JP4117271B2 - Ｓａｗａｒｑプロセスを使用したタイムスケジューリング - Google Patents

Description

［発明の詳細な説明］
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークの移動局から基地局に、連続したサブフレームで構成されるアップリンク専用トランスポートチャネル(uplink dedicated transport channel)でデータセットを送出する方法に関する。

［従来技術］
ＵＳ６０２１１２４Ａ
ＷＯ０１４８９５８Ａ
HACCOUN D等著、「Node to node protocols on a high speed full-duplex satellite link」（NTC. CONFERENCE RECORD, 3 December 1978 (1978-12-03), pages 2811-2815, XP002085779）

ワイヤレス通信システムにおいて、データは移動局から基地局へのアップリンク専用トランスポートチャネル（ＤＣＨ）上で送信される。

ＵＭＴＳ規格では、３ＧＰＰ（3rd generation partnership project）がアップリンク専用トランスポートチャネルを強化する方法を調査している。調査の目標および前提は、テクニカルレポートＴＲ２５．８９６バージョン０．３．０「Uplink Enhancements for Dedicated Transport Channels」に開示されている。

ＩＰベースのサービスの使用がより重要になっているため、アップリンクのカバレッジおよびスループットを向上させ、かつ遅延を低減するという需要が増えつつある。強化されたアップリンクから恩恵を受けることができる用途については、ビデオクリップ、マルチメディア、電子メール、テレマティクス、ゲーム、ビデオストリーミングなどのようなサービスを挙げることができる。

移動局送信のスケジューリングは、３ＧＰＰにより強化型アップリンク専用トランスポートチャネルをサポートするものと考えられている。

ＴＲ２５．８９６バージョン０．３．０では、２つの手法：レートスケジューリングおよびタイムスケジューリングが述べられている。さらに、これら手法のハイブリッド方式も考えられている。

レートスケジューリングでは、アップリンクの送信が並列に行われ、各送信速度が制御される。したがって、送信速度は十分に低くあるべきである。これは、移動局の送信電力が制限されることを意味する。

タイムスケジューリングでは、送信が許される移動局の数が常に制限される。タイムスケジューリングの場合、他のチャネルに影響を及ぼすのを避けるために、移動局の送信電力もまた、レートスケジューリングの場合よりも高い場合であっても制限される。

ＴＲ２５．８９６バージョン０．３．０の７．２．２項では、複数のストップアンドウェイト（ＳＡＷ）ハイブリッド自動再送要求（ＡＲＱ）プロセスを使用してデータ送信を実現することができることについて述べられている。

単一のＳＡＷ ＡＲＱプロセスでは、移動局は、データパケット送信後、送信されたパケットに対する応答（ＡＣＫまたはＮＡＣＫ）を受信するまでは決して次のデータパケットを送信しない。したがって、何も送信されない持続期間がある。

複数のＳＡＷ ＡＲＱはこの非効率な使用を解消する。この複数のＳＡＷ ＡＲＱでは、いくつかのＳＡＷ ＡＲＱプロセスが並列に動作する。

スケジューリングが行われるときに、雑音上昇（妨害レベル）を考慮すべきである。雑音レベル（主に干渉）は、ビットエラーレート、ブロックエラーレート等によって定義される高品質を維持するために特定のレベル未満でなければならない。

チャネル資源が新しい移動局に割り当てられるとき、所与の移動局の送信電力は、雑音として他の移動局を妨害する。この現象をスケジューリングする際に考慮に入れるべきである。また、新しい移動局に対する許容送信電力（許容送信速度に等しい）は、最大許容雑音上昇までの残量に基づいて決定される。

３ＧＰＰの審議では、ＳＡＷ ＡＲＱプロセスの特徴は、今のところはスケジューリングに考えられていない。移動局が１つのみのＳＡＷ ＡＲＱプロセスを使用する場合、応答を待っている期間中に送信はない。たとえば、いくつかの移動局からの送信タイミングが同じ場合、雑音上昇は特定サブフレームで高くなり、他のサブフレームでは存在しない。

