WO2011162114A1 - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局 - Google Patents

無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局 Download PDF

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WO2011162114A1
WO2011162114A1 PCT/JP2011/063445 JP2011063445W WO2011162114A1 WO 2011162114 A1 WO2011162114 A1 WO 2011162114A1 JP 2011063445 W JP2011063445 W JP 2011063445W WO 2011162114 A1 WO2011162114 A1 WO 2011162114A1
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WO
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random number
wireless communication
number generation
base station
communication device
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PCT/JP2011/063445
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉澤　淳
高野　裕昭
Original Assignee
ソニー株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H04W74/0841—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
    • H04W74/085—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment collision avoidance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless communication device, a wireless communication system, a wireless communication method, and a base station.
  • 4G Long Term Evolution
  • 3GPP Third Generation Partnership Project
  • eNodeB macrocell base station
  • HeNodeB Home eNodeB
  • femtocell base station small mobile phone base station
  • RHH remote radio head
  • the user terminal synchronizes the frame with the base station based on a synchronization signal transmitted from the base station, and then the oscillator inside the user terminal is connected to the oscillator of the base station with high accuracy. Synchronize.
  • each user terminal performs time adjustment according to the distance between the base station and the user terminal, which is called Timing Advance. Do. Specifically, Timing Advance is performed during a random access procedure in which a user terminal transmits a preamble toward a random access window. The Timing Advance value can be obtained from the relationship between the arrival time of the preamble at the base station and the random access window. Such random access is described in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • the communication network is used for direct communication by people such as meters, vending machines, electronic advertisements, etc. in addition to conventional terminals directly used by people such as conventional mobile phones and PCs (Personal Computers). It is also spreading to other terminals.
  • MTC such communication that is not directly used by a person
  • MTC terminal a terminal that is not directly used by a person
  • This MTC is being discussed in 3GPP.
  • applications of MTC various applications such as Metering that collects information on water supply systems and power systems, and Health that collects device information for healthcare use are being studied.
  • the MTC terminal is a terminal specialized for these applications.
  • the MTC terminal has characteristics such as Time Controlled, Online Small Data Transmissions, and the like. For this reason, the MTC terminal may be required to periodically connect to the base station every 30 minutes or every hour, and transmit information to the MTC server via the base station. In this case, when connecting to the base station, the MTC terminal is assumed to perform Timing Advance including transmission of the preamble, similar to the above user terminal.
  • the number of MTC terminals accommodated in each cell is expected to be extremely large. For this reason, when a plurality of MTC terminals simultaneously transmit a preamble as an access request at a specific timing, the number of cases where the preamble collides with the base station and the connection with the base station fails.
  • a reception unit that receives a radio signal from a base station, a transmission unit that transmits an initial signal for connection to the base station, a random number generation unit that generates a random number
  • a wireless communication apparatus comprising: a control unit that controls transmission timing of the initial signal by the transmission unit according to a delay time corresponding to the random number generated by the random number generation unit after synchronization processing based on the wireless signal Is done.
  • the radio signal received by the receiving unit may include random number generating data, and the random number generating unit may generate the random number using the random number generating data.
  • the radio signal received by the receiving unit includes one or two or more random number generating data, each of the random number generating data is associated with identification information, and the random number generating unit includes:
  • the wireless communication device may generate the random number using random number generation data associated with the corresponding identification information.
  • the radio signal received by the receiving unit may be a broadcast signal.
  • the random number generation data may indicate an upper limit value of the random number generated by the random number generation unit.
  • the random number generation data may indicate a lower limit value of the random number generated by the random number generation unit.
  • the random number generation data may indicate a lower limit value and an upper limit value of the random number generated by the random number generation unit.
  • the random number generation data may indicate the median value and variance of the random numbers generated by the random number generation unit.
  • the random number generation data may indicate a random number model for the random number generation unit to generate the random number.
  • the random number generation data may be a value specified by the user.
  • the wireless communication device may perform the synchronization process at a periodic timing according to an instruction from the base station.
  • a base station a reception unit that receives a radio signal from the base station, a transmission unit that transmits an initial signal for connection to the base station, a random number generation unit that generates a random number, and A control unit that controls a transmission timing of the initial signal by the transmission unit according to a delay time corresponding to the random number generated by the random number generation unit after a synchronization process based on a radio signal received from the base station;
  • a wireless communication system is provided.
  • the random number is generated, and the synchronization process based on the radio signal received from the base station is generated by the random number generation unit.
  • a wireless communication method including transmitting an initial signal for connection to the base station according to a delay time corresponding to the random number.
  • the base station is a transmission unit that transmits a radio signal to the radio communication device, and is transmitted from the radio communication device according to a delay time corresponding to a random number generated in the radio communication device. And a receiving unit that receives an initial signal for the wireless communication device to connect to the base station.
  • the timing of access requests by wireless communication devices such as MTC terminals can be distributed.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a wireless communication system 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which showed the frame format of 4G. It is the sequence diagram which showed the comparative example of random access. It is explanatory drawing which showed the relationship between time and the amount of cell traffic.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the MTC terminal 20. It is explanatory drawing which showed the structural example of BCH by 2nd Embodiment.
  • a plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different alphabets after the same reference numeral.
  • a plurality of configurations having substantially the same functional configuration are distinguished as necessary as MTC terminals 20A, 20B, and 20C.
  • MTC terminals 20A, 20B, and 20C are simply referred to as the MTC terminal 20.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of the wireless communication system 1.
  • the radio communication system 1 includes an eNodeB 10, a core management network including an MME (Mobility Management Entity) 12, an S-GW (Serving Gateway) 14, and a PDN (Packet Data Network) -GW 16, and an MTC.
  • the terminal 20 and the MTC server 30 are provided.
  • the eNodeB 10 shown in FIG. 1 is an example of a base station
  • the MTC terminal 20 is an example of a wireless communication device.
  • the wireless communication device may be a user terminal (UE: User Equipment).
  • the base station may be, for example, a relay node that relays communication between the eNodeB 10 and the wireless communication device, or Home eNodeB that is a small home base station.
  • the eNodeB 10 is a radio base station having a function of a transmission unit that transmits a radio signal to the MTC terminal 20 and a function of a reception unit that receives a radio signal from the MTC terminal 20. Although only one eNodeB 10 is shown in FIG. 1, a large number of eNodeBs are actually connected to the core network. Moreover, although description is abbreviate
  • the MME 12 is a device that controls the setting, release, and handover of a data communication session.
  • the MME 12 is connected to the eNodeB 10 via an interface called X2.
  • the S-GW 14 is a device that performs routing and transfer of user data.
  • the PDN-GW 16 functions as a connection point with the IP service network, and transfers user data to and from the IP service network.
  • the MTC terminal 20 is a terminal specialized for an application for MTC being studied in 3GPP, and performs radio communication with the eNodeB 10 according to the application. Further, the MTC terminal 20 performs bidirectional communication with the MTC server 30 via the core network. The user executes a predetermined application by accessing the MTC server 30. The user basically does not access the MTC terminal 20 directly.
  • the MTC terminal 20 will be described in detail in “1-4. MTC terminal”.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a 4G frame format.
  • a 10 ms radio frame is composed of ten 1 ms subframes # 0 to # 9.
  • Each subframe of 1 ms is composed of two 0.5 ms slots.
  • each 0.5 ms slot is composed of 7 Ofdm symbols.
  • a synchronization signal used for frame synchronization by the user terminal is transmitted using the Ofdm symbol shaded in FIG. More specifically, the secondary synchronization signal (SSS) in the fifth Ofdm symbol of subframe # 0, the primary synchronization signal (PSS) in the sixth Ofdm symbol of subframe # 0, the secondary synchronization signal in the fifth Ofdm symbol of subframe # 5, A primary synchronization signal is transmitted in the sixth Ofdm symbol of subframe # 5.
