移動通信システム、ユーザ端末及びプロセッサ

本出願は、直接的な端末間通信であるD2D通信をサポートする移動通信システム、ユーザ端末及びプロセッサに関する。

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)では、リリース12以降の新機能として、端末間(Device to Device:D2D)近傍サービスの導入が検討されている(非特許文献1参照)。

D2D近傍サービス(D2D ProSe)は、同期がとられた複数のユーザ端末からなる同期クラスタ内で直接的な端末間通信を可能とするサービスである。D2D近傍サービスは、近傍端末を発見するためのD2D発見手順(Discovery)と、直接的な端末間通信であるD2D通信(Communication)と、を含む。

D2D発見手順の方式には、UE100に固有に割り当てられない無線リソースがDiscovery信号の送信に使用される第1の発見方式(Type 1 discovery)と、UE100毎に固有に割り当てられる無線リソースがDiscovery信号の送信に使用される第2の発見方式(Type 2 discovery)とがある。

3GPP技術報告書 「TR 36.843 V12.0.1」 2014年3月27日

ここで、第1の発見リソース及び第2の発見リソースが配置される発見リソースプールは、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯域に設けられることが想定される。

しかしながら、現状では、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯域に、発見リソースプールをどのように配置するかについて決定されておらず、発見リソースプールを適切な配置が求められている。

そこで、本出願は、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯域に設けられる発見リソースプールを適切に配置可能とすることを目的とする。

一実施形態に係る移動通信システムでは、近傍端末を発見するためのD2D発見手順用の発見リソースが配置される発見リソースプールが、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯に設けられている。前記発見リソースプールは、ユーザ端末に固有に割り当てられない第1の発見リソースが配置される第1の発見リソースプールと、ユーザ端末毎に固有に割り当てられる第2の発見リソースが配置される第2の発見リソースプールと、を含む。前記第1の発見リソースプールと前記第2の発見リソースプールとは、前記上りセルラ通信の再送間隔よりも短い時間間隔で、時間方向において交互に配置される。

図1は、実施形態に係るLTEシステムの構成図である。

図2は、実施形態に係るUEのブロック図である。

図3は、実施形態に係るeNBのブロック図である。

図4は、実施形態に係るプロトコルスタック図である。

図5は、実施形態に係る無線フレームの構成図である。

図6は、実施形態に係る発見リソースプールを説明するための図である。

図7は、付記に係る発見リソースプール(その1)を説明するための図である。

図8は、付記に係る発見リソースプール(その2)を説明するための図である。

[実施形態の概要] 実施形態に係る移動通信システムでは、近傍端末を発見するためのD2D発見手順用の発見リソースが配置される発見リソースプールが、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯に設けられている。前記発見リソースプールは、ユーザ端末に固有に割り当てられない第1の発見リソースが配置される第1の発見リソースプールと、ユーザ端末毎に固有に割り当てられる第2の発見リソースが配置される第2の発見リソースプールと、を含む。前記第1の発見リソースプールと前記第2の発見リソースプールとは、前記上りセルラ通信の再送間隔よりも短い時間間隔で、時間方向において交互に配置される。

実施形態では、前記発見リソースプールと、上りリンクのセルラ通信用の無線リソース領域とが、時間方向において交互に配置される。

実施形態に係るユーザ端末は、近傍端末を発見するためのD2D発見手順用の発見リソースを用いて、D2D発見手順を行う制御部を備える。前記発見リソースが配置される発見リソースプールが、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯に設けられている。前記発見リソースプールは、ユーザ端末に固有に割り当てられない第1の発見リソースが配置される第1の発見リソースプールと、ユーザ端末毎に固有に割り当てられる第2の発見リソースが配置される第2の発見リソースプールと、を含む。前記第1の発見リソースプールと前記第2の発見リソースプールとは、前記上りセルラ通信の再送間隔よりも短い時間間隔で、時間方向において交互に配置される。

実施形態に係るプロセッサは、ユーザ端末に備えられる。当該プロセッサは、近傍端末を発見するためのD2D発見手順用の発見リソースを用いて、D2D発見手順を行う処理を実行する。前記発見リソースが配置される発見リソースプールが、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯に設けられている。前記発見リソースプールは、ユーザ端末に固有に割り当てられない第1の発見リソースが配置される第1の発見リソースプールと、ユーザ端末毎に固有に割り当てられる第2の発見リソースが配置される第2の発見リソースプールと、を含む。前記第1の発見リソースプールと前記第2の発見リソースプールとは、前記上りセルラ通信の再送間隔よりも短い時間間隔で、時間方向において交互に配置される。

