JP6392772B2 - 通信制御方法、基地局、及びユーザ端末 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法、基地局、及びユーザ端末に関する。

移動通信システムの標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）で仕様が策定されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）では、ユーザ端末は、セルとの接続を確立するためにランダムアクセス手順を実行する。

また、３ＧＰＰリリース１０以降では、ユーザ端末が複数のコンポーネントキャリア（複数のセル）を同時に使用して通信を行うキャリアアグリゲーションをサポートする。キャリアアグリゲーションにおいて、ユーザ端末のモビリティ制御を行うセルはプライマリセル（Ｐｃｅｌｌ）と称され、Ｐｃｅｌｌと対をなす補助的なセルはセカンダリセル（Ｓｃｅｌｌ）と称される。

３ＧＰＰ技術仕様書 「ＴＳ３６．３００ Ｖ１１．７．０」 ２０１３年９月

上述したランダムアクセス手順では、先ずユーザ端末からセルに対して、ランダムアクセスプリアンブルを物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）上で送信する。

よって、移動通信システムの各セルは、ランダムアクセスプリアンブルを受信できるように、ＰＲＡＣＨとして使用される時間・周波数リソース（ＰＲＡＣＨリソース）を確保する必要がある。

しかしながら、ＰＲＡＣＨリソースを確保することにより、上りリンクユーザデータを伝送する物理上りリンク共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）として使用される時間・周波数リソース（ＰＵＳＣＨリソース）が減少する問題がある。

そこで、本発明は、セル間協調によりランダムアクセス手順を効率化することを目的とする。

第１の特徴に係る通信制御方法は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて用いられる。前記通信制御方法は、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信するステップと、前記ＰＲＡＣＨ確保要求を受信した前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保するステップと、前記ユーザ端末から前記第２セルに対して、前記ＰＲＡＣＨリソースを使用してランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、を備える。

第２の特徴に係る基地局は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルを管理する。前記基地局は、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信する送信部を備える。

第３の特徴に係る基地局は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルを管理する。前記基地局は、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を受信する受信部と、前記ＰＲＡＣＨ確保要求の受信に応じて、前記第２セルにおいて前記ＰＲＡＣＨリソースを確保する制御部と、を備える。

第４の特徴に係るユーザ端末は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、第１セルとの接続を有し、第２セルとの接続を有しない前記ユーザ端末である。前記ユーザ端末は、前記第１セルからのＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記第２セルが確保したＰＲＡＣＨリソースを使用して、ランダムアクセスプリアンブルを前記第２セルに対して送信する送信部を備える。

実施形態及び第２実施形態に係るＬＴＥシステムの構成図である。 実施形態及び第２実施形態に係るＵＥのブロック図である。 実施形態及び第２実施形態に係るｅＮＢのブロック図である。 ＬＴＥシステムにおける無線インターフェイスのプロトコルスタック図である。 ＬＴＥシステムで使用される無線フレームの構成図である。 ＰＲＡＣＨリソースを説明するための図である。 実施形態に係る動作環境を示す図である。 実施形態に係る動作シーケンス図である。 その他の実施形態に係る動作環境を示す図である。

［実施形態の概要］
実施形態に係る通信制御方法は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて用いられる。前記通信制御方法は、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信するステップと、前記ＰＲＡＣＨ確保要求を受信した前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保するステップと、前記ユーザ端末から前記第２セルに対して、前記ＰＲＡＣＨリソースを使用してランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、を備える。

実施形態では、前記通信制御方法は、前記ＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記第２セルが前記ＰＲＡＣＨリソースを確保するまで、前記第２セルが前記ＰＲＡＣＨリソースをランダムアクセス手順以外の用途に使用するステップをさらに備える。

実施形態では、前記通信制御方法は、前記第１セルから前記ユーザ端末に対して、前記ランダムアクセスプリアンブルの系列を割り当てるステップと、前記第１セルから前記第２セルに対して、前記ユーザ端末に割り当てる前記系列を通知するステップと、前記通知された系列と一致する系列を有する前記ランダムアクセスプリアンブルを前記ユーザ端末から受信した前記第２セルが、第１のランダムアクセス応答を前記第１セルに対して送信するステップと、前記第１のランダムアクセス応答を受信した前記第１セルが、第２のランダムアクセス応答を前記ユーザ端末に対して送信するステップと、をさらに備える。

実施形態では、前記系列を通知するステップにおいて、前記ユーザ端末に割り当てる前記系列を前記ＰＲＡＣＨ確保要求に含めることにより、前記第１セルから前記第２セルに対して前記系列を通知する。

実施形態では、前記通信制御方法は、前記第１セルから、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保している前記第２セルに対して、前記ＰＲＡＣＨリソースの解放を要求するためのＰＲＡＣＨ解放要求を送信するステップと、前記ＰＲＡＣＨ解放要求を受信した前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨリソースを解放するステップと、をさらに備える。

実施形態では、前記通信制御方法は、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保している前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記ＰＲＡＣＨリソースを確保してから所定時間の経過後に、前記ＰＲＡＣＨリソースを解放するステップをさらに備える。