  • SSS secondary synchronization signal
  • PSS primary synchronization signal
  • a primary synchronization signal is transmitted in the sixth Ofdm symbol of subframe # 5.
  • the user terminal acquires a 5 ms period using the primary synchronization signal and simultaneously detects a cell number group corresponding to the current location from the three cell number groups. Thereafter, the user terminal acquires a radio frame period (10 ms period) using the secondary synchronization signal.
  • a ZadoffChu sequence is used as the code sequence of the synchronization signal. Since 168 types of encoded sequences are used for the cell numbers in the cell number group and two types of encoded sequences are used to obtain a radio frame period, 336 types of encoded sequences are prepared. Based on the combination of the secondary synchronization signal transmitted in subframe # 0 and the secondary synchronization signal transmitted in subframe # 5, the user terminal determines whether the received subframe is subframe # 0 or subframe # 5 Can be judged.
  • Timing Advance The 4G user terminal performs time adjustment according to the distance between the eNodeB 10 and the user terminal, called Timing Advance, so that the radio signals transmitted from the plurality of user terminals are simultaneously received by the eNodeB 10. Specifically, Timing Advance is performed during a random access procedure in which a user terminal transmits a preamble toward a random access window. The Timing Advance value can be acquired from the relationship between the arrival time of the preamble to the eNodeB 10 and the random access window. Since the random access window is arranged at a predetermined position in the radio frame, it arrives periodically.
  • a general MTC terminal performs Timing Advance similar to that of a user terminal and acquires a Timing Advance value.
  • a flow of random access assumed to be performed by the eNodeB 10 and a general MTC terminal will be described as a comparative example with the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a sequence diagram showing a comparative example of random access.
  • the MTC terminal when receiving the primary synchronization signal and the secondary synchronization signal from the eNodeB 10 (S42), the MTC terminal performs downlink frame synchronization as described in “1-2. Frame synchronization” ( S44).
  • the MTC terminal transmits a preamble (an initial signal for connection to the eNodeB 10) toward a random access window in the radio frame (S46).
  • a preamble an initial signal for connection to the eNodeB 10
  • the MTC terminal sets PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER indicating the number of preamble transmissions, sets backoff parameter value 0 which is a parameter related to backoff, and transmits the preamble with appropriate power.
  • backoff parameters is shown in the table below.
  • the eNodeB 10 calculates a Timing Advance value from the relationship between the arrival time of the preamble to the eNodeB 10 and the random access window (S48). Then, the eNodeB 10 transmits a random access response to the MTC terminal (S50).
  • This random access response includes, for example, uplink transmission permission data and a Timing Advance value.
  • the MTC terminal When receiving the random access response, the MTC terminal adjusts the transmission timing based on the Timing Advance value (S52), and transmits the L2 / L3 message (S54). On the other hand, when the eNodeB 10 transmits a contention resolution message to the MTC terminal (S56), the MTC terminal and the eNodeB 10 are connected.
  • random access in which the MTC terminal arbitrarily transmits a preamble is classified as a contention-based type.
  • this contention-based type the preambles transmitted by a plurality of MTC terminals may collide.
  • a contention-free type there is a random access called a contention-free type in which the preamble transmission timing is instructed in advance by the eNodeB 10.
  • the embodiment of the present disclosure is proposed for contention-based random access among these random accesses.
  • the MTC terminal 20 is a terminal specialized for an application for MTC which is being studied in 3GPP.
  • An example of an application for MTC is shown below.
  • the MTC terminal 20 may be an electrocardiogram measuring device corresponding to the above “4. Health”.
  • the MTC server 30 requests the report of the electrocardiogram measurement result from the MTC terminal 20, and the measurement result of the electrocardiogram is received from the MTC terminal 20. Reported to the MTC server 30.
  • the MTC terminal 20 may be a vending machine corresponding to the above “3. Payment”.
  • the MTC server 30 requests the MTC terminal 20 to report the sales status, and the MTC terminal 20 reports the sales status to the MTC server 30.
  • MTC terminal 20 The characteristics of such an MTC terminal 20 are shown below. Note that the MTC terminal 20 need not have all the following features.
  • the MTC terminal 20 moves less, connects to the eNodeB 10 at a low frequency, performs a small amount of data communication, and returns to the idle mode again. In addition, a certain amount of delay is allowed for data communication.
  • the MTC terminal 20 may be required to periodically transmit information. However, if each MTC terminal 20 tries to connect to the eNodeB 10 periodically, such as every 30 minutes or every hour, the problem described below with reference to FIG. 4 occurs.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between time and cell traffic volume.
  • the number of MTC terminals 20 accommodated in each cell is expected to be extremely large. For this reason, when each MTC terminal 20 tries to connect to the eNodeB 10 (random access) and transmit information at the same timing, the cell traffic volume locally increases at a specific timing, as shown in FIG. There is concern. In addition, even at the time of recovery from a power failure in the entire area, if random access is simultaneously performed by the respective MTC terminals 20, the amount of cell traffic increases locally.
  • the embodiment of the present disclosure has been created with the above circumstances in mind.
  • the timing of random access by the MTC terminal 20 can be distributed. As a result, it is possible to suppress random access collisions in the eNodeB 10 and increase the throughput of the entire system.
  • the MTC terminal 20 according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the MTC terminal 20 according to the first embodiment.
  • the MTC terminal 20 includes an antenna 216, an antenna duplexer 218, a reception circuit 220, a transmission circuit 222, a signal processing unit 230, and an upper layer 240.
  • the antenna 216 receives a radio signal from the eNodeB 10 and converts the radio signal into an electrical reception signal. At the time of reception, since the antenna 216 and the reception circuit 220 are connected via the antenna duplexer 218, the reception signal obtained by the antenna 216 is supplied to the reception circuit 220.
  • the antenna 216 and the transmission circuit 222 are connected via the antenna duplexer 218, a transmission signal is supplied from the transmission circuit 222 to the antenna 216.
  • the antenna 216 transmits this transmission signal to the eNodeB 10 as a radio signal.
  • the MTC terminal 20 may include a plurality of antennas.
  • the MTC terminal 20 can perform MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication, diversity communication, and the like.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the reception circuit 220 performs demodulation processing and decoding processing on the reception signal supplied from the antenna 216 and supplies the processed reception data to the signal processing unit 230. As described above, the reception circuit 220 functions as a reception unit in cooperation with the antenna 216.
  • the receiving circuit 220 performs a synchronization process based on the received signal. More specifically, when a period or timing is designated by the eNodeB 10, the MTC server 30, or the MTC user, the receiving circuit 220 performs a synchronization process according to the designated period or timing.
  • the transmission circuit 222 performs modulation processing of transmission data supplied from the signal processing unit 230 and supplies the processed transmission signal to the antenna 216. As described above, the transmission circuit 222 functions as a transmission unit in cooperation with the antenna 216.
  • the signal processing unit 230 includes a reception data processing unit 232, an interface 233, a random number generation unit 234, a transmission timing control unit 236, and a transmission data processing unit 238, as shown in FIG.
  • the reception data processing unit 232 analyzes the reception data supplied from the reception circuit 220 and supplies the reception data for the upper layer to the interface 233. On the other hand, the reception data processing unit 232 supplies the random number generation data used for random number generation in the random number generation unit 234 to the random number generation unit 234. Note that the random number generation data may be included in a broadcast signal (BCH) transmitted from the eNodeB 10.
  • BCH broadcast signal
  • the interface 233 is an interface with the upper layer 240.
  • the reception data is output from the interface 233 to the upper layer 240, and the transmission data is input from the upper layer 240 to the interface 233.