さらに、レートスケジューリングは、各移動局の最大送信電力を決定する際に、すべての移動局が同時に送信する場合を考慮してマージンを設定する必要がある。

本発明の目的は、ストップアンドウェイト（ＳＡＷ）ハイブリッド自動再送要求（ＡＲＱ）プロセスにおける、より多くの電力を各移動局に割り当てることができ、かつ／またはチャネル資源をより多くの移動局に割り当てることができるタイムスケジューリングの方法を提案することにある。

したがって、本発明の主題は請求項１に記載の方法である。

特定の実施形態によれば、方法は１つまたは複数の下位クレームの特徴を含む。

セルラネットワークの一部を図１に示す。

セルラネットワークは、３ＧＰＰにより定義されるＵＭＴＳ（ユニバーサル移動通信システム）規格に従うものと想定される。この規格はＷＣＤＭＡ変調方式に適用される。

各セルが基地局１１を備える。各基地局が、基地局を含むセル内にある移動局１２、１３と、また隣接セルのソフトハンドオーバ領域にある移動局１４と通信するようになっている。

基地局はともに、物理ネットワーク２０を通してリンクされる。

無線ネットワークコントローラ２２（ＲＮＣ）が、ネットワーク２０を通して基地局に接続される。無線ネットワークコントローラは、無線資源管理（ＲＲＭ）アルゴリズムを受け持つ。特に、これはＵＴＲＡＮを制御するようになっている。

アップリンク送信は、移動局から基地局に向けて実行される。ダウンリンク送信は基地局から移動局に向けてのものである。

ストップアンドウェイト（ＳＡＷ）ハイブリッド自動再送要求（ＡＲＱ）プロセスは、データを移動局から基地局に、すなわちアップリンク方向に送信する際に実施される。

このようなプロセスによれば、専用トランスポートチャネル（ＤＣＨ）上のデータは、物理層で使用されるサブフレームサイズに工夫される。ＳＡＷ ＡＲＱの送信単位長はサブフレームの長さに等しい。

図２の例では、物理層構造は４つのＳＡＷチャネルからなる。したがって、ＤＣＨ上のデータは４つのＳＡＷチャネルに分割される。各サブフレームは送信時間間隔（ＴＴＩ）に対応する。ＴＴＩは１０ｍｓの持続時間を有するものと想定される。トランスポートチャネルデータは、各パケットをＴＴＩの中に挿入することができるような小さなサイズのパケットに分離される。

ＳＡＷハイブリッドＡＲＱプロセスはＴＲ２５．８９６バージョン０．３．０に規定されている。

したがって、データフレームまたはデータパケットは、ＳＡＷチャネルのサブフレーム中に移動局から基地局に送出される。

データフレームを受信した基地局は応答を送出する。データフレームが正しく受信される場合、ＡＣＫ応答が送出される。データフレームが破損する場合、ＮＡＣＫ応答が送出される。次のデータフレームは、ＡＣＫまたはＮＡＣＫ応答を受信した場合にのみ移動局によって送出される。ＮＡＣＫ応答を受信する場合、前に送られたデータフレームが再送出される。ＡＣＫ応答を受信する場合、次のデータフレームが送出される。

ＷＣＤＭＡにおける基本的な概念は、図３に示すコネクション状態モデルである。コネクション状態モデルにより、各移動局のアクティビティレベルに応じて無線およびハードウェア資源を最適化することができる。

高い送信アクティビティ（アップリンク、ダウンリンク、あるいは両方で）を有するユーザは、電力制御された専用チャネルが移動局に／から確立されるＣＥＬＬ＿ＤＣＨ状態にあるべきである。ＣＥＬＬ＿ＤＣＨ状態では、移動局に専用無線またはハードウェア資源が割り当てられ、これにより処理遅延を最小化するとともに、大容量を許容する。

