末間直接通信が可能なサブフレームとしてその用途が指定されても、当該サブフレーム＃ｎがＰＲＡＣＨ設定又はセル固有ＳＲＳ設定に属する場合、端末は、当該サブフレーム＃ｎでは端末間直接通信信号を送信しないか、又は、他の端末からの直接通信信号を受信する動作を省略する。特に、端末が、基地局によって設定された一連のリソースのうち一部を確率的に選択して所定の信号（例えば、隣接した他の端末が自体を発見するように送信するディスカバリ信号）を他の端末に送信する場合において、必ず既存の用途に用いられるサブフレームは、このような確率的な信号送信を行うことが禁止される形態を有してもよい。言い換えると、端末は、このように必ず既存の用途に用いられる上りリンクリソース情報では、追加の動作の用途にサブフレームが用いられないと仮定できることを意味することができる。

一方、必ず既存の用途に用いられる上りリンクリソース情報（すなわち、追加の用途に使用不可能なリソース情報）を、端末に別の信号を用いて送信してもよく、具体的には、この別の信号は、複数の既存の用途に用いられるサブフレームを示すために、複数の周期及びサブフレームオフセットで表されるサブフレームパターンの結合（和集合）（union）の形態であってもよい。

さらに、一つのサブフレームで既存の用途と追加の用途とが衝突する場合であっても、周波数リソースを分離することによって一つのサブフレームを２つの用途に使用することもできる。特に、ＰＲＡＣＨなどの場合は、制限された周波数リソースだけを用いて既存の端末がＰＲＡＣＨプリアンブルを送信することができ、当該ＰＲＡＣＨ送信可能な周波数リソースの位置を全ての端末が把握できるため、ＰＲＡＣＨ送信が可能な周波数リソース以外の周波数リソースでは、上述した追加の用途への利用、特に、端末間直接信号送受信の用途への利用が可能になる。言い換えると、ＰＲＡＣＨ送信可能な周波数リソースでは端末間直接信号の送受信が禁止されるが、同一サブフレームでそれ以外の周波数リソースでは端末間直接信号の送受信が可能になる（許容される）（permitted）といえる。

その結果として、追加の用途に使用可能な周波数リソースのサイズが減少すると、端末はそれに応じて動作を変更することができる。例えば、端末が各サブフレームで確率Ｐによって送信を行うか否か決定し、これに基づいて指定されたリソースの一部を確率的に選択して他の端末に信号を直接送信する動作を仮定する。この場合、通常のサブフレームではＮ個のリソースが選択可能だったが、該当のサブフレームではＭ個のリソースだけを選択可能であるとすれば、端末が当該サブフレームで送信を行う確率をＰからＰ＊Ｍ／Ｎなどの形態へと変更することによって、単一リソースで端末が信号を送信する確率をそのまま維持するように動作できる。勿論、Ｍ、Ｎ及びＰの値によって定められる他の形態の確率に変形されてもよい。

場合によって、端末は、隣接セルの基地局及び端末と信号を送受信しなければならず、この場合には、隣接セルで上りリンクを追加の用途に用いるリソースの位置に関する情報を取得しなければならない。この情報は、端末が接続中であるサービング基地局を介して受け取ることができるが、この場合にも本発明の概念を適用することができる。すなわち、隣接基地局が追加の用途に用いるリソースの位置情報をシグナリングすると同時に、隣接基地局で必ず既存の用途に用いる上りリンクリソース情報（すなわち、追加の用途に使用不可能なリソース情報）を端末に送信することができる。

図９は、本発明の実施例に係る上りリンクリソース管理方法を示すフローチャートである。特に、図９では、説明の便宜のために端末間直接通信の場合を取り上げて説明する。

図９を参照すると、端末は、段階９０１で、基本的な上りリンクリソースの情報を受信する。また、端末は、段階９０２で、追加の用途に使用不可能なリソース情報を受信することができる。ここで、追加の用途に使用不可能なリソース情報は、ＰＲＡＣＨ設定又はセル固有ＳＲＳ設定の形態でシグナリングされてもよい。

その後、端末は、段階９０３で、システム情報、上位層シグナリング又は下りリンク物理制御チャネルなどを介して追加の用途、すなわち、端末間直接通信の用途に用いられるリソース位置情報を受信することができる。

続いて、端末は、段階９０４で、端末間直接通信可能なリソースとして指定された上りリンクリソース（例えば、サブフレーム＃ｎ）が、上記の段階９０２で受信した、追加の用途に使用不可能なリソースであるか否かを判断する。追加の用途に使用不可能なリソースでなければ、段階９０５で端末間直接通信を行い、追加の用途に使用不可能なリソースであれば、段階９０６で既存の用途、すなわち、ＰＲＡＣＨ又はセル固有ＳＲＳの送信を行う。

図１０は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

図１０を参照すると、通信装置１０００は、プロセッサ１０１０、メモリ１０２０、無線通信（無線周波数）（Radio Frequency；ＲＦ）モジュール１０３０、ディスプレイ（表示）（display）モジュール１０４０、及びユーザインターフェースモジュール１０５０を備えている。