  • the upper layer 240 is a functional unit record for executing an application corresponding to the MTC terminal 20.
  • examples of the application include “Metering” and “Health”.
  • the application is “Metering”
  • data indicating the amount of water or electricity used is assumed as the transmission data.
  • data indicating the current physical condition of the patient is assumed as the transmission data.
  • the random number generation unit 234 generates a random number using the random number generation data supplied from the reception data processing unit 232.
  • the random number generation data may be data set by the MTC server 30 or data set by the MTC user.
  • the random number generation data may be data indicating the upper limit value of the random number generated by the random number generation unit 234.
  • the random number generation unit 234 generates random numbers within a range that does not exceed the data for random number generation.
  • the random number generation data may be data indicating the lower limit value of the random number generated by the random number generation unit 234.
  • the random number generation unit 234 generates random numbers within a range that does not fall below the random number generation data.
  • the random number generation data may be data indicating a lower limit value and an upper limit value of the random numbers generated by the random number generation unit 234.
  • the random number generation unit 234 generates a random number within the range of the lower limit value and the upper limit value indicated by the random number generation data.
  • the random number generation data may be data indicating the median value and variance of random numbers generated by the random number generation unit 234.
  • the random number generation unit 234 generates a random number according to the median value and variance indicated by the random number generation data.
  • the random number generation data may be data indicating a random number model for the random number generation unit 234 to generate a random number.
  • the random number generation unit 234 generates a random number according to the random number model indicated by the random number generation data.
  • the random number model various random number models such as a normal distribution random number model and a uniform distribution random number model are conceivable.
  • the random number generation data may be data indicating an initial random number for the random number generation unit 234 to generate a random number.
  • the random number generation unit 234 generates a random number using the initial random number indicated by the random number generation data.
  • the transmission timing control unit 236 controls the preamble transmission timing according to the delay time corresponding to the random number generated by the random number generation unit 234. For example, the delay time may be set to a longer time as the random number generated by the random number generation unit 234 is larger.
  • the transmission timing control unit 236 controls the preamble transmission timing according to the delay time after the synchronization processing by the receiving circuit 220. More specifically, the transmission timing control unit 236 may perform control so that the preamble is transmitted in the random access window near the time when the delay time has elapsed after the synchronization processing by the reception circuit 220.
  • the transmission data processing unit 238 supplies a preamble to the transmission circuit 222 at a timing controlled by the transmission timing control unit 236 during random access. As a result, the preamble is transmitted from the antenna 216 at a timing controlled by the transmission timing control unit 236. In addition, the transmission data processing unit 238 generates transmission data including data supplied from the interface 233 during data transmission, and supplies the transmission data to the transmission circuit 222.
  • a preamble is transmitted according to time. Therefore, even when the plurality of MTC terminals 20 are set to start random access at the same timing, the preamble transmission timings by the plurality of MTC terminals 20 can be distributed. As a result, it is possible to suppress random access collision in the eNodeB 10 and increase the throughput of the entire system.
  • FIG. 6 is a sequence diagram showing operations of the MTC terminal 20 and the eNodeB 10. As shown in FIG. 6, when receiving the primary synchronization signal and the secondary synchronization signal from the eNodeB 10 (S304), the MTC terminal 20 performs downlink frame synchronization as described in “1-2. Frame synchronization”. (S308).
  • the MTC terminal 20 also receives a BCH (broadcast channel) in S304, thereby obtaining various data.
  • Various data includes provisional IDs such as RA-RNTIs (Random access radio network temporary identifiers), TTI window value related to the time when the MTC terminal 20 monitors the response from the eNodeB 10, and data related to power control of preamble transmission, And data for random number generation.
  • RA-RNTIs Random access radio network temporary identifiers
  • TTI window value related to the time when the MTC terminal 20 monitors the response from the eNodeB 10
  • data for random number generation data for random number generation.
  • the transmission timing control unit 236 transmits the preamble from the MTC terminal 20 over a delay time corresponding to the generated random number. (S312). Then, the transmission timing control unit 236 controls the transmission data processing unit 238 so that the preamble is transmitted from the MTC terminal 20 in the random access window after the delay time has elapsed (S316).
  • the eNodeB 10 calculates the Timing Advance value from the relationship between the arrival time of the preamble to the eNodeB 10 and the random access window (S320).
  • the eNodeB 10 transmits a random access response to the MTC terminal 20 (S324).
  • the random access response includes, for example, uplink transmission permission data, a BI (Backoff Indicator) indicating the backoff parameter value shown in the above table, and a Timing Advance value.
  • BI Backoff Indicator
  • the MTC terminal 20 When receiving the random access response, the MTC terminal 20 adjusts the transmission timing based on the Timing Advance value (S328), and transmits the L2 / L3 message (S332). On the other hand, the eNodeB 10 transmits a contention resolution message to the MTC terminal (S336), whereby the MTC terminal 20 and the eNodeB 10 are connected.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the MTC terminal 20.
  • the MTC terminal 20 determines whether or not the timing according to the designated predetermined period has arrived as shown in FIG. 7 ( S410). And when the timing according to a predetermined period comes, the MTC terminal 20 receives a radio signal from eNodeB10 (S420), and the receiving circuit 220 performs a synchronization process (S430).
  • the random number generation unit 234 generates a random number using the random number generation data included in the received signal from the eNodeB 10 (S440). Further, the transmission timing control unit 236 determines a delay time according to the random number generated by the random number generation unit 234 (S450). Then, the transmission timing control unit 236 controls the transmission data processing unit 238 so that the preamble is transmitted from the MTC terminal 20 in the random access window after the delay time has elapsed (S460).
  • the random number generation unit 234 generates a random number using the random number generation data included in the received signal.
  • the allowable delay time and the desired delay time differ depending on the MTC terminal 20.
  • an MTC terminal 20 in which an application for transmitting data indicating the amount of water or electricity used is installed and an MTC terminal 20 in which an application for transmitting data indicating the current physical state of a patient is installed are acceptable.
  • the delay time is considered to be different.
  • the second embodiment of the present disclosure described below is proposed in view of this point.
  • the eNodeB 10 transmits data for generating one or more random numbers in association with a group ID (identification information), for example, in BCH.
  • a group ID identification information
  • BCH group ID
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of the BCH according to the second embodiment.
  • the BCH includes a group ID and random number generation data.
  • the group ID and the random number generation data are associated with each other on a one-to-one basis.
  • the group ID: X is associated with random number generation data: X
  • the group ID: Y is associated with random number generation data: Y.
  • the group ID is identification information indicating the group of the MTC terminal 20.
  • This group of MTC terminals 20 may be formed for each application installed in the MTC terminal 20, for example.
  • the MTC terminals 20 may be grouped by the eNodeB 10, the MTC server 30, or the MTC user, and the group ID may be notified in advance from the eNodeB 10, the MTC server 30, or the MTC user.
  • the reception data processing unit 232 receives the random number generation data associated with the group ID corresponding to the MTC terminal 20 among the random number generation data included in the BCH. Extract. Then, the random number generation unit 234 generates a random number using the random number generation data extracted by the reception data processing unit 232. With this configuration, it is possible to control the delay characteristics related to preamble transmission by the MTC terminal 20 according to the group to which the MTC terminal 20 belongs.
  • a preamble is transmitted according to time. Therefore, even when the plurality of MTC terminals 20 are set to start random access at the same timing, the preamble transmission timings by the plurality of MTC terminals 20 can be distributed. As a result, it is possible to suppress random access collision in the eNodeB 10 and increase the throughput of the entire system. Further, according to the second embodiment of the present disclosure, it is possible to control delay characteristics related to preamble transmission by the MTC terminal 20 according to the group to which the MTC terminal 20 belongs.
