JP7071909B2 - 移動通信ネットワークの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信ネットワークにおけるユーザ装置を利用したリレー通信技術に関する。

マクロセル内に１つ以上のスモールセルを配置し、マクロセルによりユーザ装置（ＵＥ）との接続性を確保しつつ、スモールセルによるＵＥへの高速・大容量通信を行う構成が検討されている。以下の説明において、マクロセルを提供する基地局を大セル局と呼び、スモールセルを提供する基地局を小セル局と呼ぶものとする。非特許文献１は、小セル局が提供するスモールセルに在圏してはいないが、当該スモールセルを包含するマクロセルに在圏しているＵＥにデータを高速に伝送するため、当該スモールセルに在圏しているＵＥを中継局として利用するリレー通信技術を開示している。以下の説明において、他のＵＥに送信するデータを中継する中継局として利用されるＵＥを、中継ＵＥと呼び、当該他のＵＥを対象ＵＥと呼ぶものとする。

非特許文献１は、中継ＵＥを選択する方法として、対象ＵＥが自律分散的に選択する方法と、移動通信ネットワークが選択する方法の２つの方法が存在することと、これら２つの方法の問題点を述べている。そして、非特許文献１は、これら２つの方法の問題点を解消する方法として、ＵＥ間の近接情報を利用することで、スモールセルに在圏しているＵＥから候補ＵＥを選択し、候補ＵＥから中継ＵＥを選択するＰＦ（ＰｒｏＳｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：近接ファンクション）ベース制御を開示している。なお、近接情報とは、直接通信できるＵＥのペアを示す情報であり、ＰＦＳ（近接ファンクション・サーバ）が維持・管理している。ＰＦＳは、各ＵＥ間で送受信されるビーコン信号等の情報を各ＵＥから収集することで近接情報を生成・更新する。

図１は、非特許文献１が開示するＰＦベース制御のシーケンス図である。Ｓ１で、対象ＵＥは、大セル局を介して制御装置にリレー通信を要求する。図１には示していないが、対象ＵＥは、リレー通信を要求すると品質測定用の基準信号を送信する。制御装置は、対象ＵＥからのリレー通信の要求に応答して、Ｓ２で、ＰＦＳに近接情報を要求する。ＰＦＳは、Ｓ３で、保持している近接情報を制御装置に送信する。制御装置は、Ｓ４で近接情報に基づき候補ＵＥを選択する。候補ＵＥは、対象ＵＥと直接通信ができ、かつ、スモールセルに在圏しているＵＥである。図１においては、Ｎ個の候補ＵＥ＃１～候補ＵＥ＃Ｎが選択されている。Ｓ５で、制御装置は、大セル局を介して、選択した候補ＵＥ＃１～候補ＵＥ＃Ｎに測定指示を送信する。測定指示を受信した候補ＵＥ＃１～候補ＵＥ＃Ｎは、対象ＵＥが送信している基準信号を測定し、測定結果、例えば、基準信号の受信品質を、Ｓ６で、大セル局を介して、制御装置に送信する。制御装置は、Ｓ７で、候補ＵＥ＃１～候補ＵＥ＃Ｎそれぞれから受信した測定結果に基づき中継ＵＥを選択する。本例では、候補ＵＥ＃１が選択されたものとする。この場合、制御装置は、Ｓ８で、大セル局を介して、候補ＵＥ＃１に中継ＵＥとして選択されたことを通知する。その後、対象ＵＥと中継ＵＥ（候補ＵＥ＃１）は、リレー通信のための中継チャネルを設定し、移動通信ネットワークは、中継ＵＥを介して対象ＵＥにデータを送信する。

北川 幸一郎、他、"５Ｇ端末間リレー通信における信号量削減手段に関する検討"、第２６回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ論文集、９０－９６、２０１８年１０月３１日

例えば、対象ＵＥが中継ＵＥを介してデータを受信している際に、対象ＵＥ又は中継ＵＥが移動すると対象ＵＥと中継ＵＥとの間の通信状態が劣化し得る。ここでの通信状態とは、通信品質、通信速度及び／又は通信遅延である。対象ＵＥへの高速データ伝送を維持するには、対象ＵＥと中継ＵＥとの間の通信状態が所定の基準を下回る前に、中継ＵＥを切り替える必要がある。例えば、対象ＵＥは、中継ＵＥとの間の通信状態の劣化を検出すると、図１のＳ１に示す様に大セル局を介して制御装置に中継ＵＥの切替を要求する。制御装置は、中継ＵＥの切替要求に応答して、近接情報をＰＦＳから取得し、Ｓ７で新たな中継ＵＥを選択する。そして、Ｓ８の処理により対象ＵＥと新たな中継ＵＥとの間で中継チャネルが設定されると、移動通信ネットワークは、新たな中継ＵＥを介して対象ＵＥへのデータ伝送を行うことで、対象ＵＥへの高速データ伝送を維持することができる。