実施形態では、前記ＰＲＡＣＨ確保要求は、前記所定時間を指定する情報を含む。

実施形態では、前記移動通信システムは、キャリアアグリゲーションをサポートしている。前記第１セルは、前記ユーザ端末のモビリティ制御を行うプライマリセルである。前記第２セルは、前記プライマリセルと対をなす補助的なセルである。

実施形態では、前記第１セルは、マクロセルである。前記第２セルは、前記マクロセルのカバレッジ内に配置される１又は複数の小セルである。

実施形態では、前記移動通信システムは、二重接続をサポートしている。前記マクロセルは、前記ユーザ端末のモビリティ制御を行う第１基地局により管理されている。前記小セルは、第２基地局により管理されている。

実施形態に係る基地局は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルを管理する。前記基地局は、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信する送信部を備える。

実施形態に係る基地局は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルを管理する。前記基地局は、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を受信する受信部と、前記ＰＲＡＣＨ確保要求の受信に応じて、前記第２セルにおいて前記ＰＲＡＣＨリソースを確保する制御部と、を備える。

実施形態に係るユーザ端末は、複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、第１セルとの接続を有し、第２セルとの接続を有しない前記ユーザ端末である。前記ユーザ端末は、前記第１セルからのＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記第２セルが確保したＰＲＡＣＨリソースを使用して、ランダムアクセスプリアンブルを前記第２セルに対して送信する送信部を備える。

［実施形態］
以下において、本発明をＬＴＥシステムに適用する場合の実施形態を説明する。

（システム構成）
図１は、実施形態に係るＬＴＥシステムの構成図である。

図１に示すように、実施形態に係るＬＴＥシステムは、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）１００、Ｅ−ＵＴＲＡＮ（Ｅｖｏｌｖｅｄ−ＵＭＴＳ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１０、及びＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅ）２０を備える。

ＵＥ１００は、ユーザ端末に相当する。ＵＥ１００は、移動型の通信装置であり、セル（サービングセル）との無線通信を行う。ＵＥ１００の構成については後述する。

Ｅ−ＵＴＲＡＮ１０は、無線アクセスネットワークに相当する。Ｅ−ＵＴＲＡＮ１０は、ｅＮＢ２００（ｅｖｏｌｖｅｄ Ｎｏｄｅ−Ｂ）を含む。ｅＮＢ２００は、基地局に相当する。ｅＮＢ２００は、Ｘ２インターフェイスを介して相互に接続される。ｅＮＢ２００の構成については後述する。

ｅＮＢ２００は、１又は複数のセルを管理しており、自セルとの接続を確立したＵＥ１００との無線通信を行う。ｅＮＢ２００は、無線リソース管理（ＲＲＭ）機能、ユーザデータのルーティング機能、モビリティ制御・スケジューリングのための測定制御機能などを有する。「セル」は、無線通信エリアの最小単位を示す用語として使用される他に、ＵＥ１００との無線通信を行う機能を示す用語としても使用される。

ＥＰＣ２０は、コアネットワークに相当する。ＥＰＣ２０は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）／Ｓ−ＧＷ（Ｓｅｒｖｉｎｇ−Ｇａｔｅｗａｙ）３００を含む。ＭＭＥは、ＵＥ１００に対する各種モビリティ制御などを行う。ＳＧＷは、ユーザデータの転送制御を行う。ＭＭＥ／Ｓ−ＧＷ３００は、Ｓ１インターフェイスを介してｅＮＢ２００と接続される。

図２は、ＵＥ１００のブロック図である。図２に示すように、ＵＥ１００は、アンテナ１０１、無線送受信機１１０、ユーザインターフェイス１２０、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機１３０、バッテリ１４０、メモリ１５０、及びプロセッサ１６０を備える。メモリ１５０及びプロセッサ１６０は、制御部を構成する。ＵＥ１００は、ＧＮＳＳ受信機１３０を有していなくてもよい。また、メモリ１５０をプロセッサ１６０と一体化し、このセット（すなわち、チップセット）をプロセッサ１６０’としてもよい。

アンテナ１０１及び無線送受信機１１０は、無線信号の送受信に用いられる。無線送受信機１１０は、プロセッサ１６０が出力するベースバンド信号（送信信号）を無線信号に変換してアンテナ１０１から送信する。また、無線送受信機１１０は、アンテナ１０１が受信する無線信号をベースバンド信号（受信信号）に変換してプロセッサ１６０に出力する。

ユーザインターフェイス１２０は、ＵＥ１００を所持するユーザとのインターフェイスであり、例えば、ディスプレイ、マイク、スピーカ、及び各種ボタンなどを含む。ユーザインターフェイス１２０は、ユーザからの操作を受け付けて、該操作の内容を示す信号をプロセッサ１６０に出力する。ＧＮＳＳ受信機１３０は、ＵＥ１００の地理的な位置を示す位置情報を得るために、ＧＮＳＳ信号を受信して、受信した信号をプロセッサ１６０に出力する。バッテリ１４０は、ＵＥ１００の各ブロックに供給すべき電力を蓄える。