低い送信アクティビティを有するユーザは、共通チャネルのみが使用されるＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態にあるべきである。ＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態の主な利点は、移動局の低電力消費、およびノードＢに専用ハードウェア資源が必要ないことの実現性である。

送信アクティビティのないユーザは、非常に低い移動局電力消費を可能にするが、いずれのデータ送信も許容しないＣＥＬＬ＿ＰＣＨまたはＵＲＡ＿ＰＣＨ状態にある。これらの状態については本項でこれ以上考察しない。

ＣＥＬＬ＿ＤＣＨとＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨの間の切り替えは、ネットワークあるいは移動局からの要求に基づいてＲＮＣにより制御される。ＣＥＬＬ＿ＤＣＨに入ることは、ＤＣＨの確立を暗に示す。

送信プロセスのアルゴリズムを図４に開示する。

本発明によれば、アルゴリズムは、ステップ１０２において、移動局がＣＥＬＬ＿ＤＣＨ状態に切り替わるときに実施され、ＤＣＨが確立される。

より具体的に、ステップ１０４において、移動局により割り当て要求信号が基地局に送出される。

ステップ１０６において、プライマリチャネルが割り当てられる。プライマリチャネルは、ＤＣＨにおいて一定時間間隔のサブフレームで構成される。より具体的には、ＳＦＮ_ｉをプライマリチャネルのｉ番目のサブフレームのシステムフレーム番号とし、ＳＦＮ_ｊを同じプライマリチャネルのｊ番目のサブフレームのシステムフレーム番号とすると、
ＳＦＮ_ｉ％Ｎ＝ＳＦＮ_ｊ％Ｎ
である。式中、％はモジュロ関数であり、ＮはＤＣＨ中のＳＡＷチャネルの数である。プライマリチャネルは、モジュール計算(module calculation)後に同じ値を有するＳＦＮタイミングにある。

第１の実施形態によれば、基地局は、各ＳＡＷチャネルの現在の雑音上昇状況をチェックし、雑音上昇が最も低いＳＡＷチャネルをプライマリチャネルとして選択する。

図５に示すように、各ＳＡＷチャネルの総雑音上昇は、同じアップリンクＳＡＷチャネルを使用する移動局により生成される雑音の合計である。この場合、２番目のＳＡＷチャネルがプライマリチャネルとして選択される。

プライマリチャネルを移動局に割り当てるため、基地局は移動局に、移動局が使用すべきＳＡＷチャネルの次のサブフレームのシステムフレーム番号（ＳＦＮ）を送出する。

図６は、サブフレームが１０ｍｓの持続時間を有する一例を示す。サブフレームは、３ＧＰＰの趣意では１０ｓの長さのＴＴＩである。

より具体的には、基地局は移動局に、最初の送信を行うべきＳＦＮを通知する。

この場合、プライマリチャネルはＳＡＷチャネル１であり、移動局が使用すべき最初のサブフレームのシステムフレーム番号は、Ｎ＝４の場合には１０１％４を送出することによって通知される。したがって、１が移動局に送出される。別の実施態様では、移動局が最初に使用すべきＳＦＮが実際に送出される。この場合、たとえば、１０５または１０９が送出される。

別法として、プライマリチャネルを通知するために、特定のタイミングからのオフセット値が基地局により送出される。たとえば、移動局が送出した割り当て要求信号と、使用すべきプライマリチャネルの次のサブフレームの間のオフセットが、移動局にプライマリチャネルタイミングを通知するために基地局により送出される。