しかしながら、Ｓ３で制御装置が取得した近接情報が古く、近接情報が示すＵＥの近接関係が、その時点での実際の近接関係とは異なるものであると、Ｓ４で選択された候補ＵＥが、その時点において対象ＵＥと直接通信できないものとなり得る。この場合、制御装置は、Ｓ７において中継ＵＥを選択できなくなる。Ｓ７において中継ＵＥを選択できないと、制御装置は、ＰＦＳに近接情報の更新を要求し、更新後の近接情報をＰＦＳから取得してＳ４から処理を繰り返すことになるが、新たな中継ＵＥを決定するまでの時間が長くなる。新たな中継ＵＥを決定するまでの時間が長くなると、その間に候補ＵＥへのデータ伝送の通信速度、通信品質及び／又は通信遅延が劣化し得る。これを防ぐには、ＰＦＳにおける近接情報の更新周期を短くする必要があるが、短くしすぎると近接情報を収集するための制御信号及び処理負荷が増加する。

本発明は、近接情報の更新を適切に行わせる技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、第１基地局が提供する第１セルと、１つ以上の第２基地局それぞれが提供する第２セルと、を有し、前記１つ以上の第２基地局それぞれが提供する前記第２セルは、前記第１セルと重複領域を有し、第２基地局とユーザ装置との通信を、当該第２基地局が提供する第２セルに在圏する他のユーザ装置と当該ユーザ装置との間で設定された中継チャネルを利用して当該他のユーザ装置が中継するリレー通信を行うことができる様に構成された移動通信ネットワークで使用される制御装置は、前記第１セル内のユーザ装置のうちの直接通信可能なユーザ装置のペアを示す近接情報に基づき、前記第１セル内の前記リレー通信において中継を行うユーザ装置の候補である１つ以上の候補ユーザ装置を選択する第１選択手段と、前記１つ以上の候補ユーザ装置それぞれと前記リレー通信において中継される対象ユーザ装置との間の通信状態に基づき前記１つ以上の候補ユーザ装置から前記リレー通信において中継を行う中継ユーザ装置を選択する第２選択手段と、前記近接情報の更新周期と、前記リレー通信において前記中継ユーザ装置の切り替えを行うか否かを判定するために使用する閾値と、を決定する決定手段と、を備え、前記閾値は、前記リレー通信で利用されている前記中継チャネルの状態を示す評価値の下限を示す下限値に対してマージンだけ前記評価値が示す評価を高くした値であり、前記決定手段は、前記第１セル内にて行われている前記リレー通信において利用されている前記中継チャネルのうち、前記評価値が前記下限値を下回っている前記中継チャネルが生じているか否かと、前記第１セル内において前記リレー通信のために前記第２選択手段が前記中継ユーザ装置を選択できない頻度と、に基づき、前記近接情報の更新周期と、前記閾値と、を決定することを特徴とする。

本発明によると、近接情報の更新を適切に行わせることができる。

ＰＦＳベース制御のシーケンス図。 一実施形態による移動通信ネットワークの構成図。 一実施形態による中継ＵＥの切り替えの説明図。 一実施形態による閾値、マージン及び許容下限値の関係を示す図。 一実施形態による更新周期及びマージンの更新処理のフローチャート。 一実施形態による制御装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図２は、本実施形態による移動通信ネットワークの構成図である。大セル局１０は、マクロセル１を提供する。小セル局２０及び３０は、それぞれ、マクロセル１より小さいスモールセル２及び３を提供する。なお、本実施形態においては、図２に示す様に、スモールセル２及び３は、マクロセル１に包含されている。しかしながら、スモールセル２及び３は、マクロセル１と重複領域を有するものであれば良く、マクロセル１に完全に包含されるものである必要はない。大セル局１０並びに小セル局２０及び３０は、コアネットワーク４に接続される。コアネットワーク４は、制御装置４０と、ＰＦＳ４１と、を有する。制御装置４０は、例えば、ＡＭＦ（アクセス及びモビリティ管理機能）サーバであり得る。ＰＦＳ４１は、近接情報を保持し、かつ、制御装置４０から通知される更新周期毎に近接情報を更新する。なお、近接情報は、例えば、マクロセル１毎に設けられる。つまり、移動通信ネットワークは、複数の大セル局１０を有し、それぞれが、マクロセル１を提供するが、近接情報は、各マクロセル１に対して設けられる。対象ＵＥ５は、マクロセル１に在圏しているが、スモールセル２及び３には在圏していない。本実施形態の移動通信ネットワークは、スモールセルに在圏していない対象ＵＥ５に高速データ通信サービスを提供するため、上述したリレー通信を行える様に構成されている。つまり、移動通信ネットワークは、小セル局２０又は小セル局３０に在圏している図示しない中継ＵＥを介して、対象ＵＥ５にデータを伝送することができる。このリレー通信において、中継ＵＥは、対象ＵＥ５との間に設定した中継チャネルを利用して対象ＵＥ５にデータを転送する。