メモリ１５０は、プロセッサ１６０により実行されるプログラム、及びプロセッサ１６０による処理に使用される情報を記憶する。プロセッサ１６０は、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号などを行うベースバンドプロセッサと、メモリ１５０に記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、を含む。プロセッサ１６０は、さらに、音声・映像信号の符号化・復号を行うコーデックを含んでもよい。プロセッサ１６０は、後述する各種の処理及び各種の通信プロトコルを実行する。

図３は、ｅＮＢ２００のブロック図である。図３に示すように、ｅＮＢ２００は、アンテナ２０１、無線送受信機２１０、ネットワークインターフェイス２２０、メモリ２３０、及びプロセッサ２４０を備える。メモリ２３０及びプロセッサ２４０は、制御部を構成する。

アンテナ２０１及び無線送受信機２１０は、無線信号の送受信に用いられる。無線送受信機２１０は、プロセッサ２４０が出力するベースバンド信号（送信信号）を無線信号に変換してアンテナ２０１から送信する。また、無線送受信機２１０は、アンテナ２０１が受信する無線信号をベースバンド信号（受信信号）に変換してプロセッサ２４０に出力する。

ネットワークインターフェイス２２０は、Ｘ２インターフェイスを介して隣接ｅＮＢ２００と接続され、Ｓ１インターフェイスを介してＭＭＥ／Ｓ−ＧＷ３００と接続される。ネットワークインターフェイス２２０は、Ｘ２インターフェイス上で行う通信及びＳ１インターフェイス上で行う通信に用いられる。

メモリ２３０は、プロセッサ２４０により実行されるプログラム、及びプロセッサ２４０による処理に使用される情報を記憶する。プロセッサ２４０は、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号などを行うベースバンドプロセッサと、メモリ２３０に記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うＣＰＵと、を含む。プロセッサ２４０は、後述する各種の処理及び各種の通信プロトコルを実行する。

図４は、ＬＴＥシステムにおける無線インターフェイスのプロトコルスタック図である。図４に示すように、無線インターフェイスプロトコルは、ＯＳＩ参照モデルの第１層乃至第３層に区分されており、第１層は物理（ＰＨＹ）層である。第２層は、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層、ＲＬＣ（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層、及びＰＤＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）層を含む。第３層は、ＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層を含む。

物理層は、符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行う。ＵＥ１００の物理層とｅＮＢ２００の物理層との間では、物理チャネルを介してユーザデータ及び制御信号が伝送される。

ＭＡＣ層は、データの優先制御、ハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）による再送処理、及びＲＲＣ接続確立時のランダムアクセス手順などを行う。ＵＥ１００のＭＡＣ層とｅＮＢ２００のＭＡＣ層との間では、トランスポートチャネルを介してユーザデータ及び制御信号が伝送される。ｅＮＢ２００のＭＡＣ層は、上下リンクのトランスポートフォーマット（トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式）及びＵＥ１００への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。ランダムアクセス手順の詳細については後述する。

ＲＬＣ層は、ＭＡＣ層及び物理層の機能を利用してデータを受信側のＲＬＣ層に伝送する。ＵＥ１００のＲＬＣ層とｅＮＢ２００のＲＬＣ層との間では、論理チャネルを介してユーザデータ及び制御信号が伝送される。

ＰＤＣＰ層は、ヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行う。

ＲＲＣ層は、制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。ＵＥ１００のＲＲＣ層とｅＮＢ２００のＲＲＣ層との間では、各種設定のための制御信号（ＲＲＣメッセージ）が伝送される。ＲＲＣ層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル、及び物理チャネルを制御する。ＵＥ１００のＲＲＣとｅＮＢ２００のＲＲＣとの間に接続（ＲＲＣ接続）がある場合、ＵＥ１００はＲＲＣ接続状態であり、そうでない場合、ＵＥ１００はＲＲＣアイドル状態である。

ＲＲＣ層の上位に位置するＮＡＳ（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）層は、セッション管理及びモビリティ管理などを行う。

図５は、ＬＴＥシステムで使用される無線フレームの構成図である。ＬＴＥシステムは、下りリンクにはＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）、上りリンクにはＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）がそれぞれ適用される。

図５に示すように、無線フレームは、時間方向に並ぶ１０個のサブフレームで構成される。各サブフレームは、時間方向に並ぶ２個のスロットで構成される。各サブフレームの長さは１ｍｓであり、各スロットの長さは０．５ｍｓである。各サブフレームは、周波数方向に複数個のリソースブロック（ＲＢ）を含み、時間方向に複数個のシンボルを含む。各リソースブロックは、周波数方向に複数個のサブキャリアを含む。ＵＥ１００に割り当てられる無線リソース（時間・周波数リソース）のうち、周波数リソースはリソースブロックにより特定でき、時間リソースはサブフレーム（又はスロット）により特定できる。

下りリンクにおいて、各サブフレームの先頭数シンボルの区間は、主に制御信号を伝送するための物理下りリンク制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）として使用される領域である。また、各サブフレームの残りの区間は、主にユーザデータを伝送するための物理下りリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）として使用できる領域である。

