JP4450832B2 - 時分割型通信システムにおける無線リソースを管理する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関連する。より詳細には、本発明は、ユーザのサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）情報に基づいて時分割型無線通信システムにおける無線リソースを管理する方法およびシステムに関連する。

従来の無線通信システムにおいては、無線リソースに対する要求がその可用性を上回ることがしばしばである。複数のユーザの間で使用可能な無線リソースを共有するために多くの方式が開発されている。無線リソース管理（ＲＲＭ：Radio Resource Management）アルゴリズムの効果により、そのようなシステムの容量が拡大される。

今日では、様々な時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）通信方式が存在する。ＴＤＤシステムの利点には、帯域幅を効率的で柔軟に使用できることが含まれる。例えば、トラフィックの需要に基づいて、その時々でチャンネルをアップリンクまたはダウンリンクのチャンネルのいずれにも構成することができる。しかしながら、ＴＤＤシステムのリソース管理には困難性がある。トラフィックパターンが、時間が経つにつれて急速に変化する場合には、リソース管理上の最適な決定をすることは難しい。ＴＤＤシステムにおけるリソース管理上の問題のいくつかには、ユーザに割り当てるべき帯域幅の量、およびアップリンクおよびダウンリンク通信に対して構成するべきタイムスロットの数の問題が含まれる。現在では、様々なＱｏＳ方式が知られているが、ほとんどの方式は所与のユーザに静的なＱｏＳクラスを割り当てること、それに従ってシステムが動作するよう強いることに頼っている。

時分割型通信システムにおいて無線リソースをより効率的に管理するための方法およびシステムが望まれている。

本発明は、ＴＤＤまたは時間分割多重接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）システムなどの、時分割型システムにおける無線リソース管理に関する。本発明のシステムは、それぞれのタイムスロットに対してＱｏＳおよび容量の特定のレベルを指定する。本発明の好適な一実施形態においては、タイムスロット（およびユーザ、地理的な領域、およびアプリケーション）は、３つのカテゴリに指定される。第一のカテゴリ指定では、ＱｏＳが最重要問題であるとみなされ、システム容量は二次的な関心事となる。第二のカテゴリ指定では、システム容量がＱｏＳより重要であるとみなされる。第三のカテゴリ指定では、ＱｏＳおよびシステム容量がともに重要性においてほぼ等しいとみなされる。

無線リソース管理（ＲＲＭ：Radio Resource Management）機能は、トラフィックパターンに関する統計情報に基づいて、多くのタイムスロットに適切な指定を割り付ける。ＲＲＭ機能は、特定のユーザに対してタイムスロットを割り当てる根拠として、許可（admission）制御、輻輳（congestion）制御、ハンドオーバ、ユーザリンク維持、およびリアルタイム（ＲＴ：Real Time）または非リアルタイム（ＮＲＴ：Non-Real Time）パケット交換アルゴリズムを使用することができる。

一実施形態においては、システムは、ユーザから無線リソースに対する要求を受け取る。その要求に対応して、システムは、基幹回線網から獲得されたユーザのＱｏＳ情報に従って、ユーザに特定のタイムスロットを割り当てる。

ＱｏＳ基準は、ユーザの加入状態、ユーザのアプリケーションの性質、ユーザが無線リソースを要求する地理的な領域に関する情報などを含む。システムは、特定のユーザに、そのユーザに関連付けられているカテゴリ指定に基づいて無線リソースの初期割当てを制御する。

初期割当てが確立された後に、システムは、トラフィック条件を継続的に監視する。システムが、より高いレベルのＱｏＳを有するタイムスロットにおけるトラフィックの輻輳を検出した場合には、システムは、より高いレベルのＱｏＳを有するタイムスロットの数を増加させ、より低いレベルのＱｏＳを有するタイムスロットの数を減少させることができる。

本発明のより詳細な理解を、例示された以下の記述より、および添付された図面に関連して得ることができる。

本発明は、全体を通して同じ符号が同じ要素を表現している図面類を参照して記述される。以下、基地局は、限定的ではなく、ノードＢ、サイト制御装置、アクセスポイント、または無線環境における他の任意の形式のインタフェース装置を含む。

図１は、無線通信システム１００のブロック図であり、複数のＷＴＲＵ１０５が基地局１１０と通信する。基地局１１０は、無線網制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）１１５により制御される。ＲＮＣ１１５は、基幹回線網１２０に接続される。ＲＮＣ１１５または基地局１１０のいずれかは、以下でより詳細に記述されるように、無線リソースの複数のタイムスロットを複数の異なったカテゴリにソートするための手段、および基幹回線網１２０から獲得されたユーザのＱｏＳ情報に基づいて、特定の指定タイムスロットにユーザを写像するための手段を含む。