図３は、本実施形態による中継チャネル切替の説明図である。対象ＵＥ５は、小セル局２０が提供するスモールセル２に在圏する中継ＵＥ２１を介して通信している。中継ＵＥ２１と対象ＵＥ５は中継チャネル６０を介して通信している。対象ＵＥ５が図中の矢印の方向に移動すると、中継ＵＥ２１と対象ＵＥ５との距離が長くなり、チャネル６０の通信状態が劣化する。本実施形態においては、通信状態を評価する評価値を通信速度（スループット）とする。しかしながら、通信状態を評価する評価値は、例えば、通信遅延や誤り発生率（通信品質）であって良い。通信速度の低下を避けるため、移動通信ネットワークは、新たな中継ＵＥを決定して、対象ＵＥ５へのデータ通信を中継するＵＥを、中継ＵＥ２１から変更する制御を行う。図３においては、小セル局３０が提供するスモールセル３に在圏する中継ＵＥ３１が新たな中継ＵＥに決定されている。中継ＵＥの変更後、移動通信ネットワークは、中継ＵＥ３１を介して対象ＵＥ５へのデータ送信を行う。このデータ送信においては、中継ＵＥ３１と対象ＵＥ５との間に設定された中継チャネル６１が利用される。

なお、本実施形態において中継ＵＥの選択は、図１を用いて説明したＰＦベース制御に従う。つまり、制御装置４０は、近接情報を利用して候補ＵＥを選択し、対象ＵＥ５が送信する基準信号の各候補ＵＥにおける測定結果に基づき候補ＵＥから中継ＵＥを選択する。なお、Ｓ１における要求は、リレー通信の開始時は、リレー通信の要求であり、リレー通信を行っている際の中継ＵＥの切り替え時には、中継ＵＥの切り替えの要求になる。また、本実施形態において、対象ＵＥ５が送信する基準信号の候補ＵＥでの測定結果が所定基準を満たさず、よって、制御装置４０がＳ７で中継ＵＥを選択できないと、制御装置４０は、ＰＦＳ４１に近接情報の更新を指示し、ＰＦＳ４１による近接情報の更新後、Ｓ４から処理を繰り返すものとする。

図４のグラフ７０は、図３のシナリオにおける対象ＵＥ５の移動による、中継チャネル６０の通信速度の時間変化を示している。中継ＵＥ２１と対象ＵＥ５との距離が時間の経過により長くなっているため、中継チャネル６０の通信速度は時間の経過と共に低下している。図４の許容下限値は、移動通信ネットワークとして許容できる通信速度の下限値である。中継ＵＥ３１への切り替えは、中継チャネル６０の通信品質が許容下限値に達する前に完了させなければならない。また、図４の閾値は、中継チャネル切替を開始するトリガとなる通信速度である。中継チャネル６０の通信速度が閾値に達すると、対象ＵＥ５は、中継チャネル切替を開始する。中継チャネル切替を開始してから完了するまでには所定期間がかかり、この所定期間の間においても中継チャネル６０の通信速度は低下する。したがって、閾値は、許容下限値に対してこの所定期間をマージンとして見込んで設定する必要がある。なお、所定期間は、近接情報に基づく候補ＵＥの選択と、候補ＵＥから中継ＵＥを決定するまでの期間を含む。