上りリンクにおいて、各サブフレームにおける周波数方向の両端部は、主に制御信号を伝送するための物理上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）として使用される領域である。また、所定のサブフレームにおける周波数方向の中央の６リソースブロックは、ランダムアクセスプリアンブルを伝送するための物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）として使用できる領域である。各サブフレームにおける他の部分は、主にユーザデータを伝送するための物理上りリンク共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）として使用できる領域である。

図６は、ＰＲＡＣＨリソースを説明するための図である。ＰＲＡＣＨリソースは、１０サブフレーム１回の割合で設けられ、周波数方向の中央の６リソースブロックからなる時間・周波数リソースである。ＰＲＡＣＨリソースは、ＵＥ１００からのランダムアクセスプリアンブルを伝送するためのものであるため、通常はユーザデータの伝送には使用されない。すなわち、スループットの観点では、ＰＲＡＣＨリソースはオーバーヘッドになる。具体的には、上りリンク帯域幅が１．４ＭＨｚ（６ＲＢ）の場合には１０％のオーバーヘッドであり、上りリンク帯域幅が１０ＭＨｚ（５０ＲＢ）の場合には０．８３％のオーバーヘッドである。

（ランダムアクセス手順）
ＵＥ１００は、ｅＮＢ２００とのＲＲＣ接続の確立に先立ち、ＭＡＣ層においてｅＮＢ２００へのランダムアクセスを行う。ランダムアクセスに先立ち、ＵＥ１００は、セルサーチにより下りリンクの同期をランダムアクセス対象のセルと確立する。ランダムアクセスの一つの目的は、上りリンクの同期をそのセルと確立することである。

ランダムアクセスには、競合（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）ベースのランダムアクセスと非競合（Ｎｏｎ−ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）ベースのランダムアクセスとがある。非競合ベースのランダムアクセスは、ハンドオーバ時などにおいて利用される。以下において、ハンドオーバ時の非競合ベースのランダムアクセスについて説明する。

ｅＮＢ２００−１との接続を確立しているＵＥ１００が別のｅＮＢ２００−２との接続を確立する場合において、ｅＮＢ２００−１からＵＥ１００に対してランダムアクセスプリアンブルの系列が通知される。ランダムアクセスプリアンブルの系列は、競合ベース用の系列群と非競合ベース用の系列群とに分けられており、非競合ベース用の系列群の中から選択された系列がＵＥ１００に通知される。ハンドオーバでは、ｅＮＢ２００−２で選択したランダムアクセスプリアンブルの系列がｅＮＢ２００−１を通じてＵＥ１００に通知される。ＵＥ１００は、通知された系列によりランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨ上でｅＮＢ２００−２に送信する。

ランダムアクセスプリアンブルを受信したｅＮＢ２００−２は、当該ランダムアクセスプリアンブルに基づいて、ＵＥ１００との間の上りリンク遅延を推定する。また、ｅＮＢ２００−２は、ＵＥ１００に割り当てる時間・周波数リソースを決定する。そして、ｅＮＢ２００−２は、ランダムアクセス応答をＵＥ１００に送信する。ランダムアクセス応答は、遅延推定の結果に基づくタイミング補正値（タイミングアドバンス）、決定した時間・周波数リソースの情報などを含む。

ランダムアクセス応答を受信したＵＥ１００は、当該ランダムアクセス応答に基づいて、ＲＲＣ層において、ＲＲＣ接続の確立完了メッセージ（ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍｅｓｓａｇｅ）をｅＮＢ２００に送信する。このようにして、ランダムアクセス手順が完了する。

なお、キャリアアグリゲーションが適用される場合において、セカンダリセルを追加する際にも非競合ベースのランダムアクセスが利用される。具体的には、プライマリセル及びセカンダリセルを管理するｅＮＢ２００は、プライマリセルとの接続を確立しているＵＥ１００に対して、非競合ベース用の系列群の中から選択した系列を通知する。ＵＥ１００は、通知された系列によりランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨ上でセカンダリセルに送信する。セカンダリセルでランダムアクセスプリアンブルを受信したｅＮＢ２００は、ランダムアクセス応答をプライマリセルからＵＥ１００に送信する。

（実施形態に係る動作環境）
図７は、実施形態に係る動作環境を示す図である。実施形態では、カバレッジサイズが異なる複数のセルが配置されるネットワーク構成を想定する。

図７に示すように、マクロｅＮＢ（ＭｅＮＢ）２００−１は、周波数１に属するセル１を管理する。小型ｅＮＢ（ＳｅＮＢ）２００−２は、周波数１とは異なる周波数２に属するセル２を管理する。

セル２は、セル１（マクロセル）よりもカバレッジの小さい小セルであり、ピコセル又はフェムトセルと称されることがある。ＳｅＮＢ２００−２は、ホームｅＮＢ（ＨｅＮＢ）であってもよい。セル２は、セル１のカバレッジ内に設けられる。ＭｅＮＢ２００−１及びＳｅＮＢ２００−２は、相互に隣接する関係にあり、Ｘ２インターフェイスにより相互に接続されている。