送出すべきデータに要求される速度が非常に高い場合、基地局は、ステップ１０８において、２つ以上のＳＡＷチャネルを移動局に割り当てることができる。

ＳＡＷチャネルの最大数を定めることができる。数は、移動局が要求するデータ速度に基づいて決定される。割り振られるその他のＳＡＷチャネルは、移動局に通知される。

ＳＡＷチャネルの最大数を定めることにより、基地局が特定のサブフレームで同時に受信する必要のある移動局の数が制限される。これは、セルにおける受信器利用に非常に効率的である。

基地局により送出される情報数を低減するため、連続チャネルが割り振られるという前提の下で、プライマリチャネルの他に、割り当てられるチャネルの最大数のみを通知することが可能である。したがって、通知用のビット数が低減される。

プライマリチャネル、および最終的にさらなるＳＡＷチャネルが割り当てられた後、データパケットが、まずプライマリチャネルのサブフレームにおいて、そして最終的にさらに割り当てられたＳＡＷチャネルのサブフレームにおいて、複数のＳＡＷ ＡＲＱプロセスをステップ１１０において実施することによって放出される。

一例を図２に示す。この場合、プライマリチャネルは２番目のＳＡＷチャネルであるため、データフレームはまず、移動局が非送信状態で送信を開始すると、２番目のＳＡＷチャネルのサブフレームで送出される。

プライマリチャネルのタイミングは、雑音上昇状況の監視により意図的に割り当てられるため、あらゆるＳＡＷチャネルにおける雑音上昇を平坦にすることができる。これは、雑音上昇の分散が図７のライン７０２に示すように鋭くなることを意味する。したがって、各移動局により多くの電力を割り当てることができ、またはチャネル資源をより多数の移動局に割り当てることができる。

図７は、スケジューラがマージンを設定する必要がある理由を説明している。ライン７０４は、本発明を実施することなく高い電力が各移動局に割り当てられた場合を示す。そして、最大許容雑音上昇がＸｄＢであり、事故率（雑音上昇がＸｄＢを越える確率）が２０％である場合、ライン７０４に示すケースは、いくつかの移動局が同時に送信することが多いため事故率を維持することができない。

本発明の別の実施態様によれば、低送信速度または低電力を要求する移動局には、同じプライマリチャネルが割り当てられる。要求される送信速度または電力が所定のしきい値と比較され、同じプライマリチャネルが、しきい値よりも低い送信速度または電力を要求しているすべての移動局に割り当てられる。図８に示すように、最初のＳＡＷチャネルが、少ない資源を必要としている複数の移動局に使用される。

したがって、最大雑音上昇までに多くの余裕を有する多くのチャネルを有することが可能である。したがって、次の移動局が高い送信速度または高い電力を要求する場合であっても、要求に従って容易にチャネルが割り当てられる。

さらに別の実施例によれば、プライマリチャネルは、移動局からの割り当て要求信号に対する応答の受信時間に基づいて移動局が行ういくらかの計算によって選択される。プライマリチャネルとして使用すべきＳＡＷチャネル番号Ｎ_ＰＣは、基地局による割り当て要求に対する応答の送出に使用された、ＳＦＮ_ｒで表されたサブフレームのシステムフレーム番号ＳＦＮに従って定められる。ＳＡＷチャネル番号Ｎ_ＰＣは、以下の式：
Ｎ_ＰＣ＝ＳＦＮ_ｒ％Ｎ
により与えられ、式中、％はモジュロ関数であり、ＮはＳＡＷチャネルの数である。

システムフレーム番号（ＳＦＮ）の代わりにコネクションフレーム番号（ＣＦＮ）を使用してもよい。

本発明の別の実施例によれば、専用トランスポートチャネル（ＤＣＨ）のサブフレームは、図９に示すように２ｍｓの長さを有する。

先の例で説明したように、プライマリチャネルは、割り当て要求に対する応答の受信時間に基づいて移動局によって定められる。

サブフレームの持続時間はわずか２ｍｓであり、フレームの持続時間は１０ｍｓであるため、プライマリチャネルＮ_ＰＣは、
Ｎ_ＰＣ＝（５×ＳＦＮ＋ｋ）_ｒ％Ｎ
により与えられ、式中、（５×ＳＦＮ＋ｋ）_ｒは、割り当て要求に対する応答の受信時間におけるサブフレーム番号であり、％はモジュロ関数である。