  • each step in the processing of the MTC terminal 20 in this specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described as a sequence diagram or a flowchart.
  • each step in the processing of the MTC terminal 2 may be processed in an order different from the order described as the flowchart, or may be processed in parallel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

【課題】無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局を提供する。 【解決手段】基地局から無線信号を受信する受信部と、前記基地局に接続するための初期信号を送信する送信部と、乱数を生成する乱数生成部と、前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従って前記送信部による前記初期信号の送信タイミングを制御する制御部と、を備える、無線通信装置。

Description

無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局
　本開示は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局に関する。
　現在、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ）において４Ｇの無線通信システムの規格化が進められている。４Ｇによれば、リレーやキャリアアグリゲーションなどの技術を用いることにより、最大通信速度の向上やセルエッジでの品質向上を実現することができる。また、ＨｅＮｏｄｅＢ（Ｈｏｍｅ　ｅＮｏｄｅＢ）、フェムトセル基地局、携帯電話用小型基地局）やＲＨＨ（リモートラジオヘッド）など、ｅＮｏｄｅＢ（マクロセル基地局）以外の基地局の導入によりカバレッジを向上させることも検討されている。
　このような無線通信システムにおいては、ユーザ端末は、基地局から送信される同期シグナルに基づいて基地局とフレームを同期し、その後、ユーザ端末内部の発振機を基地局の発振機と高い精度で同期させる。また、複数のユーザ端末から送信された無線信号が基地局で同時に受信されるようにするために、各ユーザ端末は、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅと呼ばれる、基地局およびユーザ端末間の距離に応じた時間調整を行う。具体的には、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅは、ユーザ端末がランダムアクセスウィンドウに向けてプリアンブルを送信するランダムアクセスの手続き中に行われる。上記のプリアンブルの基地局への到達時刻と上記ランダムアクセスウィンドウとの関係からＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を取得することが可能である。なお、このようなランダムアクセスに関しては、特許文献１および特許文献２などに記載されている。
　ところで、通信ネットワークの利用は、従来の携帯電話やＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）のような人が直接利用する通常の端末以外にも、メーター、自動販売機、電子広告など人が直接通信に利用するもの以外の端末にも広がりを見せている。以降では、このような人が直接利用しない通信のことをＭＴＣと呼び、人が直接通信に利用しない端末のことをＭＴＣ端末と呼ぶことにする。このＭＴＣに関しては、３ＧＰＰにおいて議論が進められている。ＭＴＣのアプリケーションとしては、水道系や電力系の情報を収集するＭｅｔｅｒｉｎｇ、ヘルスケア用途の機器情報を収集するＨｅａｌｔｈなど、多様なアプリケーションが検討されている。ＭＴＣ端末は、これらのアプリケーションに特化した端末である。
　なお、ＭＴＣ端末は、例えば、Ｔｉｍｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ、Ｏｎｌｉｎｅ　Ｓｍａｌｌ　Ｄａｔａ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓなどの特性を有する。このため、ＭＴＣ端末は、３０分ごと、または１時間ごとなど、周期的に基地局と接続し、基地局を介してＭＴＣサーバに情報を送信することが求められ得る。この場合、ＭＴＣ端末は、基地局との接続に際し、上記のユーザ端末と同様に、プリアンブルの送信を含むＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅを行うことが想定される。
特開２００８－６０８５２号公報 国際公開第２００９／１３３５９９号
　しかし、各セルにおけるＭＴＣ端末の収容数は極めて多くなることが予想される。このため、複数のＭＴＣ端末が特定のタイミングで同時にアクセス要求としてプリアンブルを送信すると、基地局においてプリアンブルが衝突し、基地局との接続が失敗してしまう場合が増加する。
　この点に関し、ピーク時のアクセス要求に対応可能な無線設備を確保することも考えられるが、このような無線設備を確保するためには、過大なインフラ投資が必要となる。
　そこで、本開示では、ＭＴＣ端末などの無線通信装置によるアクセス要求のタイミングを分散させることが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および基地局を提案する。
　本開示によれば、基地局から無線信号を受信する受信部と、前記基地局に接続するための初期信号を送信する送信部と、乱数を生成する乱数生成部と、前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従って前記送信部による前記初期信号の送信タイミングを制御する制御部と、を備える無線通信装置が提供される。
　前記受信部により受信される無線信号は乱数生成用のデータを含み、前記乱数生成部は、前記乱数生成用のデータを用いて前記乱数を生成してもよい。
　前記受信部により受信される無線信号に、１または２以上の前記乱数生成用のデータを含み、前記乱数生成用のデータの各々には識別情報が対応付けられており、前記乱数生成部は、前記無線通信装置が該当する識別情報に対応付けられている乱数生成用のデータを用いて前記乱数を生成してもよい。
　前記受信部により受信される無線信号はブロードキャスト信号であってもよい。
　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の上限値を示してもよい。
　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の下限値を示してもよい。
　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の下限値および上限値を示してもよい。
　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の中央値および分散を示してもよい。
　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部が前記乱数を生成するための乱数モデルを示してもよい。
　前記乱数生成用のデータは、ユーザにより指定された値であってもよい。
　前記無線通信装置は、前記基地局からの指示に従う周期的なタイミングで前記同期処理を行ってもよい。
　また、本開示によれば、基地局と、前記基地局から無線信号を受信する受信部、前記基地局に接続するための初期信号を送信する送信部、乱数を生成する乱数生成部、および、前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従って前記送信部による前記初期信号の送信タイミングを制御する制御部、を有する無線通信装置と、を備える、無線通信システムが提供される。
　また、本開示によれば、基地局から無線信号を受信することと、乱数を生成することと、前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従い、前記基地局に接続するための初期信号を送信することと、を含む無線通信方法が提供される。
　また、本開示によれば、基地局であって、無線通信装置に無線信号を送信する送信部と、前記無線通信装置から、前記無線通信装置において生成された乱数に応じた遅延時間に従って送信される、前記無線通信装置が前記基地局に接続するための初期信号を受信する受信部と、を備える基地局が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、ＭＴＣ端末などの無線通信装置によるアクセス要求のタイミングを分散させることができる。