実施形態に係るＬＴＥシステムは、二重接続（Ｄｕａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）をサポートする。ＵＥ１００−１は、一対のｅＮＢ２００（ＭｅＮＢ２００−１及びＳｅＮＢ２００−２）との二重接続を確立する。ＵＥ１００−１が一対のｅＮＢ２００との無線通信を行うことにより、１つのｅＮＢ２００とのみ無線通信を行う場合に比べて、高速・大容量の無線通信を行うことができる。

二重接続は、ＵＥ１００が複数のセル（プライマリセル、セカンダリセル）と接続する点でキャリアアグリゲーションと共通する。但し、キャリアアグリゲーションでは当該複数のセルを同一ｅＮＢ２００で管理する一方、二重接続では当該複数のセルを異なるｅＮＢ２００で管理する点において異なる。

ＭｅＮＢ２００−１は、ＵＥ１００−１のモビリティ制御（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を行う。ＭｅＮＢ２００−１は、ＵＥ１００−１とのＲＲＣ接続を確立し、ＵＥ１００−１のハンドオーバ制御などを行う。これに対し、ＳｅＮＢ２００−２は、ＵＥ１００−１のモビリティ制御を行わない。ＳｅＮＢ２００−２は、ＵＥ１００−１とのＲＲＣ接続を確立する。或いは、ＳｅＮＢ２００−２は、少なくともＭＡＣ層又はＲＬＣ層までの接続（Ｌ２接続）をＵＥ１００−１と確立すればよく、必ずしもＲＲＣ接続（Ｌ３接続）を確立しなくてもよい。

二重接続において、ＵＥ１００−１は、セル１（プライマリセル）及びセル２（セカンダリセル）を同時に使用してＥ−ＵＴＲＡＮ１０との通信を行い、各セルにおけるスケジューリングを異なるｅＮＢ２００（ＭｅＮＢ２００−１、ＳｅＮＢ２００−２）が行う。すなわち、ＭｅＮＢ２００−１及びＳｅＮＢ２００−２のそれぞれは、ＵＥ１００−１のためにスケジューリングを行う。

（実施形態に係る通信制御方法）
上述したランダムアクセス手順では、先ずＵＥ１００からランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨ上で送信する。よって、ランダムアクセスプリアンブルを受信できるように、ＰＲＡＣＨとして使用される時間・周波数リソース（ＰＲＡＣＨリソース）を各セルに確保する必要がある。しかしながら、ＰＲＡＣＨリソースを確保することにより、上りリンクユーザデータを伝送するＰＵＳＣＨとして使用される時間・周波数リソース（ＰＵＳＣＨリソース）が減少する問題がある。

そこで、実施形態に係る通信制御方法は、セル間協調によりランダムアクセス手順を効率化する。

実施形態に係る通信制御方法は、複数のセルをＵＥ１００が同時に使用可能なＬＴＥシステムにおいて用いられる。通信制御方法は、ＵＥ１００との接続を有するセル１（第１セル）から、ＵＥ１００との接続を有しないセル２（第２セル）に対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信するステップと、ＰＲＡＣＨ確保要求を受信したセル２が、ＰＲＡＣＨリソースを確保するステップと、ＵＥ１００からセル２に対して、ＰＲＡＣＨリソースを使用してランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、を備える。このように、実施形態では、セル２でＰＲＡＣＨリソースを常時確保することなく、必要なときに限りセル２でＰＲＡＣＨリソースを確保することができる。

実施形態に係る通信制御方法は、ＰＲＡＣＨ確保要求に応じてセル２がＰＲＡＣＨリソースを確保するまで、セル２がＰＲＡＣＨリソースをランダムアクセス手順以外の用途に使用するステップをさらに備える。ランダムアクセス手順以外の用途とは、例えばユーザデータを伝送する用途である。この場合、セル２は、ＰＲＡＣＨ確保要求に応じてＰＲＡＣＨリソースを確保するまで、ＰＲＡＣＨリソースをＰＵＳＣＨリソースに転用する。これにより、スループットの向上を図ることができる。

実施形態に係る通信制御方法は、セル１からＵＥ１００に対して、ランダムアクセスプリアンブルの系列を割り当てるステップと、セル１からセル２に対して、ＵＥ１００に割り当てる系列を通知するステップと、通知された系列と一致する系列を有するランダムアクセスプリアンブルをＵＥ１００から受信したセル２が、第１のランダムアクセス応答をセル１に対して送信するステップと、第１のランダムアクセス応答を受信したセル１が、第２のランダムアクセス応答をＵＥ１００に対して送信するステップと、をさらに備える。これにより、セル１主導でランダムアクセス手順を行うことができる。

実施形態では、ランダムアクセスプリアンブルの系列を通知するステップにおいて、ＵＥ１００に割り当てる系列をＰＲＡＣＨ確保要求に含めることにより、セル１からセル２に対して系列を通知する。これにより、シグナリングの削減を図ることができる。