時分割型通信システムにおいては、通信はタイムスロットによって伝達される。アップリンクまたはダウンリンク通信のいずれかに対して１または複数のタイムスロットが特定のユーザに対して指定される。本発明のシステム１００は、ユーザのＱｏＳに基づいてタイムスロットに対して複数の指定の内の１つを割り付ける。好適な実施形態においては、システム１００は、３つの指定を使用する。すなわち、ＱｏＳが高いタイムスロット（高ＱｏＳタイムスロット）、大容量タイムスロット、および均衡型タイムスロットである。指定の数としては任意の数を使用することができ、および指定のこの名称は単に本発明の好適な実施形態を説明するためのものであることを理解されたい。以下に３つの指定が記述されるが、より多くのまたは少ない指定数を使用することもできる。本発明の優先方式は、アップリンクまたはダウンリンクチャンネルのいずれに対しても使用することができる。

最大遅延、信号対干渉の比、パケット誤り率、およびビット誤り率などの通信パラメータは、タイムスロットのそれぞれの指定に対して別々に定義される。従って、異なる指定を有するタイムスロットには異なったＱｏＳレベルが提供される。

高ＱｏＳタイムスロットが最も高いＱｏＳを提供する。そのため、システム容量はＲＲＭにとって二次的な関心事となり、ＱｏＳの後に考慮される。

大容量タイムスロットが提供するＱｏＳは最小レベルに過ぎない。ＲＲＭにとっては、大容量タイムスロットに対してはシステム容量が主要な関心事となり、ＱｏＳに先立って考慮される。

均衡型タイムスロットのＱｏＳは、高ＱｏＳタイムスロットおよび大容量タイムスロットの中間に相当する。ＲＲＭにとっては、均衡型タイムスロットに対してはシステム容量およびＱｏＳがほぼ等しく重要であると見なされる。

ＲＲＭは、トラフィックの状態に基づいてタイムスロットのそれぞれの指定について動的にパラメータを調整する。例えば、均衡型タイムスロットに対する通信パラメータは、トラフィックの輻輳、または無線リソースの不足の場合には、最初に最小のＱｏＳを提供するように調整される。輻輳が継続する場合には、大容量タイムスロットからの呼は切断される。それゆえに、高ＱｏＳタイムスロットは、トラフィックの輻輳によっては通常は悪影響を受けない。

システムはまた、ＲＴスロットまたはＮＲＴスロットとしてタイムスロットを指定することができる。ＲＴスロットは、音声アプリケーションに対してより適しているが、ＮＲＴスロットは、パケットデータアプリケーションに対してより適している。ＲＴスロットおよびＮＲＴスロットは、ＲＲＭに関しては別々に制御される。ＲＴとＮＲＴタイムスロットに対して、通信パラメータは別々に定義される。それゆえに、ＲＴとＮＲＴスロットには異なるＱｏＳレベルが提供される。

システムは、ＱｏＳ基準に基づいて最初に特定のタイムスロット指定にユーザを写像し、その後同一の基準に基づいて無線リソースを制御する。ユーザのＱｏＳ分類は、ネットワークに適用された総合的なＱｏＳポリシーに依る。ＱｏＳ分類は、ユーザの加入の状態、地理的情報、ユーザのアプリケーションの性質、ＱｏＳ要求などを含むことができる。例えば、商用ネットワークでは、高レベルの加入状態を有するユーザは、彼の通信のＱｏＳ要求の如何にかかわらず、高ＱｏＳタイムスロットに割り付けられ、他方、低レベルの加入状態を有するユーザが高いＱｏＳサービスを要求した場合には、均衡型タイムスロットに割り付けられる。

本発明の好適な実施形態では、ユーザは３つのクラスに分類される：すなわち、高いＱｏＳサービスの加入者、大容量サービスの加入者、および均衡型サービスの加入者である。この分類法は単に本発明の好適な実施形態を説明するためのものであり、任意の数または名称をも使用することができることを理解されたい。若干の例外はあるものの、高ＱｏＳタイムスロットは、高いＱｏＳサービスの加入者に割り付けられ、均衡型タイムスロットは、均衡型サービスの加入者に割り付けられ、大容量タイムスロットは、大容量サービスの加入者に割り付けられる。システム１００は、特定のユーザへの無線リソースの初期割当てをそのユーザの加入状態に基づいて制御する。