ここで、マージンの設定が小さいと、中継チャネル６０から中継チャネル６１への切替が完了するまでに中継チャネル６０の通信速度が下限許容値を下回ることになり得る。同様に、近接情報が古く、近接情報が現在のＵＥの近接関係を表していないと中継ＵＥを決定するまでの期間が長くなり、中継チャネル６０から中継チャネル６１への切替が完了するまでに中継チャネル６０の通信速度が下限許容値を下回ることになり得る。このため、本実施形態では、マージンＭと近接情報の更新周期Δｔとを、動的に更新する。

図５は、制御装置４０が実行する更新周期Δｔ及びマージンＭの更新処理のフローチャートである。制御装置４０は、図５の処理を、所定の周期で繰り返す。なお、図５の処理は、大セル局毎に個別に行われる。つまり、マージンＭと更新周期Δｔは、大セル局毎に異なる値になり得る。制御装置４０は、Ｓ１０で、大セル局１０内におけるリレー通信で使用されている中継チャネルのうち、その通信速度が許容下限値未満となっている中継チャネルが存在しているか否かを判定する。なお、この判定は、対象ＵＥ又は中継ＵＥからの報告に基づく。許容下限値未満となっているものが存在していないと、制御装置４０は、Ｓ１１で、マージンＭを減少させ、近接情報の更新周期Δｔを増加させる。なお、どの様にマージンＭを減少させるかは予め決まっている。同様に、どの様に更新周期Δｔを増加させるかについても予め決まっている。

許容下限値未満となっているものが存在していると、制御装置４０は、Ｓ１２で、図１のＳ７において中継ＵＥが見つからない事象の発生頻度が所定頻度（基準値）より高いかを判定する。例えば、所定の単位期間、又は、図５の繰り返し周期毎に、その間に行った図１の処理のＳ７において中継ＵＥが見つからなかった回数を制御装置４０は求める。そして、その回数が所定値より大きいと、Ｓ１２の判定は"Ｙｅｓ"となる。なお、所定値は０とすることができ、この場合、所定の単位期間、又は、図５の繰り返し周期の間に行った図１の処理のＳ７において中継ＵＥが見つからなかった回数が１回でもあると、Ｓ１２の判定は"Ｙｅｓ"となる。Ｓ１２の判定結果が"Ｎｏ"であると、制御装置４０は、許容下限値未満となっている原因がマージンＭの値が小さすぎることであると判定し、よって、Ｓ１３でマージンを増加させる。１２の判定結果が"Ｙｅｓ"であると、制御装置４０は、許容下限値未満となっている原因が、不正確な近接情報であると判定し、よって、近接情報の更新周期Δｔを減少させる。なお、どの様にマージンＭを増加させるかは予め決まっている。同様に、どの様も更新周期Δｔを減少させるかについても予め決まっている。

また、制御装置４０は、大セル局１０についての更新周期Δｔを変更（更新）すると、変更後の更新周期ΔｔをＰＦＳサーバ４１に通知する。ＰＦＳサーバ４１は、制御装置４０から通知された更新周期Δｔ毎に、大セル局１０の近接情報を更新する。また、制御装置４０は、大セル局１０についてのマージンＭを変更（更新）すると、許容下限値に基づき大セル局１０のＵＥが使用する閾値も更新する。図４に示す様に、閾値は許容下限値にマージンを加えた値である。そして、制御装置４０は、閾値を更新すると、更新後の閾値を大セル局１０に通知する。大セル局１０は、更新後の閾値を少なくとも対象ＵＥ５に通知する。よって、対象ＵＥ５は、更新後の閾値に基づき中継チャネル切替を移動通信ネットワークに要求することができる。なお、マージンＭを更新すると、更新後のマージンＭを大セル局１０や対象ＵＥ５に通知する構成であっても良い。この場合、対象ＵＥ５は、自装置が保持している許容下限値と、通知されたマージンＭとに基づき閾値を更新することができる。なお、本実施形態では、対象ＵＥ５が閾値に基づき中継チャネル切替を移動通信ネットワークに要求するものとしたが、移動通信ネットワークの任意の装置、例えば、制御装置４０が閾値に基づき中継チャネル切替の要否を判定する構成とすることもできる。この場合、制御装置４０は、対象ＵＥ５又は中継ＵＥから中継チャネルの評価値、例えば、通信速度を受信し、閾値と比較することで中継チャネル切替の要否を判定する。この場合、制御装置４０は、マージンＭを大セル局１０や対象ＵＥ５に通知する必要はない。

なお、本実施形態においては、中継チャネルの評価値を通信速度とし、よって、閾値は許容下限値にマージンを加えた値とした。しかしながら、中継チャネルの評価値を通信遅延とする場合、閾値は許容下限値からマージンを減じた値となる。つまり、閾値は、評価値の許容下限値に対してマージンだけ評価値が示す評価を高くした値であり、マージンを加算するか減算するかは評価値が示す評価の内容に依存する。