最後の実施態様によれば、プライマリチャネルは、基地局により移動局に割り当てられたユーザ識別番号（ＵＥ−ＩＤ）に基づいたいくらかの計算により選択される。この決定方法は、割り当て要求の存在から独立して移動局に対して行うことができる。したがって、これは移動局の自律送信システムに適用することができる。

たとえば、ＳＡＷチャネルの中のプライマリチャネルＮ_ＰＣは、以下の式：
Ｎ_ＰＣ＝ＵＥ−ＩＤ％Ｎ
に従って定められる。式中、ＵＥ−ＩＤは移動局の識別番号であり、％はモジュロ関数であり、ＮはＳＡＷチャネルの数である。

このようなプロセスを使用すると、ソフトハンドオーバ領域中の非スケジューリングセルが、同じ計算によって関心のある移動局からの送信タイミングを知ることができる。したがって、いくつかのセルからの受信が、セル間の通知なしで可能になる。

さらに、ソフトハンドオーバ中のいくつかのセルがスケジューリングする場合、同じチャネル、すなわち、同じ送信タイミングが関心のある移動局に割り当てられる。したがって、いくつかのセルは、割り当てられたタイミングで移動局からデータを受信しさえすればよい。割り当てられたタイミングがセル間で異なる場合、移動局における送信の最終決定を各セルが知ることができないため、常に受信に対して準備を整えておく必要がある。これはセルにおける受信側(receiver)の無駄である。

最後のケース両方のように、移動局のみにより実行される特定の計算がプライマリチャネルの決定に使用される場合、移動局はプライマリチャネルをそれ自体で計算することが可能なため、割り当て要求に対する「ＯＫ」または「ＮＧ」応答のみが移動局に通知される。

プライマリチャネルを決定する方法が何であれ、雑音上昇の分散を図７に開示するように鋭くすることができる。実際に、得られる利点は、「ＳＦＮ％Ｎ」または「ＵＥ−ＩＤ％Ｎ」に基づいた計算を使用することによりプライマリチャネルのタイミングが各移動局に別様に割り当てられる場合でも、またはプライマリチャネルのタイミングが意図的に、雑音上昇の状況を監視することにより決定される場合でも同じである。

ワイヤレス通信ネットワークの概略図である。 ＳＡＷハイブリッドＡＲＱプロセスを示す専用トランスポートチャネルの概略図である。 移動局の接続状態モデルを示す概略図である。 本発明によるアップリンク専用トランスポートチャネルでデータを送出するプロセスのフローチャートである。 いくつかのＳＡＷチャネルの雑音上昇を示したチャートである。 １０ｍｓのＳＡＷチャネルが適用され、プライマリチャネルを決定する第１の方法を使用した場合の、本発明によるプロセスを説明した専用トランスポートチャネルの概略図である。 ２つの異なるプロセスに関する確率密度と雑音上昇の間の関係を示す曲線である。 いくつかのＳＡＷチャネルの雑音上昇を示すチャートである。 ２ｍｓのＳＡＷチャネルが適用される場合の、本発明によるプロセスを説明する専用トランスポートチャネルの概略図である。

Claims (10)

