JP7209332B2 - 無線通信システム、基地局および無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、基地局および無線通信方法 Download PDF

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Description

本開示は、高周波数帯を用いた無線通信を行う無線通信システム、基地局および無線通信方法に関する。
５Ｇ（第５世代移動通信方式）に準拠する無線通信では、次の３つの特長を満たすことが要件であると指摘されている。第１の特長は、高速大容量を示す「ｅＭＢＢ」（enhanced Mobile Broadband）であり、通信端末の通信速度がより高速になることを意図している。通信速度が高速になれば、４Ｇ（第４世代移動通信方式）より高精細な４Ｋあるいは８Ｋの映像のストリーミング送信が可能となり、ユーザの利便性が向上することが期待される。
第２の特長は、超大量端末を示す「ｍＭＴＣ」（massive Machine Type Communication）であり、システム容量（つまり、セル内の同時端末収容能力）がより高くなることを意図している。システム容量がより高くなれば、スマートフォンあるいはＰＣ（Personal Computer）だけでなく多数のＩｏＴ（Internet of Things）機器がネットワーク網に接続して通信できる。
第３の特長は、超高信頼低遅延を示す「ＵＲＬＬＣ」（Ultra-Reliable and Low Latency Communication）であり、通信の品質が高信頼であってかつ通信が低遅延になることを意図している。「ＵＲＬＬＣ」が実現するようになれば、例えば自動運転あるいは遠隔オペレーション等のリアルタイム性が要求される処理が安心して実行できる。
例えば非特許文献１では、上述した第２の特長である「ｍＭＴＣ」（言い換えると、同時接続端末数）を向上するため、制御情報を不要とする制御チャネルの設計の方法としてＧＦＡ（Grant Free Access）が重要であることが指摘されている。ＧＦＡは、例えば端末が基地局に対してデータ送信する際に、基地局への事前許可を不要とするチャネルアクセス方式である。なお、非特許文献２では、ＧＦＡと異なり、端末が基地局に対してデータ送信する際に、基地局への事前許可を必要とするチャネルアクセス方式（つまり、ランダムアクセス方式）が記載されている。
Anass Benjebbour, et. al. of 5G Laboratory, Research Laboratories, ‘5G Radio Access Technology’, NTT DOCOMO Technical Journal, April, 2016 Naoto Okubo, et. al. of Radio Access Network Development Department, ‘Overview of LTE Radio Interface and Radio Network Architecture for High Speed, High Capacity and Low Latency’, NTT DOCOMO Technical Journal, June, 2011
上述した従来技術では、上述した第３の特長である「ＵＲＬＬＣ」を満足できるための具体的な技術仕様が示唆されておらず、現実的に存在していない。通信端末において送信すべきデータが用意できた時点で即時に上り回線通信を行うためには、上述したＧＦＡは有効であると考えられる。しかし、ＧＦＡでは送信待ち時間に起因する遅延時間は最小化できるものの、複数の通信端末が同一の基地局に対してＧＦＡを行った場合には、基地局の受信時に複数の通信端末から送信されたデータの衝突が発生し得る。このため、それぞれの通信端末におけるデータ送信が通信エラーとなる確率が増す。このような通信エラーを回避するためには、自動再送を示すＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）あるいはデータ連送（つまり、同じデータを複数回タイミングをずらして送信すること）等の技術が必要となるが、これらの技術を採用するとなるとデータ送信時の遅延時間の増大が免れない。このように、従来技術では高信頼と低遅延とを両立する通信の実現が困難であるという課題があった。
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、高周波数帯を用いた無線通信において、高信頼と低遅延とを両立してリアルタイム性が要求される高速な無線通信の実現を支援する無線通信システム、基地局および無線通信方法を提供することを目的とする。
本開示は、基地局を含む無線通信システムであって、前記基地局は、自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持し、新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信すると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当て、前記通信端末は、前記割り当てられた上り回線無線資源を用いて、前記基地局に対してデータ送信を行い、前記基地局は、前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、無線通信システムを提供する。
また、本開示は、無線通信システムを構成する基地局であって、自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持するメモリと、新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信する通信部と、前記参画通知が受信されると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当てる無線リソース管理部と、を備え、前記通信部は、前記割り当てられた上り回線無線資源を用いたデータ送信の指示を前記通信端末に送信し、前記無線リソース管理部は、前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、基地局を提供する。
また、本開示は、基地局を含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局は、自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持し、新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信すると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当て、前記通信端末は、前記割り当てられた上り回線無線資源を用いて、前記基地局に対してデータ送信を行い、前記基地局は、前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、無線通信方法を提供する。