システム１００はまた、初期タイムスロット割り付けを決定するために運用および保守（ＯＡＭ：Operation And Maintenance）情報を使用することができる。運用者は、特定の無線アクセスベアラが、特定のスロットに送られるように指定することができる。例えば、すべての音声呼および高速データ呼（例えば、＞３８４キロビット／秒）は高ＱｏＳタイムスロットに送られるべきであり、すべての中速データ呼（例えば、１２４キロビット／秒〜３８４キロビット／秒）は均衡型タイムスロットに送られるべきであり、すべての低速データ呼（例えば、＜１２４キロビット／秒）は大容量タイムスロットに送られるべきである。

システム１００は、複数のタイムスロット指定の１つに特定の地理的領域を関連付けることができる。例えばシステム１００は、高ＱｏＳタイムスロットに空港または鉄道の駅を関連付けることができる。高ＱｏＳタイムスロットのみがこれらの領域との間の通信に使用可能となる。従って、これらの領域において高ＱｏＳサービスの加入者のみが無線リソースにアクセスすることができる。均衡型サービスの加入者または大容量サービスの加入者が、高ＱｏＳゾーンとして指定された領域において電話をすることを欲した場合には、彼らは電話する前に、高ＱｏＳサービス加入者として一時的に自身を格上げするための特別な許可を獲得せねばならない。

システム１００は、ユーザが使用するアプリケーションに基づいてタイムスロットを指定することができる。例えば、９１１呼び出しはＱｏＳの高いアプリケーションと考えることができる。したがって、９１１サービスを要求するいずれのユーザも、そのユーザが高ＱｏＳサービスの加入者でない場合でも、高ＱｏＳサービスの加入者として無線リソースにアクセスすることができる。

異なるタイムスロットには異なったＲＲＭアルゴリズムが適用される。ＲＲＭ機能は、トラフィックパターンに関する統計情報に基づいて、それぞれのタイムスロット指定に対して適切な数のタイムスロットを割り付ける。ＲＲＭ機能は、許可制御、輻輳制御、ハンドオーバ、ユーザリンク維持、およびＲＴまたはＮＲＴパケット交換アルゴリズムを使用することができる。

図２は、本発明に従って、無線リソースを管理し、および様々なトラフィック条件を監視する方法のステップを含む処理２００に関するフロー図である。ステップ２０５において、図１のシステム１００がＷＴＲＵ１０５のユーザから無線リソース要求を受け取る。無線リソース要求には、その要求に関連するＱｏＳ情報、ユーザの加入状態、その要求の発信場所、およびユーザが使用しているアプリケーションの情報が付随している。ステップ２１０において、基幹回線網１２０がユーザに関するＱｏＳ情報を生成する。ステップ２１５において、そのＱｏＳ情報を基幹回線網１２０から獲得する。ステップ２２０においてシステム１００は、ユーザのＱｏＳ情報に基づいて適切に指定されたタイムスロット（例えば、高ＱｏＳタイムスロット、均衡型タイムスロット、大容量タイムスロットなど）にそのユーザを写像する。上述したように、いくつかの例外はあるが、高ＱｏＳタイムスロットは高ＱｏＳサービスの加入者に割り付けられ、均衡型タイムスロットは均衡型サービスの加入者に割り付けられ、そして大容量タイムスロットは大容量サービスの加入者に割り付けられる。システム１００は、特定のユーザに対して、そのユーザの加入状態に基づいて無線リソースの初期割当てを制御する。

初期割当てが完了すると、システム１００はトラフィック状態を継続的に監視し、その後は、本発明による優先方式に従って無線リソースを制御する。システム１００が輻輳の出現、すなわち無線リソースの不足を検出する（ステップ２２５）と、システム１００は、それぞれのタイムスロット指定に割り付けられたタイムスロットの数を動的に調整する（ステップ２３０）。例えば、輻輳が高ＱｏＳタイムスロットで発生した場合には、システム１００は高ＱｏＳタイムスロットの使用可能な数を増加させて、大容量タイムスロットの使用可能な数を減少させ、必要な場合には、使用可能な大容量タイムスロットの枯渇した後に均衡型タイムスロットの使用可能な数を減少させる。これにより呼の終了、または大容量タイムスロットへの新しいアクセスを抑制することを必要とする場合がある。呼またはパケットを切断することは、最後の手段であると見なされる。輻輳が均衡型タイムスロットで発生した場合には、システム１００は均衡型タイムスロットの使用可能な数を増加させ、大容量タイムスロットの使用可能な数を減少させる。しかしながら、高ＱｏＳタイムスロットの数はこの状況では悪影響は受けない。