無線通信システム１の構成例を示した説明図である。 ４Ｇのフレームフォーマットを示した説明図である。 ランダムアクセスの比較例を示したシーケンス図である。 時間とセルトラフィック量の関係を示した説明図である。 第１の実施形態によるＭＴＣ端末２０の構成を示した機能ブロック図である。 ＭＴＣ端末２０およびｅＮｏｄｅＢ１０の動作を示したシーケンス図である。 ＭＴＣ端末２０の動作を示したフローチャートである。 第２の実施形態によるＢＣＨの構成例を示した説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じてＭＴＣ端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、ＭＴＣ端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単にＭＴＣ端末２０と称する。
　また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
　　１．無線通信システムの概略
　　　１－１．無線通信システムの構成
　　　１－２．フレーム同期
　　　１－３．Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ
　　　１－４．ＭＴＣ端末
　　２．第１の実施形態
　　　２－１．ＭＴＣ端末の構成
　　　２－２．ＭＴＣ端末の動作
　　３．第２の実施形態
　　４．まとめ
　　＜１．無線通信システムの概略＞
　現在、３ＧＰＰにおいて４Ｇの無線通信システムの規格化が進められている。本開示の実施形態は、一例としてこの４Ｇの無線通信システムに適用することができるので、まず、４Ｇの無線通信システムの概略を説明する。
　　　［１－１．無線通信システムの構成］
　図１は、無線通信システム１の構成例を示した説明図である。図１に示したように、無線通信システム１は、ｅＮｏｄｅＢ１０と、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｅｎｔｉｔｙ）１２、Ｓ－ＧＷ（Ｓｅｒｖｉｎｇ　Ｇａｔｅｗａｙ）１４、およびＰＤＮ（Ｐａｃｋｅｔ　Ｄａｔａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）－ＧＷ１６を含むコアネットワークと、ＭＴＣ端末２０と、ＭＴＣサーバ３０と、を備える。
　図１に示したｅＮｏｄｅＢ１０は基地局の一例であり、ＭＴＣ端末２０は無線通信装置の一例である。変形例として、無線通信装置はユーザ端末（ＵＥ：Ｕｓｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）であってもよい。また、基地局は、例えば、ｅＮｏｄｅＢ１０と無線通信装置間の通信を中継するリレーノード、家庭用小型基地局であるＨｏｍｅ　ｅＮｏｄｅＢであってもよい。
　ｅＮｏｄｅＢ１０は、ＭＴＣ端末２０に無線信号を送信する送信部の機能、およびＭＴＣ端末２０から無線信号を受信する受信部の機能を有する無線基地局である。図１においては１台のｅＮｏｄｅＢ１０のみを示しているが、実際には多数のｅＮｏｄｅＢがコアネットワークに接続される。また、図１においては記載を省略しているが、ｅＮｏｄｅＢ１０は例えばユーザ端末とも通信する。
　ＭＭＥ１２は、データ通信用のセッションの設定、開放やハンドオーバーの制御を行う装置である。このＭＭＥ１２は、ｅＮｏｄｅＢ１０とＸ２と呼ばれるインタフェースを介して接続される。Ｓ－ＧＷ１４は、ユーザデータのルーティング、転送などを行う装置である。ＰＤＮ－ＧＷ１６は、ＩＰサービスネットワークとの接続点として機能し、ＩＰサービスネットワークとの間でユーザデータを転送する。
　ＭＴＣ端末２０は、３ＧＰＰにおいて検討されているＭＴＣ用のアプリケーションに特化した端末であり、ｅＮｏｄｅＢ１０とアプリケーションに応じた無線通信を行う。また、ＭＴＣ端末２０は、コアネットワークを介してＭＴＣサーバ３０と双方向通信を行う。ユーザは、ＭＴＣサーバ３０にアクセスすることにより所定のアプリケーションを実行する。ユーザは、基本的にはＭＴＣ端末２０に直接アクセスすることはない。このようなＭＴＣ端末２０については「１－４．ＭＴＣ端末」において詳細に説明する。
　　　［１－２．フレーム同期］
　上記のｅＮｏｄｅＢ１０およびＭＴＣ端末２０は、詳細については決定されていないが、ｅＮｏｄｅＢ１０およびユーザ端末間の通信に準ずる形で無線通信を行うことが予想される。そこで、以下では、ｅＮｏｄｅＢ１０およびユーザ端末間で共有される無線フレーム、およびフレーム同期について説明する。以下で説明する内容は、ｅＮｏｄｅＢ１０およびＭＴＣ端末２０間の通信に援用可能である。
　図２は、４Ｇのフレームフォーマットを示した説明図である。図２に示したように、１０ｍｓの無線フレームは、１０個の１ｍｓのサブフレーム＃０～＃９から構成されている。また、１ｍｓの各サブフレームは、２つの０．５ｍｓスロットで構成されている。さらに、各０．５ｍｓスロットは、７Ｏｆｄｍシンボルで構成されている。
　また、図２において斜線を付したＯｆｄｍシンボルで、ユーザ端末がフレーム同期のために用いる同期シグナルが送信される。より詳細には、サブフレーム＃０の第５Ｏｆｄｍシンボルではセカンダリー同期シグナル（ＳＳＳ）、サブフレーム＃０の第６Ｏｆｄｍシンボルではプライマリー同期シグナル（ＰＳＳ）、サブフレーム＃５の第５Ｏｆｄｍシンボルではセカンダリー同期シグナル、サブフレーム＃５の第６Ｏｆｄｍシンボルではプライマリー同期シグナルが送信される。
　ユーザ端末は、プライマリー同期シグナルを用いて５ｍｓ周期を取得すると同時に、３つに分かれているセル番号グループから現在地に対応するセル番号グループを検出する。その後、ユーザ端末は、セカンダリー同期シグナルを用いて無線フレーム周期（１０ｍｓ周期）を取得する。
　なお、同期シグナルの符号系列にはＺａｄｏｆｆＣｈｕ系列が用いられる。セル番号グループ内のセル番号に１６８種類の符号化系列が用いられ、無線フレーム周期を得るために２種類の符号化系列が用いられるので、符号化系列は３３６種類用意される。ユーザ端末は、サブフレーム＃０で送信されるセカンダリー同期シグナルとサブフレーム＃５で送信されるセカンダリー同期シグナルの組み合わせに基づき、受信サブフレームがサブフレーム＃０またはサブフレーム＃５のいずれであるかを判断することができる。
　　　［１－３．Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ］
　４Ｇのユーザ端末は、複数のユーザ端末から送信された無線信号がｅＮｏｄｅＢ１０で同時に受信されるようにするために、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅと呼ばれる、ｅＮｏｄｅＢ１０およびユーザ端末間の距離に応じた時間調整を行う。具体的には、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅは、ユーザ端末がランダムアクセスウィンドウに向けてプリアンブルを送信するランダムアクセスの手続き中に行われる。上記のプリアンブルのｅＮｏｄｅＢ１０への到達時刻と上記ランダムアクセスウィンドウとの関係からＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を取得することが可能である。なお、ランダムアクセスウィンドウは、無線フレーム中の所定位置に配されているので、周期的に到来する。
　詳細については決定されていないが、一般的なＭＴＣ端末もユーザ端末と同様のＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅを行い、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を取得するものと考えられる。以下、本開示の実施形態との比較例として、ｅＮｏｄｅＢ１０と一般的なＭＴＣ端末により行われることが想定されるランダムアクセスの流れを説明する。
　図３は、ランダムアクセスの比較例を示したシーケンス図である。図３に示したように、ＭＴＣ端末は、ｅＮｏｄｅＢ１０からプライマリー同期シグナルおよびセカンダリー同期シグナルを受信すると（Ｓ４２）、「１－２．フレーム同期」で説明したように、ダウンリンクのフレーム同期を行う（Ｓ４４）。