1. ワイヤレス通信ネットワークの移動局から基地局まで、連続したサブフレームで構成されるアップリンク専用トランスポートチャネルでデータセットを送出するプロセスであって、
   ＳＡＷ ＡＲＱプロセスを実施することであって、送信すべき各データセットは、続くサブフレームにおいて送信されるパケットに分割され、次のパケットは、前のパケットに対する応答を前記移動局が受け取った場合にのみ送信される、ＳＡＷ ＡＲＱプロセスを実施することを含むプロセスにおいて、
   前記アップリンク専用トランスポートチャネルにおいて一定時間間隔のサブフレームの部分集合で構成されるいくつかのＳＡＷチャネルを定義することと、
   各移動局について、割り当て要求信号を前記基地局に送出することと、
   各データセットについて、プライマリチャネルを前記データセットに割り当てることと、
   ＳＡＷ ＡＲＱプロセスを前記プライマリチャネルにおいて実施することにより、前記データセットの前記パケットを、前記割り当てられたプライマリチャネルの前記サブフレームで送出することと
   を含むことを特徴とするプロセス。
2. データセットを送信するために、
   前記基地局は、前記割り当て要求信号を受信すると、前記プライマリチャネルを前記移動局に割り当て、前記割り当てられたプライマリチャネルを前記移動局に送出することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
3. 前記基地局は、移動局が送信すべき新しいデータセット毎に、前記専用トランスポートチャネルの各ＳＡＷチャネルの雑音上昇を求め、
   前記基地局は、最も低い雑音上昇を有する前記ＳＡＷチャネルをプライマリチャネルとして割り当てることを特徴とする請求項２記載のプロセス。
4. 前記基地局は、各移動局により使用される送信速度または電力を求め、
   また、前記基地局は、前記送信速度または前記電力が所定のしきい値よりも低い前記移動局すべてに同じプライマリチャネルを割り当てることを特徴とする請求項２記載のプロセス。
5. 前記割り当てられたプライマリチャネルを識別するために、前記基地局は前記移動局に、最初の送信を行うべき前記サブフレームのフレーム番号（ＳＦＮ、ＣＦＮ）、または前記移動局が既知の所定の時間と最初の送信を行うべき前記サブフレームの間のオフセット値を送出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載のプロセス。
6. 前記プライマリチャネルは所定の規則に基づいて前記移動局により決定される、請求項１記載のプロセス。
7. 前記移動局は、前記移動局の識別番号の関数として前記プライマリチャネルを決定することを特徴とする請求項６記載のプロセス。
8. データセットを送信するために、前記移動局はまず、割り当て要求信号を前記基地局に送出し、前記基地局は、前記割り当て要求信号を受信すると応答を返すことと、
   前記移動局は、割り当て要求信号に対する前記応答の受信時間の関数として前記プライマリチャネルを決定することと
   を特徴とする請求項６記載のプロセス。
9. 少なくとも一つのさらなるＳＡＷチャネルが、前記プライマリチャネルに加えて前記データセット送信用に前記移動局に割り当てられることを特徴とする請求項１、２、３、および６のいずれか一項記載のプロセス。
10. 少なくとも１つの基地局およびいくつかの移動局を有するワイヤレス通信ネットワークであって、
    移動局から基地局に、連続したサブフレームで構成されるアップリンク専用トランスポートチャネルでデータセットを送出するＳＡＷ ＡＲＱプロセスを実施する手段を備え、
    各移動局は、前記データセットを、前記専用トランスポートチャネルのサブフレームで送信すべきパケットに分割する手段を備え、
    前記移動局は、前のパケットに対する応答を受信する場合にのみ次のパケットを送信するようになっているワイヤレス通信ネットワークにおいて、
    前記アップリンク専用トランスポートチャネルにおいて一定時間間隔のサブフレームの部分集合で構成されるいくつかのＳＡＷチャネルを定義する手段と、
    各移動局について、割り当て要求信号を前記基地局に送出する手段と、
    各データセット毎に、前記データセットにプライマリチャネルを割り当てる手段と、
    を備え、
    前記移動局は、ＳＡＷ ＡＲＱプロセスを前記プライマリチャネルにおいて実施することにより、前記割り当てられたプライマリチャネルの前記サブフレームで前記データセットの前記パケットを送出する手段を備える
    ことを特徴とするワイヤレス通信ネットワーク。

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