実施形態に係る通信制御方法は、セル１から、ＰＲＡＣＨリソースを確保しているセル２に対して、ＰＲＡＣＨリソースの解放を要求するためのＰＲＡＣＨ解放要求を送信するステップと、ＰＲＡＣＨ解放要求を受信したセル２が、ＰＲＡＣＨリソースを解放するステップと、をさらに備える。これにより、セル２に対するランダムアクセス手順が完了した後は、セル２がＰＲＡＣＨリソースをランダムアクセス手順以外の用途に使用できる。

実施形態では、セル１は、マクロセルである。セル２は、マクロセルのカバレッジ内に配置される１又は複数の小セルである。また、実施形態では、ＬＴＥシステムは、二重接続をサポートしている。マクロセルは、ＵＥ１００のモビリティ制御を行うＭｅＮＢ２００−１により管理されている。小セルは、ＳｅＮＢ２００−２により管理されている。

（実施形態に係る動作シーケンス）
図８は、実施形態に係る動作シーケンス図である。図８の初期状態において、ＵＥ１００は、ＭｅＮＢ２００−１（セル１）との接続を確立しており、ＳｅＮＢ２００−２（セル２）との接続を確立していない。

図８に示すように、ステップＳ１において、ＭｅＮＢ２００−１は、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求（ＲＡＣＨ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）をＳｅＮＢ２００−２に送信する。ＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨ確保要求を受信する。上述したように、ＰＲＡＣＨリソースは、予め規定された時間・周波数リソースである（図６参照）。或いは、ＰＲＡＣＨリソースを可変としてもよい。この場合、ＰＲＡＣＨリソースを指定する情報をＰＲＡＣＨ確保要求に含めてもよい。

ステップＳ２において、ＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨ確保要求に応じて、ＰＲＡＣＨリソースを確保（Ａｃｔｉｖａｔｅ）する。

ステップＳ３において、ＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨリソースを確保した旨の応答（ＲＡＣＨ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ）をＭｅＮＢ２００−１に送信する。ＭｅＮＢ２００−１は、当該応答を受信する。ＭｅＮＢ２００−１は、当該応答を以てＳｅＮＢ２００−２に対するランダムアクセス手順を開始する。

ステップＳ４において、ＭｅＮＢ２００−１は、ＵＥ１００に割り当てるランダムアクセスプリアンブルの系列をＳｅＮＢ２００−２に通知する。系列の長さは、固定長に限らず、可変長であってもよい。ＳｅＮＢ２００−２は、当該通知に応じて当該系列を確保する。上述したように、ステップＳ４は、ステップＳ１と同時に行なわれてもよい。なお、ＵＥ１００が複数である場合には、複数ＵＥ共通のＰＲＡＣＨリソース確保要求と、個々のＵＥに対するランダムアクセスプリアンブル情報（系列）を分けて通知し、すべてのＵＥ１００についてランダムアクセス手順が終了したところで、ＰＲＡＣＨリソースの解放をしてもよい。

ステップＳ５において、ＳｅＮＢ２００−２は、ランダムアクセスプリアンブルの系列を確保した旨の肯定応答（ＲＡ Ｐｒｅａｍｂｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）をＭｅＮＢ２００−１に送信する。ＭｅＮＢ２００−１は、当該肯定応答を受信する。

なお、ＳｅＮＢ２００−２において、ＭｅＮＢ２００−１から通知された系列を使用中である場合には、当該系列を確保できない旨の否定応答（ＲＡ Ｐｒｅａｍｂｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ）をＳｅＮＢ２００−２からＭｅＮＢ２００−１に送信してもよい。この場合、ＳｅＮＢ２００−２で確保可能な系列を当該否定応答に含めてＭｅＮＢ２００−１に通知してもよい。

ステップＳ６において、肯定応答（ＲＡ Ｐｒｅａｍｂｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を受信したＭｅＮＢ２００−１は、ＳｅＮＢ２００−２で確保する系列をＵＥ１００に通知する。また、ＭｅＮＢ２００−１は、ＳｅＮＢ２００−２のＰＲＡＣＨリソースに関する情報をＵＥ１００に（系列の通知と同時に）通知してもよい。なお、ＭｅＮＢ２００−１又はＳｅＮＢ２００−２は、ＳｅＮＢ２００−２のＰＲＡＣＨ／ＲＡＣＨ構成情報（ＰＲＡＣＨ Ｃｏｎｆｉｇ、ＲＡＣＨ−Ｃｏｎｆｉｇ Ｃｏｍｍ）をブロードキャストによりＵＥ１００に通知した上で、ＰＲＡＣＨ系列／リソース情報（ｒａ−ＰＲＡＣＨ−ＭａｓｋＩｎｄｅｘ、ｒａ−ＰｒｅａｍｂｌｅＩｎｄｅｘ）をユニキャストによりＵＥ１００に通知してもよい。

ステップＳ７において、ＵＥ１００は、ＰＲＡＣＨ／ＲＡＣＨ構成情報及びＰＲＡＣＨ系列／リソース情報に基づいて、指定された系列により、ランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨ上でＳｅＮＢ２００−２に送信する。ＳｅＮＢ２００−２は、ランダムアクセスプリアンブルを受信する。