　その後、ＭＴＣ端末は、無線フレーム中のランダムアクセスウィンドウに向けてプリアンブル（ｅＮｏｄｅＢ１０に接続するための初期信号）を送信する（Ｓ４６）。ここで、ＭＴＣ端末は、プリアンブルの送信回数を示すＰＲＥＡＭＢＬＥ＿ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ＿ＣＯＮＵＮＴＥＲに１をセットし、バックオフに関するパラメータであるｂａｃｋｏｆｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｖａｌｕｅに０をセットし、適切なパワーでプリアンブルを送信する。ｂａｃｋｏｆｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒの一例を下記の表に示す。ＭＴＣ端末は、プリアンブルの送信に失敗した場合には、これらのパラメータを参照し、所定のバックオフ時間の経過後にプリアンブルを再送信する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ｅＮｏｄｅＢ１０は、上記のプリアンブルのｅＮｏｄｅＢ１０への到達時刻と上記ランダムアクセスウィンドウとの関係からＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を算出する（Ｓ４８）。そして、ｅＮｏｄｅＢ１０は、ＭＴＣ端末に対してランダムアクセスレスポンスを送信する（Ｓ５０）。このランダムアクセスレスポンスは、例えば、アップリンク送信許可データ、およびＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を含む。
　ＭＴＣ端末は、ランダムアクセスレスポンスを受信すると、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値に基づいて送信タイミングを調整した上で（Ｓ５２）、Ｌ２／Ｌ３メッセージを送信する（Ｓ５４）。これに対し、ｅＮｏｄｅＢ１０がＭＴＣ端末にコンテンションレゾリューションメッセージを送信することで（Ｓ５６）、ＭＴＣ端末とｅＮｏｄｅＢ１０とが接続される。
　上記のように、プリアンブルの送信をＭＴＣ端末側が任意に行うランダムアクセスは、コンテンション・ベース型に分類される。このコンテンション・ベース型では、複数のＭＴＣ端末により送信されるプリンアンブルが衝突する場合もある。一方、プリアンブルの送信タイミングをｅＮｏｄｅＢ１０により事前に指示される、コンテンション・フリー型と呼ばれるランダムアクセスも存在する。本開示の実施形態は、これらのランダムアクセスのうち、コンテンション・ベース型のランダムアクセスに関して提案されるものである。
　　　［１－４．ＭＴＣ端末］
　ＭＴＣ端末２０は、上述したように、３ＧＰＰにおいて検討されているＭＴＣ用のアプリケーションに特化した端末である。以下に、ＭＴＣ用のアプリケーションの一例を示す。
　１．Ｓｅｃｕｒｉｔｙ
　２．Ｔｒｃｋｉｎｇ＆Ｔｒａｃｉｎｇ
　３．Ｐａｙｍｅｎｔ
　４．Ｈｅａｌｔｈ
　５．Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍａｉｎｔｅｎａｃｅ／Ｃｏｎｔｒｏｌ
　６．Ｍｅｔｅｒｉｎｇ
　７．Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ
　一例として、ＭＴＣ端末２０は上記「４．Ｈｅａｌｔｈ」に該当する心電図測定器であってもよい。この場合、ユーザがＭＴＣサーバ３０に心電図の測定結果の報告を要求するコマンドを入力すると、ＭＴＣサーバ３０がＭＴＣ端末２０に心電図の測定結果の報告を要求し、ＭＴＣ端末２０から心電図の測定結果がＭＴＣサーバ３０に報告される。
　他の例として、ＭＴＣ端末２０は上記「３．Ｐａｙｍｅｎｔ」に該当する自動販売機であってもよい。この場合、ユーザがＭＴＣサーバ３０に販売状況の報告を要求するコマンドを入力すると、ＭＴＣサーバ３０がＭＴＣ端末２０に販売状況の報告を要求し、ＭＴＣ端末２０から販売状況がＭＴＣサーバ３０に報告される。
　このようなＭＴＣ端末２０の特徴を以下に示す。なお、ＭＴＣ端末２０は以下の全ての特徴を有する必要はない。
　１．Ｌｏｗ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ
　２．Ｔｉｍｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
　３．Ｔｉｍｅ　Ｔｏｌｅｒａｎｔ
　４．Ｐａｃｋｅｔ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｏｎｌｙ
　５．Ｏｎｌｉｎｅ　Ｓｍａｌｌ　Ｄａｔａ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ
　６．Ｏｆｆｌｉｎｅ　Ｓｍａｌｌ　Ｄａｔａ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
　７．Ｍｏｂｉｌｅ　Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ　Ｏｎｌｙ
　８．Ｉｎｆｒｅｑｕｅｎｔ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ
　９．ＭＴＣ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
　１０．Ｏｆｆｌｉｎｅ　Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ
　１１．Ｊａｍｍｉｎｇ　Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ
　１２．Ｐｒｉｏｒｉｔｙ　Ａｌａｒｍ　Ｍｅｓｓａｇｅ
　１３．Ｅｘｔｒａ　Ｌｏｗ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
　１４．Ｓｅｃｕｒｅ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
　１５．Ｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｔｒｉｇｅｒ
　１６．Ｇｒｏｕｐ　ｂａｓｅｄ　ＭＴＣ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ
　以上をまとめると、ＭＴＣ端末２０は、移動が少なく、低頻度でｅＮｏｄｅＢ１０に接続して少量のデータ通信を行い、再びアイドルモードに戻る。また、データ通信にはある程度の遅延が許容される。
　　（本開示の実施形態に至る経緯）
　また、上記の「２．Ｔｉｍｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ」に従い、ＭＴＣ端末２０は周期的な情報の送信が求められる場合も考えられる。しかし、各ＭＴＣ端末２０が３０分ごと、または１時間ごとなど、周期的にｅＮｏｄｅＢ１０との接続を試みると、以下に図４を参照して説明する問題が生じる。
　図４は、時間とセルトラフィック量の関係を示した説明図である。各セルにおけるＭＴＣ端末２０の収容数は極めて多くなることが予想される。このため、各ＭＴＣ端末２０が同一のタイミングでｅＮｏｄｅＢ１０との接続（ランダムアクセス）および情報の送信を試みると、図４に示すように、セルトラフィック量が特定のタイミングにおいて局所的に増大してしまうことが懸念される。また、地域一帯の停電からの復旧時においても、各各ＭＴＣ端末２０により同時にランダムアクセスが行われると、セルトラフィック量が局所的に増大してしまう。
　この点に関し、ピーク時のアクセス要求に対応可能な無線設備を確保することも考えられるが、このような無線設備を確保するためには、過大なインフラ投資が必要となる。
　そこで、上記事情を一着眼点にして本開示の実施形態を創作するに至った。本開示の実施形態によれば、ＭＴＣ端末２０によるランダムアクセスのタイミングを分散させることが可能である。その結果、ｅＮｏｄｅＢ１０におけるランダムアクセスの衝突を抑制し、システム全体におけるスループットの増加を図ることができる。以下、このような本開示の実施形態によるＭＴＣ端末２０について詳細に説明する。
　　＜２．第１の実施形態＞
　　　［２－１．ＭＴＣ端末の構成］
　まず、図５を参照して、第１の実施形態によるＭＴＣ端末２０の構成を説明する。
　図５は、第１の実施形態によるＭＴＣ端末２０の構成を示した機能ブロック図である。図５に示したように、ＭＴＣ端末２０は、アンテナ２１６と、アンテナ共用器２１８と、受信回路２２０と、送信回路２２２と、信号処理部２３０と、上位レイヤ２４０と、を備える。
　アンテナ２１６は、ｅＮｏｄｅＢ１０から無線信号を受信し、無線信号を電気的な受信信号に変換する。受信時には、アンテナ２１６と受信回路２２０がアンテナ共用器２１８を介して接続されるので、アンテナ２１６により得られた受信信号は受信回路２２０に供給される。
　また、送信時には、アンテナ２１６と送信回路２２２がアンテナ共用器２１８を介して接続されるので、アンテナ２１６に送信回路２２２から送信信号が供給される。アンテナ２１６は、この送信信号を無線信号としてｅＮｏｄｅＢ１０に送信する。
　なお、図５においては、説明の便宜上、１つのアンテナのみを示しているが、ＭＴＣ端末２０は複数のアンテナを備えてもよい。ＭＴＣ端末２０は、複数のアンテナを備える場合、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｏｕｔｐｕｔ）通信やダイバーシティ通信などを行うことができる。
　受信回路２２０は、アンテナ２１６から供給される受信信号の復調処理および復号処理などを行い、処理後の受信データを信号処理部２３０に供給する。このように、受信回路２２０は、アンテナ２１６と協働して受信部として機能する。