図６は、本実施形態による制御装置４０の構成図である。通信部４０４は、ＰＦＳ４１、大セル局１０、小セル局２０及び３０と制御信号の送受信を行う。第１選択部４０１は、ＰＦＳから近接情報を取得する。なお、取得する近接情報は、少なくともリレー通信を行う対象ＵＥが在圏するマクロセル１に在圏するＵＥについての近接情報を含む。第１選択部４０１は、近接情報に基づきマクロセル１内のリレー通信において中継を行うＵＥの候補である１つ以上の候補ＵＥを選択する。第２選択部４０２は、１つ以上の候補ＵＥと、リレー通信における対象ＵＥとの間の通信状態に基づき、１つ以上の候補ＵＥから当該リレー通信において中継を行う中継ＵＥを選択する。決定部４０４は、近接情報の更新周期と、リレー通信において中継ＵＥの切り替えを行うか否かを判定するために使用する閾値と、を図５で説明した処理に基づき決定する。

なお、本発明による制御装置４０は、１つの装置として実現することも、ネットワークを介して相互に通信できる複数の装置により実現することもできる。また、制御装置４０は、コンピュータを上記制御装置４０として動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

４０１：第１選択部、４０２：第２選択部、４０３：決定部、４０４：通信部

Claims (9)

1. 第１基地局が提供する第１セルと、１つ以上の第２基地局それぞれが提供する第２セルと、を有し、前記１つ以上の第２基地局それぞれが提供する前記第２セルは、前記第１セルと重複領域を有し、第２基地局とユーザ装置との通信を、当該第２基地局が提供する第２セルに在圏する他のユーザ装置と当該ユーザ装置との間で設定された中継チャネルを利用して当該他のユーザ装置が中継するリレー通信を行うことができる様に構成された移動通信ネットワークで使用される制御装置であって、
   前記第１セル内のユーザ装置のうちの直接通信可能なユーザ装置のペアを示す近接情報に基づき、前記第１セル内の前記リレー通信において中継を行うユーザ装置の候補である１つ以上の候補ユーザ装置を選択する第１選択手段と、
   前記１つ以上の候補ユーザ装置それぞれと前記リレー通信において中継される対象ユーザ装置との間の通信状態に基づき前記１つ以上の候補ユーザ装置から前記リレー通信において中継を行う中継ユーザ装置を選択する第２選択手段と、
   前記近接情報の更新周期と、前記リレー通信において前記中継ユーザ装置の切り替えを行うか否かを判定するために使用する閾値と、を決定する決定手段と、
   を備え、
   前記閾値は、前記リレー通信で利用されている前記中継チャネルの状態を示す評価値の下限を示す下限値に対してマージンだけ前記評価値が示す評価を高くした値であり、
   前記決定手段は、前記第１セル内にて行われている前記リレー通信において利用されている前記中継チャネルのうち、前記評価値が前記下限値を下回っている前記中継チャネルが生じているか否かと、前記第１セル内において前記リレー通信のために前記第２選択手段が前記中継ユーザ装置を選択できない頻度と、に基づき、前記近接情報の更新周期と、前記閾値と、を決定することを特徴とする制御装置。
2. 前記決定手段は、前記マージンを決定することで前記閾値を決定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記リレー通信において利用されている前記中継チャネルの前記評価値が前記閾値を下回ると、前記リレー通信において前記中継ユーザ装置の切り替えを行うと判定されることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記決定手段は、前記第１セル内にて行われている前記リレー通信において利用されている前記中継チャネルのうち、前記評価値が前記下限値を下回っている前記中継チャネルが生じていると、前記更新周期を減少させることと、前記マージンを増加させることとのいずれかを行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 前記決定手段は、前記頻度が基準値より多いと、前記更新周期を減少させることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記決定手段は、前記頻度が基準値より少ないと、前記マージンを増加させることを特徴とする請求項４又は５に記載の制御装置。
7. 前記決定手段は、前記第１セル内にて行われている前記リレー通信において利用されている前記中継チャネルのうち、前記評価値が前記下限値を下回る前記中継チャネルが生じていないと、前記マージンを減少させ、かつ、前記更新周期を増加させることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記中継チャネルの前記評価値は、前記中継チャネルの通信速度又は通信遅延であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の制御装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

Images