ステップＳ８において、ＳｅＮＢ２００−２は、ＭｅＮＢ２００−１から通知された系列と一致する系列を有するランダムアクセスプリアンブルをＵＥ１００から受信したことに応じて、第１のランダムアクセス応答（ＲＡ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）とＲＡ−ＲＮＴＩ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ−Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ＩＤ）とを組合せてＭｅＮＢ２００−１に送信する。第１のランダムアクセス応答は、遅延推定の結果に基づくタイミング補正値（タイミングアドバンス）、決定した時間・周波数リソースの情報などを含む。ＭｅＮＢ２００−１は、第１のランダムアクセス応答を受信する。

なお、ＳｅＮＢ２００−２は、当該ランダムアクセスプリアンブルを受信せずにタイムアウトした場合には、ランダムアクセス失敗をＭｅＮＢ２００−１に通知してもよい。

ステップＳ９において、第１のランダムアクセス応答を受信したＭｅＮＢ２００−１は、第２のランダムアクセス応答をＵＥ１００に送信する。第２のランダムアクセス応答の内容は、宛先識別子及び送信元識別子以外は第１のランダムアクセス応答の内容と同様である。第２のランダムアクセス応答を受信したＵＥ１００は、確立完了メッセージ（ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍｅｓｓａｇｅ）をＭｅＮＢ２００−１（又はＳｅＮＢ２００−２）に送信する。これにより、ＵＥ１００からＳｅＮＢ２００−２に対するランダムアクセス手順が完了する。

ステップＳ１０において、ＭｅＮＢ２００−１は、ＰＲＡＣＨリソースの解放を要求するためのＰＲＡＣＨ解放要求（ＲＡＣＨ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）をＳｅＮＢ２００−２に送信する。

ステップＳ１１において、ＰＲＡＣＨ解放要求を受信したＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨリソースを解放する。

ステップＳ１２において、ＰＲＡＣＨリソースを解放したＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨリソースを解放した旨の通知（ＲＡＣＨ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ）をＭｅＮＢ２００−１に送信する。

なお、ステップＳ１１は、ステップＳ８の直前において行なわれてもよい。この場合、ＰＲＡＣＨリソースを解放した旨の通知を第１のランダムアクセス応答に含めてもよい。

（実施形態のまとめ）
上述したように、実施形態に係る通信制御方法は、複数のセルをＵＥ１００が同時に使用可能なＬＴＥシステムにおいて用いられる。通信制御方法は、ＵＥ１００との接続を有するセル１（第１セル）から、ＵＥ１００との接続を有しないセル２（第２セル）に対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信するステップと、ＰＲＡＣＨ確保要求を受信したセル２が、ＰＲＡＣＨリソースを確保するステップと、ＵＥ１００からセル２に対して、ＰＲＡＣＨリソースを使用してランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、を備える。これにより、セル２でＰＲＡＣＨリソースを常時確保することなく、必要なときに限りセル２でＰＲＡＣＨリソースを確保することができる。従って、セル間協調によりランダムアクセス手順を効率化できる。

［変更例１］
上述した実施形態を以下のように変更し、ＰＲＡＣＨ解放要求（ステップＳ１０）及び／又はＰＲＡＣＨ解放要求（ステップＳ１２）を不要としてもよい。実施形態の変更例１では、ＰＲＡＣＨリソースを確保しているＳｅＮＢ２００−２は、ＰＲＡＣＨ確保要求（ステップＳ１）に応じてＰＲＡＣＨリソースを確保してから所定時間の経過後に、ＰＲＡＣＨリソースを解放する。この場合、ＰＲＡＣＨ確保要求は、当該所定時間を指定する情報（タイマ値）を含んでもよい。

［変更例２］
上述した実施形態では、ＳｅＮＢ２００−２が１つであるケースを説明した。しかしながら、ＭｅＮＢ２００−１（セル１）のカバレッジ内に複数のＳｅＮＢ２００−２（複数のセル２）が存在する場合には、ＭｅＮＢ２００−１は、ＰＲＡＣＨ確保要求（ステップＳ１）及びプリアンブル系列通知（ステップＳ４）を当該複数のＳｅＮＢ２００−２に送信してもよい。この場合、ＭｅＮＢ２００−１は、当該複数のＳｅＮＢ２００−２におけるランダムアクセスプリアンブルの受信状況に基づいて、ＵＥ１００の近傍のＳｅＮＢ２００−２を判別し、最適な二重接続先を決定してもよい。

或いは、ＭｅＮＢ２００−１は、ＭｅＮＢ２００−１（セル１）のカバレッジ内に複数のＳｅＮＢ２００−２（複数のセル２）が存在する場合に、ＵＥ１００からの測定報告（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ）に基づいて、ＵＥ１００の近傍のＳｅＮＢ２００−２を判別し、最適な二重接続先を決定してもよい。