　また、受信回路２２０は、受信信号に基づいて同期処理を行う。より詳細には、ｅＮｏｄｅＢ１０、ＭＴＣサーバ３０、またはＭＴＣユーザにより周期またはタイミングが指定されている場合、受信回路２２０は、指定されている周期またはタイミングに従って同期処理を行う。
　送信回路２２２は、信号処理部２３０から供給される送信データの変調処理などを行い、処理後の送信信号をアンテナ２１６に供給する。このように、送信回路２２２は、アンテナ２１６と協働して送信部として機能する。
　信号処理部２３０は、図５に示したように、受信データ処理部２３２、インタフェース２３３、乱数生成部２３４、送信タイミング制御部２３６、および送信データ処理部２３８を有する。
　受信データ処理部２３２は、受信回路２２０から供給される受信データを解析し、上位レイヤ用の受信データはインタフェース２３３に供給する。一方、受信データ処理部２３２は、乱数生成部２３４における乱数生成のために用いられる乱数生成用のデータを乱数生成部２３４に供給する。なお、乱数生成用のデータは、ｅＮｏｄｅＢ１０から送信されたブロードキャスト信号（ＢＣＨ）に含まれてもよい。
　インタフェース２３３は、上位レイヤ２４０とのインタフェースである。受信データはインタフェース２３３から上位レイヤ２４０へ出力され、送信データは上位レイヤ２４０からインタフェース２３３へ入力される。
　上位レイヤ２４０は、ＭＴＣ端末２０に応じたアプリケーションを実行するための機能部録である。上述したように、アプリケーションとしては、「Ｍｅｔｅｒｉｎｇ」や「Ｈｅａｌｔｈ」などが挙げられる。また、アプリケーションが「Ｍｅｔｅｒｉｎｇ」である場合、送信データとしては、水道や電気の使用量を示すデータが想定される。また、アプリケーションが「Ｈｅａｌｔｈ」である場合、送信データとしては、患者の現在の身体状態を示すデータが想定される。
　乱数生成部２３４は、受信データ処理部２３２から供給される乱数生成用のデータを用いて乱数を生成する。以下、乱数生成用のデータの具体例、および乱数生成方法の具体例を説明する。なお、乱数生成用のデータは、ＭＴＣサーバ３０により設定されたデータであってもよいし、ＭＴＣユーザによって設定されたデータであってもよい。
（例１）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４により生成される乱数の上限値を示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータを上回らない範囲で乱数を生成する。
（例２）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４により生成される乱数の下限値を示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータを下回らない範囲で乱数を生成する。
（例３）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４により生成される乱数の下限値および上限値を示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータの示す下限値および上限値の範囲内で乱数を生成する。
（例４）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４により生成される乱数の中央値および分散を示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータの示す中央値および分散に従って乱数を生成する。
（例５）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４が乱数を生成するための乱数モデルを示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータの示す乱数モデルに従って乱数を生成する。なお、乱数モデルとしては、正規分布の乱数モデルや、一様分布の乱数モデルなど、多様な乱数モデルが考えられる。
（例６）
　乱数生成用のデータは、乱数生成部２３４が乱数を生成するための初期乱数を示すデータであってもよい。この場合、乱数生成部２３４は、乱数生成用のデータの示す初期乱数を用いて乱数を生成する。
　送信タイミング制御部２３６（制御部）は、乱数生成部２３４により生成された乱数に応じた遅延時間に従い、プリアンブルの送信タイミングを制御する。例えば、遅延時間は、乱数生成部２３４により生成された乱数が大きいほど長い時間に設定されもよい。送信タイミング制御部２３６は、受信回路２２０による同期処理の後、この遅延時間に従ってプリアンブルの送信タイミングを制御する。より具体的には、送信タイミング制御部２３６は、受信回路２２０による同期処理の後、遅延時間が経過した時点の近傍のランダムアクセスウィンドウにおいてプリアンブルが送信されるよう制御してもよい。
　送信データ処理部２３８は、ランダムアクセス時、送信タイミング制御部２３６により制御されるタイミングでプリアンブルを送信回路２２２に供給する。その結果、アンテナ２１６から送信タイミング制御部２３６により制御されるタイミングでプリアンブルが送信される。また、送信データ処理部２３８は、データ送信時、インタフェース２３３から供給されるデータを含む送信データを生成し、送信回路２２２に供給する。
　以上説明したように、本開示の実施形態によるＭＴＣ端末２０においては、周期的に受信回路２２０がランダムアクセスのための同期処理を行った後、乱数生成部２３４により生成された乱数に応じた遅延時間に従ってプリアンブルが送信される。したがって、複数のＭＴＣ端末２０が同一タイミングでランダムアクセスを開始するように設定されている場合であっても、複数のＭＴＣ端末２０によるプリアンブルの送信タイミングを分散させることができる。その結果、ｅＮｏｄｅＢ１０におけるランダムアクセスの衝突を抑制し、システム全体におけるスループットの増加を図ることが可能である。
　　　［２－２．ＭＴＣ端末の動作］
　以上、図５を参照して本開示の実施形態によるＭＴＣ端末２０の構成を説明した。続いて、図６および図７を参照し、ＭＴＣ端末２０の動作を説明する。
　図６は、ＭＴＣ端末２０およびｅＮｏｄｅＢ１０の動作を示したシーケンス図である。図６に示したように、ＭＴＣ端末２０は、ｅＮｏｄｅＢ１０からプライマリー同期シグナルおよびセカンダリー同期シグナルを受信すると（Ｓ３０４）、「１－２．フレーム同期」で説明したように、ダウンリンクのフレーム同期を行う（Ｓ３０８）。
　また、ＭＴＣ端末２０は、Ｓ３０４においてＢＣＨ（報知チャンネル）も受信し、これにより、多様なデータが得られる。多様なデータとしては、暫定のＩＤであるＲＡ－ＲＮＴＩｓ（Ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｒａｄｉｏ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒｓ）、ＭＴＣ端末２０がｅＮｏｄｅＢ１０からのレスポンスをモニターする時間に関するＴＴＩ　ｗｉｎｄｏｗ値、プリアンブルの送信のパワーコントロールに関わるデータ、および乱数生成用のデータなどが挙げられる。
　ＭＴＣ端末２０の乱数生成部２３４が上記の乱数生成用のデータを用いて乱数を生成すると、送信タイミング制御部２３６が、生成された乱数に応じた遅延時間にわたり、ＭＴＣ端末２０からのプリアンブルの送信を待機させる（Ｓ３１２）。そして、送信タイミング制御部２３６は、遅延時間の経過後のランダムアクセスウィンドウにおいて、ＭＴＣ端末２０からプリアンブルが送信されるよう送信データ処理部２３８を制御する（Ｓ３１６）。
　ｅＮｏｄｅＢ１０は、上記のプリアンブルのｅＮｏｄｅＢ１０への到達時刻と上記ランダムアクセスウィンドウとの関係からＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を算出する（Ｓ３２０）。
　そして、ｅＮｏｄｅＢ１０は、ＭＴＣ端末２０に対してランダムアクセスレスポンスを送信する（Ｓ３２４）。このランダムアクセスレスポンスは、例えば、アップリンク送信許可データ、上記表に示したｂａｃｋｏｆｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｖａｌｕｅを指示するＢＩ（Ｂａｃｋｏｆｆ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）およびＴｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値を含む。
　ＭＴＣ端末２０は、ランダムアクセスレスポンスを受信すると、Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ値に基づいて送信タイミングを調整した上で（Ｓ３２８）、Ｌ２／Ｌ３メッセージを送信する（Ｓ３３２）。これに対し、ｅＮｏｄｅＢ１０がＭＴＣ端末にコンテンションレゾリューションメッセージを送信することで（Ｓ３３６）、ＭＴＣ端末２０とｅＮｏｄｅＢ１０とが接続される。