[実施形態] 以下において、本出願の内容を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、接続先のセル(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。E−UTRAN10及びEPC20によりLTEシステムのネットワーク(LTEネットワーク)が構成される。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。S−GW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は記憶部に相当し、プロセッサ160は制御部に相当する。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、制御部を構成するプロセッサ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。なお、メモリ230をプロセッサ240と一体化し、このセット(すなわち、チップセット)を、制御部を構成するプロセッサ240’としてもよい。

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(Medium 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、及びハイブリッドARQ(HARQ)による再送処理などを行う。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)、UE100への割当リソースブロックを決定(スケジューリング)するスケジューラを含む。

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コネクティッド状態であり、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(DL)にはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、上りリンク(UL)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。1つのサブキャリア及び1つのシンボルによりリソースエレメントが構成される。UE100に割り当てられる無線リソースのうち、周波数リソースはリソースブロックにより構成され、時間リソースはサブフレーム(又はスロット)により構成される。

(D2D近傍サービス) 以下において、D2D近傍サービスについて説明する。実施形態に係るLTEシステムは、D2D近傍サービスをサポートする。D2D近傍サービスについては非特許文献1に記載されているが、ここではその概要を説明する。

D2D近傍サービス(D2D ProSe)は、同期がとられた複数のUE100からなる同期クラスタ内で直接的なUE間通信を可能とするサービスである。D2D近傍サービスは、近傍UEを発見するD2D発見手順(Discovery)と、直接的なUE間通信であるD2D通信(Communication)と、を含む。D2D通信は、Direct communicationとも称される。

同期クラスタを形成する全UE100がセルカバレッジ内に位置するシナリオを「カバレッジ内(In coverage)」という。同期クラスタを形成する全UE100がセルカバレッジ外に位置するシナリオを「カバレッジ外(Out of coverage)」という。同期クラスタのうち一部のUE100がセルカバレッジ内に位置し、残りのUE100がセルカバレッジ外に位置するシナリオを「部分的カバレッジ(Partial coverage)」という。

カバレッジ内では、例えばeNB200がD2D同期元となる。D2D非同期元は、D2D同期信号を送信せずにD2D同期元に同期する。D2D同期元であるeNB200は、D2D近傍サービスに使用可能な無線リソースを示すD2Dリソース情報を、ブロードキャスト信号により送信する。D2Dリソース情報は、例えば、D2D発見手順に使用可能な無線リソースを示す情報(Discoveryリソース情報)及びD2D通信に使用可能な無線リソースを示す情報(Communicationリソース情報)を含む。D2D非同期元であるUE100は、eNB200から受信するD2Dリソース情報に基づいて、D2D発見手順及びD2D通信を行う。

カバレッジ外又は部分的カバレッジでは、例えばUE100がD2D同期元となる。カバレッジ外では、D2D同期元であるUE100は、D2D近傍サービスに使用可能な無線リソースを示すD2Dリソース情報を、例えばD2D同期信号により送信する。D2D同期信号は、端末間同期を確立するD2D同期手順において送信される信号である。D2D同期信号は、D2DSS及び物理D2D同期チャネル(PD2DSCH)を含む。D2DSSは、時間・周波数の同期基準を提供する信号である。PD2DSCHは、D2DSSよりも多くの情報を運搬する物理チャネルである。PD2DSCHは、上述したD2Dリソース情報(Discoveryリソース情報、Communicationリソース情報)を運搬する。或いは、D2DSSにD2Dリソース情報を関連付けることにより、PD2DSCHを不要としてもよい。

D2D発見手順では、近傍端末を発見するための発見信号(以下、Discovery信号)が送信される。D2D発見手順の方式として、UE100に固有に割り当てられない無線リソースがDiscovery信号の送信に使用される第1の発見方式(Type 1 discovery)と、UE100毎に固有に割り当てられる無線リソースがDiscovery信号の送信に使用される第2の発見方式(Type 2 discovery)とがある。第2の発見方式では、Discovery信号の送信毎に個別に割り当てられた無線リソース、又は、半固定的(semi−persistently)に割り当てられた無線リソースが使用される。

(Discoveryリソースプール) 次に、D2D発見手順において用いられる無線リソースの候補が配置される発見リソースプール(Discoveryリソースプール)について、図6を用いて説明する。図6は、発見リソースプールを説明するための図である。

図6に示すように、Discoveryリソースプールは、上りリンクのセルラ通信(WAN UL)用の周波数帯に設けられる。

Discoveryリソースプールは、第1の発見方式に用いられる第1のDiscoveryリソースプールと、第2の発見方式に用いられる第2のDiscoveryリソースプールとを含む。