［その他の実施形態］
上述した動作シーケンスを、二重接続（或いはキャリアアグリゲーション）以外の枠組み（例えば、Ｄ２Ｄ通信）に応用してもよい。Ｄ２Ｄ通信は、近傍ＵＥ間でネットワークを介さずに直接的な通信を行うものである。図９は、その他の実施形態に係る動作環境を示す図である。図９に示すように、ｅＮＢ２００のカバレッジ内にＵＥ１００−１及びＵＥ１００−２が位置している。ｅＮＢ２００との接続を確立しているＵＥ１００−１は、ＵＥ１００−２との接続を確立するための報知信号（同期信号又は発見用信号）を送信する。このような動作環境において、上述した動作シーケンスを適用してもよい。具体的には、上述した動作シーケンスにおける「ＭｅＮＢ２００−１」を「ｅＮＢ２００」と読み替え、「ＵＥ１００」を「ＵＥ１００−１」と読み替え、「ＳｅＮＢ２００−２」を「ＵＥ１００−２」と読み替え、「ランダムアクセスプリアンブル」を「Ｄ２Ｄ通信の報知信号」と読み替え、「ＰＲＡＣＨリソース」を「Ｄ２Ｄ通信の報知信号リソース」と読み替えてもよい。

上述した実施形態では、セルラ通信システムの一例としてＬＴＥシステムを説明したが、ＬＴＥシステムに限定されるものではなく、ＬＴＥシステム以外のシステムに本発明を適用してもよい。

なお、日本国特許出願第２０１３−２２４４６１号（２０１３年１０月２９日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。

本発明によれば、セル間協調によりランダムアクセス手順を効率化することができる。

Claims (12)

1. 複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、
   前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信するステップと、
   前記ＰＲＡＣＨ確保要求を受信した前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保するステップと、
   前記ユーザ端末から前記第２セルに対して、前記ＰＲＡＣＨリソースを使用してランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、を備えることを特徴とする通信制御方法。
2. 前記ＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記第２セルが前記ＰＲＡＣＨリソースを確保するまで、前記第２セルが前記ＰＲＡＣＨリソースをランダムアクセス手順以外の用途に使用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
3. 前記第１セルから前記ユーザ端末に対して、前記ランダムアクセスプリアンブルの系列を割り当てるステップと、
   前記第１セルから前記第２セルに対して、前記ユーザ端末に割り当てる前記系列を通知するステップと、
   前記通知された系列と一致する系列を有する前記ランダムアクセスプリアンブルを前記ユーザ端末から受信した前記第２セルが、第１のランダムアクセス応答を前記第１セルに対して送信するステップと、
   前記第１のランダムアクセス応答を受信した前記第１セルが、第２のランダムアクセス応答を前記ユーザ端末に対して送信するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
4. 前記系列を通知するステップにおいて、前記ユーザ端末に割り当てる前記系列を前記ＰＲＡＣＨ確保要求に含めることにより、前記第１セルから前記第２セルに対して前記系列を通知することを特徴とする請求項３に記載の通信制御方法。
5. 前記第１セルから、前記ＰＲＡＣＨリソースを確保している前記第２セルに対して、前記ＰＲＡＣＨリソースの解放を要求するためのＰＲＡＣＨ解放要求を送信するステップと、
   前記ＰＲＡＣＨ解放要求を受信した前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨリソースを解放するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
6. 前記ＰＲＡＣＨリソースを確保している前記第２セルが、前記ＰＲＡＣＨ確保要求に応じて前記ＰＲＡＣＨリソースを確保してから所定時間の経過後に、前記ＰＲＡＣＨリソースを解放するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
7. 前記ＰＲＡＣＨ確保要求は、前記所定時間を指定する情報を含むことを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。
8. 前記移動通信システムは、キャリアアグリゲーションをサポートしており、
   前記第１セルは、前記ユーザ端末のモビリティ制御を行うプライマリセルであり、
   前記第２セルは、前記プライマリセルと対をなす補助的なセルである１又は複数のセカンダリセルであることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
9. 前記第１セルは、マクロセルであり、
   前記第２セルは、前記マクロセルのカバレッジ内に配置される１又は複数の小セルであることを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
10. 前記移動通信システムは、二重接続をサポートしており、
    前記マクロセルは、前記ユーザ端末のモビリティ制御を行う第１基地局により管理されており、
    前記小セルは、第２基地局により管理されていることを特徴とする請求項９に記載の通信制御方法。
11. 複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有する第１セルを管理する基地局であって、
    前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルに対して、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を送信する送信部を備えることを特徴とする基地局。
12. 複数のセルをユーザ端末が同時に使用可能な移動通信システムにおいて、前記ユーザ端末との接続を有しない第２セルを管理する基地局であって、
    前記ユーザ端末との接続を有する第１セルから、ＰＲＡＣＨリソースの確保を要求するためのＰＲＡＣＨ確保要求を受信する受信部と、
    前記ＰＲＡＣＨ確保要求の受信に応じて、前記第２セルにおいて前記ＰＲＡＣＨリソースを確保する制御部と、を備えることを特徴とする基地局。

Images