通信装置１０００は説明の便宜のために示されたものであり、一部のモジュールは省略されてもよい。また、通信装置１０００は必要なモジュールをさらに備えてもよい。また、通信装置１０００において一部のモジュールはより細分化したモジュールに分けられてもよい。プロセッサ１０１０は、図面を参照して例示した本発明の実施例に係る動作を実行するように構成される。具体的には、プロセッサ１０１０の詳細な動作は、図１乃至図９に記載された内容を参照すればよい。

メモリ１０２０は、プロセッサ１０１０に接続され、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラムコード、データなどを格納する。ＲＦモジュール１０３０は、プロセッサ１０１０に接続され、ベースバンド（基底帯域）（baseband）信号を無線信号に変換したり、無線信号をベースバンド信号に変換する機能を果たす。そのために、ＲＦモジュール１０３０は、アナログ変換、増幅、フィルタリング及び周波数アップ変換、又はこれらの逆過程を行う。ディスプレイモジュール１０４０は、プロセッサ１０１０に接続され、様々な情報を表示（ディスプレイ）する。ディスプレイモジュール１０４０は、特に制限されるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）などの周知の要素を用いることができる。ユーザインターフェースモジュール１０５０は、プロセッサ１０１０に接続され、キーパッド、タッチスクリーンなどの周知のユーザインターフェースの組合せで構成可能である。

以上説明してきた実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定の形態で結合し（組み合わせ）たものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもでき、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更してもよい。ある実施例の一部の構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に置き換えてもよい。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正によって新しい請求項として含めてもよいことは明らかである。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（firmware）、ソフトウェア又はそれらの結合（組み合せ）などによって具現することができる。ハードウェアによる具現では、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＤＳＰＤ（Digital Signal Processing Device）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現では、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順、関数などの形態で具現されうる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって駆動可能である。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを授受することができる。

本発明は、本発明の特徴から逸脱しない範囲で別の特定の形態に具体化できるということが当業者にとって自明である。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈によって決定しなければならず、本発明の同等な範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

上述した無線通信システムにおいて上りリンク送信リソースを管理する方法及びそのための装置は、３ＧＰＰＬＴＥシステムに適用される例を中心に説明したが、３ＧＰＰＬＴＥシステムの他、様々な無線通信システムにも適用可能である。

Claims

無線通信システムにおいて端末装置が端末間直接（Ｄ２Ｄ）リンクに関するＤ２Ｄ信号を送信する方法であって、
前記端末装置への前記Ｄ２Ｄリンクに割り当てられた上りリンクリソースプールにおいて、特定の確率に基づいて、前記Ｄ２Ｄ信号を送信するか否かを決定するステップと、
前記Ｄ２Ｄ信号を送信すると決定した場合、前記上りリンクリソースプールからリソースを確率的に選択するステップと、
前記選択されたリソースを用いて前記Ｄ２Ｄ信号を対象の端末装置に送信するステップと、を有し、
物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）に関するリソースとオーバーラップする上りリンクリソースは、前記上りリンクリソースプールから除外される、方法。
前記特定の確率は、前記ＰＲＡＣＨに関するリソースの数に基づいて変更される、請求項１に記載の方法。
前記上りリンクリソースプールに関する情報を基地局から受信するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
前記ＰＲＡＣＨに関するリソースに関する情報を基地局から受信するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
前記無線通信システムが周波数分割二重通信（ＦＤＤ）システムである場合、前記上りリンクリソースプールは、上りリンク周波数帯域を有し、
前記無線通信システムが時間分割二重通信（ＴＤＤ）システムである場合、前記上りリンクリソースプールは、上りリンクサブフレームを有する、請求項１に記載の方法。
無線通信システムにおける端末装置であって、
上りリンク／下りリンクを介して基地局と、又は、端末間直接（Ｄ２Ｄ）リンクを介して対象の端末装置と、信号を送受信するように構成される無線通信（ＲＦ）モジュールと、
前記信号を処理するように構成されるプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記端末装置への前記Ｄ２Ｄリンクに割り当てられた上りリンクリソースプールにおいて、特定の確率に基づいて、前記Ｄ２Ｄ信号を送信するか否かを決定し、
前記Ｄ２Ｄ信号を送信すると決定した場合、前記上りリンクリソースプールからリソースを確率的に選択し、
前記選択されたリソースを用いて前記Ｄ２Ｄ信号を対象の端末装置に送信するよう、前記ＲＦモジュールを制御し、
物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）に関するリソースとオーバーラップする上りリンクリソースは、前記上りリンクリソースプールから除外される、端末装置。
前記特定の確率は、前記ＰＲＡＣＨに関するリソースの数に基づいて変更される、請求項６に記載の端末装置。
前記プロセッサは、前記上りリンクリソースプールに関する情報を前記基地局から受信するよう前記ＲＦモジュールを制御する、請求項６に記載の端末装置。
前記プロセッサは、前記ＰＲＡＣＨに関するリソースに関する情報を前記基地局から受信するよう前記ＲＦモジュールを制御する、請求項６に記載の端末装置。
前記無線通信システムが周波数分割二重通信（ＦＤＤ）システムである場合、前記上りリンクリソースプールは、上りリンク周波数帯域を有し、
前記無線通信システムが時間分割二重通信（ＴＤＤ）システムである場合、前記上りリンクリソースプールは、上りリンクサブフレームを有する、請求項６に記載の端末装置。