第1のDiscoveryリソースプールと第2のDiscoveryリソースプールとは、上りセルラ通信の再送間隔(例えば、8サブフレーム間隔)よりも短い時間間隔で、時間方向において交互に配置される。これにより、図6に示すように、第1のDiscoveryリソースプールと第2のDiscoveryリソースプールとが、時間方向において重複していない時分割多重化(TDM)されるであっても、第1のDiscoveryリソースプールと第2のDiscoveryリソースプールとの両方が、短時間で交互に利用可能である。このため、第1の発見方式を用いるUE100及び第2の発見方式を用いるUE100の一方が、D2D発見手順を、長時間行えないということを回避できる。

なお、第1のDiscoveryリソースプールと第2のDiscoveryリソースプールとが、時間方向において重複していないことによって、例えば、Discovery信号の送信と受信とが同時にできないという問題(いわゆる、Half−duplex問題)を回避できる。

本実施形態において、第1のDiscoveryリソースプール及び第2のDiscoveryリソースプールのそれぞれの時間方向における幅は、1サブフレームである。また、第1のDiscoveryリソースプール及び第2のDiscoveryリソースプールのそれぞれは、3サブフレーム毎に配置される。具体的には、第1のDiscoveryリソースプールは、サブフレーム番号が0、3、6、9、12などの位置に配置される。また、第2のDiscoveryリソースプールは、サブフレーム番号が、1、4、7、10、13などの位置に配置される。

本実施形態では、Discoveryリソースプールにおいて、第1のDiscoveryリソースプールが先に配置され、第2のDiscoveryリソースプールが後に配置されているが、逆であってもよい。例えば、セルによって、第1のDiscoveryリソースプールと第2のDiscoveryリソースプールの配置が異なってもよい。

また、少なくとも一定期間において、第1のDiscoveryリソースプールの時間方向における周期と、第2のDiscoveryリソースプールの時間方向における周期とが異なっていてもよい。

上りセルラ通信用の無線リソースの候補が配置される上りセルラリソース領域の時間方向における幅は、1サブフレームである。また、上りセルラリソース領域は、3サブフレーム毎に配置される。具体的には、上りセルラリソース領域は、サブフレーム番号が2、5、8、11、14などの位置に配置される。従って、上りセルラリソース領域とDiscoveryリソースプール(具体的には、第1のDiscoveryリソースプール及び第2のDiscoveryリソースプール)とが、時間方向において交互に配置される。これにより、UE100が、上りセルラ通信及びD2D発見手順のいずれかを長時間行えないということを回避できる。

なお、図6に示すように、上りセルラリソース領域の時間方向における幅が、1サブフレームを超えた上りセルラリソース領域が存在していてもよい。

[その他の実施形態] 上述した実施形態では、移動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出願の内容を適用してもよい。

なお、米国仮出願第61/991030号(2014年5月9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。

[付記] (1)導入 D2D発見及びWLANの共存について検討される。この付記において、D2D発見及びWLANの多重化について検討する。

(2)D2D発見のためのリソース割り当て この章では、D2D発見リソースプールの割り当てについて検討する。D2D発見リソースプールおよびWAN ULの多重化は、例えば、ハーフデュプレックス問題(half−duplex constraint)、インバンドエミッション(in−band emission)が原因の影響、ULのスループット影響、及び、UL遅延影響などのいくつかの問題がある。図7に示すように、第1の発見方式(Type 1 discovery)、第2の発見方式(Type 2 discovery)及びWAN ULは、ハーフデュプレックス問題及びインバンドエミッションが原因の影響のために、TDM方法で多重化すべきである。

・提案1:第1の発見方式、第2の発見方式及びWAN ULは、TDM化されるべきである。

しかしながら、第1及び第2の発見方式の連続的な割り当ては、UL WAN遅延に影響を与える可能性がある。この考えが共有される場合、WLAN ULリソースが、図8に示すように、第1及び第2の発見方式の領域の間に挿入されるべきである。D2D発見リソースの制限が指定されるべきであり、WAN UL割り当てをeNBの実装にすべきである。

・提案2:D2D発見リソースプールの時間連続的な割り当てがサポートされるべきではない。

・提案3:WAN UL割り当て制限は仕様に導入されるべきではない。

さらなる改善のために、第1及び第2の発見方式のための時間ダイバーシチの導入を考慮できる。図6は、時間ダイバーシチゲインを考慮した、第1の発見方式、第2の発見方式及びWAN ULの多重化の一例である。

以上のように、本実施形態に係る移動通信システム、ユーザ端末及びプロセッサによれば、上りリンクのセルラ通信用の周波数帯域に設けられる発見リソースプールを適切に配置できるため、移動通信分野において有用である。