　図７は、ＭＴＣ端末２０の動作を示したフローチャートである。ＭＴＣ端末２０は、ＭＴＣサーバ３０またはＭＴＣユーザなどにより所定周期を指定されている場合、図７に示したように、指定されている所定周期に従ったタイミングが到来したか否かを判断する（Ｓ４１０）。そして、ＭＴＣ端末２０は、所定周期に従ったタイミングが到来した場合、ｅＮｏｄｅＢ１０から無線信号を受信し（Ｓ４２０）、受信回路２２０が同期処理を行う（Ｓ４３０）。
　そして、乱数生成部２３４は、ｅＮｏｄｅＢ１０からの受信信号に含まれる乱数生成用のデータを用いて乱数を生成する（Ｓ４４０）。さらに、送信タイミング制御部２３６が、乱数生成部２３４により生成された乱数に応じて遅延時間を決定する（Ｓ４５０）。そして、送信タイミング制御部２３６は、遅延時間の経過後のランダムアクセスウィンドウにおいて、ＭＴＣ端末２０からプリアンブルが送信されるよう送信データ処理部２３８を制御する（Ｓ４６０）。
　　＜３．第２の実施形態＞
　以上、本開示の第１の実施形態を説明した。第１の実施形態においては、乱数生成部２３４が、受信信号に含まれる乱数生成用のデータを用いて乱数を生成する旨を説明した。しかし、ＭＴＣ端末２０に実装されるアプリケーションは多岐にわたるので、許容される遅延時間や望まれる遅延時間はＭＴＣ端末２０によって異なる場合が想定される。例えば、水道や電気の使用量を示すデータを送信するアプリケーションが実装されたＭＴＣ端末２０と、患者の現在の身体状態を示すデータを送信するアプリケーションが実装されたＭＴＣ端末２０とでは、許容される遅延時間が異なると考えられる。以下に説明する本開示の第２の実施形態は、この点に鑑みて提案されるものである。
　第２の実施形態によるｅＮｏｄｅＢ１０は、例えばＢＣＨにおいて、１または２以上の乱数生成用のデータをグループＩＤ（識別情報）と対応付けて送信する。以下、図８を参照し、当該ＢＣＨの構成例を説明する。
　図８は、第２の実施形態によるＢＣＨの構成例を示した説明図である。図８に示したように、ＢＣＨには、グループＩＤおよび乱数生成用データが含まれる。また、グループＩＤと乱数生成用データは１対１で対応付けられている。例えば、グループＩＤ：Ｘには、乱数生成用データ：Ｘが対応付けられており、グループＩＤ：Ｙには、乱数生成用データ：Ｙが対応付けられている。
　なお、グループＩＤは、ＭＴＣ端末２０のグループを示す識別情報である。このＭＴＣ端末２０のグループは、例えば、ＭＴＣ端末２０に実装されるアプリケーションごとに形成されてもよい。または、ＭＴＣ端末２０は、ｅＮｏｄｅＢ１０、ＭＴＣサーバ３０またはＭＴＣユーザによりグループ化され、ｅＮｏｄｅＢ１０、ＭＴＣサーバ３０またはＭＴＣユーザからグループＩＤを事前に通知されていてもよい。
　このようなＢＣＨをＭＴＣ端末２０が受信すると、受信データ処理部２３２は、ＢＣＨに含まれる乱数生成用データのうちで、ＭＴＣ端末２０が該当するグループＩＤに対応付けられている乱数生成用データを抽出する。そして、乱数生成部２３４は、受信データ処理部２３２により抽出された乱数生成用データを用いて乱数を生成する。かかる構成により、ＭＴＣ端末２０によるプリアンブル送信に関する遅延特性を、ＭＴＣ端末２０が属するグループに応じて制御することが可能となる。
　　＜４．まとめ＞
　以上説明したように、本開示の実施形態によるＭＴＣ端末２０においては、周期的に受信回路２２０がランダムアクセスのための同期処理を行った後、乱数生成部２３４により生成された乱数に応じた遅延時間に従ってプリアンブルが送信される。したがって、複数のＭＴＣ端末２０が同一タイミングでランダムアクセスを開始するように設定されている場合であっても、複数のＭＴＣ端末２０によるプリアンブルの送信タイミングを分散させることができる。その結果、ｅＮｏｄｅＢ１０におけるランダムアクセスの衝突を抑制し、システム全体におけるスループットの増加を図ることが可能である。また、本開示の第２の実施形態によれば、ＭＴＣ端末２０によるプリアンブル送信に関する遅延特性を、ＭＴＣ端末２０が属するグループに応じて制御することができる。
　なお、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、本明細書のＭＴＣ端末２０の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、ＭＴＣ端末２の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
　また、ＭＴＣ端末２に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述したＭＴＣ端末２の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
　１０　　　ｅＮｏｄｅＢ
　１２　　　ＭＭＥ
　１４　　　Ｓ－ＧＷ
　１６　　　ＰＤＮ－ＧＷ
　２０　　　ＭＴＣ端末
　３０　　　ＭＴＣサーバ
　２１６　　アンテナ
　２２０　　受信回路
　２２２　　送信回路
　２３０　　信号処理部
　２３２　　受信データ処理部
　２３３　　インタフェース
　２３４　　乱数生成部
　２３６　　送信タイミング制御部
　２３８　　送信データ処理部
　２４０　　上位レイヤ
　

Claims (14)

  1. 　基地局から無線信号を受信する受信部と；
    　前記基地局に接続するための初期信号を送信する送信部と；
    　乱数を生成する乱数生成部と；
    　前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従って前記送信部による前記初期信号の送信タイミングを制御する制御部と；
    を備える、無線通信装置。
  2. 　前記受信部により受信される無線信号は乱数生成用のデータを含み、
    　前記乱数生成部は、前記乱数生成用のデータを用いて前記乱数を生成する、請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記受信部により受信される無線信号に、１または２以上の前記乱数生成用のデータを含み、前記乱数生成用のデータの各々には識別情報が対応付けられており、
    　前記乱数生成部は、前記無線通信装置が該当する識別情報に対応付けられている乱数生成用のデータを用いて前記乱数を生成する、請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 　前記受信部により受信される無線信号はブロードキャスト信号である、請求項３に記載の無線通信装置。
  5. 　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の上限値を示す、請求項４に記載の無線通信装置。
  6. 　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の下限値を示す、請求項４に記載の無線通信装置。
  7. 　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の下限値および上限値を示す、請求項４に記載の無線通信装置。
  8. 　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部により生成される前記乱数の中央値および分散を示す、請求項４に記載の無線通信装置。
  9. 　前記乱数生成用のデータは、前記乱数生成部が前記乱数を生成するための乱数モデルを示す、請求項４に記載の無線通信装置。
  10. 　前記乱数生成用のデータは、ユーザにより指定された値である、請求項４に記載の無線通信装置。
  11. 　前記無線通信装置は、前記基地局からの指示に従う周期的なタイミングで前記同期処理を行う、請求項１に記載の無線通信装置。
  12. 　基地局と；
    　　前記基地局から無線信号を受信する受信部、
    　　前記基地局に接続するための初期信号を送信する送信部、
    　　乱数を生成する乱数生成部、および、
    　　前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従って前記送信部による前記初期信号の送信タイミングを制御する制御部、
    　を有する無線通信装置と；
    を備える、無線通信システム。
  13. 　基地局から無線信号を受信することと；
    　乱数を生成することと；
    　前記基地局から受信される無線信号に基づく同期処理の後、前記乱数生成部により生成された前記乱数に応じた遅延時間に従い、前記基地局に接続するための初期信号を送信することと；
    を含む、無線通信方法。
  14. 　基地局であって、
    　無線通信装置に無線信号を送信する送信部と；
    　　前記無線通信装置から、前記無線通信装置において生成された乱数に応じた遅延時間に従って送信される、前記無線通信装置が前記基地局に接続するための初期信号を受信する受信部と；
    を備える、基地局。
     
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