システム１００は、本発明の優先方式に従ってハンドオーバを制御することができる（ステップ２３５）。移動体ユニットは、複数のセルの間で移動することを許容される。移動体ユニットが２つのセルの間の境界を横切るときに、ハンドオーバ処理が起動される。対象のセルに十分なリソースがない場合には、ハンドオーバが達成されず、呼が切断されるかも知れない。そのような状況では、システム１００は、高ＱｏＳユーザの発呼を受け容れることができるように大容量タイムスロットを解放する。そして均衡型の要求は、システム１００を輻輳させないようにＱｏＳ要求を調整することにより受け容れられ、大容量要求は拒絶されるであろう（ステップ２４０）。

システム１００は、本発明の優先方式に従い、ＮＲＴパケットのスケジューリングに対する優先順位を設定することができる（ステップ２４５）。例えば、高ＱｏＳタイムスロットに割り付けられたユーザは、データパケットのスケジューリングに対して、最も少ない遅延およびジッタを提供され、均衡型タイムスロットに割り付けられたユーザは、データパケット分配に対して、中程度の遅延およびジッタを提供され、そして大容量タイムスロットに割り付けられたユーザは、データパケットの伝送に対して、最大の遅延およびジッタを提供されることとなる（ステップ２５０）。

システム１００は、それぞれのタイムスロット指定に対して異なったデータ信号速度を有するリンク状態を維持することができる（ステップ２５５）。例えば、高ＱｏＳタイムスロットには、保証されたビット速度に加えて予め定義されたマージンが与えられ、均衡型タイムスロットには、保証されたビット速度が与えられ、そして大容量タイムスロットでは、ビット速度については保証されず、実際の接続では規定された速度より低下する場合がある（ステップ２６０）。システム１００が特定のタイムスロット指定に対するデータ信号速度の低下を検出した場合には、システム１００は、本発明の優先方式に従ってその指定のタイムスロット数を変更することができる。

図３は、本発明に従って、タイムスロットカテゴリをソートし、および特定のタイムスロットカテゴリにユーザを関連付ける方法のステップを含む処理３００に関するフロー図である。無線リソースは、時分割型無線通信システム１００において無線リソースの複数のタイムスロットを複数の異なったカテゴリにソートすることにより管理される。それぞれのカテゴリは、異なるレベルのサービス品質（ＱｏＳ：Quality Of Service）に関連付けられる（ステップ３０５）。ユーザに関するＱｏＳ情報は、そのユーザから受け取られた無線リソース要求に対応して獲得される（ステップ３１０）。ユーザは次に、そのユーザのＱｏＳ情報に基づいてタイムスロットの特定のカテゴリに関連付けられる（ステップ３１５）。

本発明が好適な実施形態を参照して詳細に示され、および記述されたが、上で記述されたような本発明の範囲から逸脱することなく形式および詳細における様々な変更を行うことができることは当業者により理解されるであろう。

本発明にかかる時分割型通信システムのブロック図である。 本発明にかかる無線リソースを管理し、様々な条件を監視する方法のステップを含む処理に関するフロー図である。 本発明にかかるタイムスロットカテゴリをソートし、特定のタイムスロットカテゴリにユーザを関連付ける方法のステップを含む処理に関するフロー図である。

Claims (12)

1. 無線リソースを管理する方法であって、
   無線網制御装置（ＲＮＣ）または基地局に実装された無線リソース管理（ＲＲＭ）機能により、複数の異なるカテゴリによって通信が伝送されている無線リソースの複数のタイムスロットをソートすることであって、それぞれのカテゴリは、異なるレベルのサービス品質（ＱｏＳ：Quality Of Service）に関連付けられ、それぞれのタイムスロットは、ユーザのＱｏＳに基づく複数の指定のうちの１つが割り当てられることを備え、
   少なくとも１つの通信パラメータは、それぞれのタイムスロットの指定に対して別々に定義され、前記少なくとも１つの通信パラメータは、トラヒックの状態に基づいて、前記無線リソース管理（ＲＲＭ）機能により動的に調整されることを特徴とする方法。
2. 前記ユーザから受信した無線リソース要求に応答して、前記ユーザに関するＱｏＳ情報を獲得すること、および、
   前記ユーザを前記ユーザの前記ＱｏＳ情報に基づく特定のタイムスロットに関連付けることであって、前記ＱｏＳ情報は、複数のクラスの特定の１つに関連する情報を含み、それぞれのクラスは、前記クラスに関連付けられた前記タイムスロットの前記ＱｏＳの少なくとも一部に基づいた異なるレベルのＱｏＳを有し、より高いクラスに属するとして指定されたユーザは、より低いクラスのユーザより、ハンドオーバの間、より高い優先度を有すること
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記タイムスロットの指定は、高ＱｏＳタイムスロット、大容量タイムスロット、均衡型タイムスロット、リアルタイムタイムスロット、非リアルタイムタイムスロットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの通信パラメータは、最大遅延、信号対干渉の比、パケット誤り率、ビット誤り率の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 無線リソースを管理する無線網制御装置（ＲＮＣ）であって、
   複数の異なるカテゴリによって通信が伝送されている無線リソースの複数のタイムスロットをソートすることであって、それぞれのカテゴリは、異なるレベルのサービス品質（ＱｏＳ：Quality Of Service）に関連付けられ、それぞれのタイムスロットは、ユーザのＱｏＳに基づく複数の指定のうちの１つが割り当てられるように構成され、
   少なくとも１つの通信パラメータは、それぞれのタイムスロットの指定に対して別々に定義され、前記少なくとも１つの通信パラメータは、トラヒックの状態に基づいて、無線リソース管理（ＲＲＭ）機能により動的に調整されることを特徴とする無線網制御装置。
6. 前記ユーザから受信した無線リソース要求に応答して、前記ユーザに関するＱｏＳ情報を獲得し、および、
   前記ユーザを前記ユーザの前記ＱｏＳ情報に基づく特定のタイムスロットに関連付けることであって、前記ＱｏＳ情報は、複数のクラスの特定の１つに関連する情報を含み、それぞれのクラスは、前記クラスに関連付けられた前記タイムスロットの前記ＱｏＳの少なくとも一部に基づいた異なるレベルのＱｏＳを有し、より高いクラスに属するとして指定されたユーザは、より低いクラスのユーザより、ハンドオーバの間、より高い優先度を有するように
   さらに構成されていることを特徴とする請求項５に記載の無線網制御装置。
7. 前記タイムスロットの指定は、高ＱｏＳタイムスロット、大容量タイムスロット、均衡型タイムスロット、リアルタイムタイムスロット、非リアルタイムタイムスロットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の無線網制御装置。
8. 前記少なくとも１つの通信パラメータは、最大遅延、信号対干渉の比、パケット誤り率、ビット誤り率の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の無線網制御装置。
9. 無線リソースを管理する基地局であって、
   複数の異なるカテゴリによって通信が伝送されている無線リソースの複数のタイムスロットをソートすることであって、それぞれのカテゴリは、異なるレベルのサービス品質（ＱｏＳ：Quality Of Service）に関連付けられ、それぞれのタイムスロットは、ユーザのＱｏＳに基づく複数の指定のうちの１つが割り当てられるように構成され、
   少なくとも１つの通信パラメータは、それぞれのタイムスロットの指定に対して別々に定義され、前記少なくとも１つの通信パラメータは、トラヒックの状態に基づいて、無線リソース管理（ＲＲＭ）機能により動的に調整されることを特徴とする基地局。
10. 前記ユーザから受信した無線リソース要求に応答して、前記ユーザに関するＱｏＳ情報を獲得し、および、
    前記ユーザを前記ユーザの前記ＱｏＳ情報に基づく特定のタイムスロットに関連付けることであって、前記ＱｏＳ情報は、複数のクラスの特定の１つに関連する情報を含み、それぞれのクラスは、前記クラスに関連付けられた前記タイムスロットの前記ＱｏＳの少なくとも一部に基づいた異なるレベルのＱｏＳを有し、より高いクラスに属するとして指定されたユーザは、より低いクラスのユーザより、ハンドオーバの間、より高い優先度を有するように
    さらに構成されていることを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. 前記タイムスロットの指定は、高ＱｏＳタイムスロット、大容量タイムスロット、均衡型タイムスロット、リアルタイムタイムスロット、非リアルタイムタイムスロットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の基地局。
12. 前記少なくとも１つの通信パラメータは、最大遅延、信号対干渉の比、パケット誤り率、ビット誤り率の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の基地局。

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