本開示によれば、高周波数帯を用いた無線通信において、高信頼と低遅延とを両立でき、リアルタイム性が要求される高速な無線通信の実現を支援できる。
実施の形態１に係る無線通信システムが配置される工場内のレイアウト例を示す模式図 実施の形態１に係る通信端末および基地局の内部構成例を示すブロック図 通信端末の基地局に対するデータ通信がＴＤＤに従って送信と受信とで交互に切り替わる例を示す図 通信端末の基地局に対するデータ通信がＵＬ専用チャネルにより実行される例を示す図 無線通信方式においてスロットタイミングに制約が無い場合の送信タイミング例を示す図 無線通信方式においてスロットタイミングに制約がある場合の送信タイミング例を示す図 実施の形態１に係る通信端末および基地局のデータ通信に係る動作手順例を時系列に示すシーケンス図 実施の形態１の変形例に係る通信端末および基地局のデータ通信に係る動作手順例を時系列に示すシーケンス図
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る無線通信システム、基地局および無線通信方法の構成および作用を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線通信システム１００が配置される工場内ＷＬ１のレイアウト例を示す模式図である。実施の形態１では、無線通信システム１００は工場内ＷＬ１等の物理的に狭域な通信エリア内に配置されるとして説明するが、前述した通信エリア内に配置されるのであれば工場内ＷＬ１に限定されない。なお、通信エリアは、一定数の基地局が置局可能な空間容積を有する場所（例えば、工場、交差点、工事現場、野球場あるいはサッカー場等のスタジアム、国際会議場等の大会議室）であればよい。
無線通信システム１００は、複数の通信端末ＵＥ１，ＵＥ２，ＵＥ３，ＵＥ４，ＵＥ５，ＵＥ６と、基地局ＢＳ１とを含む構成である。なお、図１には合計６台の通信端末ＵＥ１～ＵＥ６が図示されているが、基地局ＢＳ１との間で無線通信が可能に接続される通信端末の台数は６台に限定されない。更に、図１には計１台の基地局ＢＳ１のみが図示されているが、無線通信システム１００を構成する基地局の台数は１台に限定されない。
以下の実施の形態では、複数の通信端末ＵＥ１～ＵＥ５のそれぞれ（既接続通信端末の一例）は基地局ＢＳ１との間で無線通信が可能に既に接続されており、通信端末ＵＥ６が新たに無線通信システム１００に参画する時のユースケースを例示して説明する。通信端末ＵＥ６が無線通信システム１００に参画するとは、通信端末ＵＥ６に関する情報が管理者端末（図示略）等の入力操作によって基地局ＢＳ１に対して入力され、基地局ＢＳ１との間でデータ通信等の無線通信が可能となるように新たに無線接続されることを示す。
また、以下の実施の形態では、無線通信システム１００において５Ｇ（第５世代移動通信方式）の３大特長の一つである「ＵＲＬＬＣ」（高信頼かつ低遅延を両立する通信）を実現するための一例として、それぞれの通信端末から基地局ＢＳ１に対して上り回線（ＵＬ：UpLink）を用いてデータ送信（データ通信の一例）する動作手順例を説明する。
無線通信システム１００は、通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれと基地局ＢＳ１とが同一の無線規格方式に準拠した無線通信をそれぞれ実行可能なネットワークを構成する。通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは、基地局ＢＳ１から指定された上り回線無線資源（例えば、後述するリソースブロック（ＲＢ：Resource Block））が事前割当されると、基地局ＢＳ１へのデータ送信に関する事前の許可を取得すること無く、基地局ＢＳ１との間で無線通信を開始する。言い換えると、実施の形態１では、通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは、基地局ＢＳ１から上り回線無線資源が事前に（つまり、ＵＬ送信ユーザデータの送信前に）割り当てられると、その上り回線無線資源を用いて、基地局ＢＳ１との間でＧＦＡ（Grant Free Access）によるデータ通信を行うことが可能である。
ここで、リソースブロックとは、通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれと基地局ＢＳ１との間の無線通信において使用される無線資源であり、具体的には、無線通信に使用される無線周波数（例えばサブキャリア周波数）の周波数軸および時間軸（例えばタイムスロット）で分割された割り当て可能な最小単位の無線資源である。リソースブロックの具体例については後述する。
なお、上述したように、実施の形態１では通信端末から基地局ＢＳ１への上り回線を介した通信例を説明するので、上述したリソースブロックは「上り回線リソースブロック」を意味する。なお、実施の形態１では詳細は言及しないが、基地局ＢＳ１から通信端末ＵＥ１～ＵＥ６への下り回線を介した通信におけるリソースブロックは上り回線リソースブロックと同一でもよいし異なってもよい。
通信端末ＵＥ１～ＵＥ６および基地局ＢＳ１は、それぞれが採用可能な無線アクセス技術（例えば、無線通信規格および無線周波数）に準拠してよい。但し、本開示に係る無線通信システムの特徴およびその特徴に基づく効果が大きく発揮されるのは、それぞれの通信端末ＵＥ１～ＵＥ６から基地局ＢＳ１に対して同時にＵＬ送信ユーザデータ（後述参照）が送信されるとデータの衝突（干渉）が発生し得る場合の例として、通信端末ＵＥ１～ＵＥ６および基地局ＢＳ１が同一の周波数帯域を使用する無線通信方式の場合である。このため、以下の実施の形態１では、無線通信システム１００の無線通信に用いられる無線規格方式として、高周波数帯（例えば、５Ｇ（第５世代移動通信方式）での使用が検討されている２８ＧＨｚ帯）を例示して説明する。
例えば、基地局ＢＳ１のセル半径は１０ｍ～５０ｍであり、ＬＴＥ（Long Term Evolution）あるいはＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄにおいて提供されるマクロセルのセル半径に比べて比較的小さい。基地局ＢＳ１が採用可能な無線アクセス技術は、多様であってよく、複数種類存在してよい。基地局ＢＳ１の通信可能範囲は、例えば基地局ＢＳ１の位置とセル半径に応じて定まってよい。
また、無線通信システム１００により構成されるネットワークは、Ｃ／Ｕ分離型のネットワークでなくてもよいし、Ｃ／Ｕ分離型のネットワークであってもよい。実施の形態１では、Ｃ／Ｕ分離型ではないネットワークを例示する。つまり、無線通信システム１００では、制御データの通信とユーザデータの通信とが同じ基地局により実施される。
基地局ＢＳ１は、上述した２８ＧＨｚ帯に基づく高速なスループットを提供可能なスモールセル基地局である（図１参照）。通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは、基地局ＢＳ１との間において、制御データを通信し、ユーザデータを通信する。制御データは、Ｃ（Control）－ｐｌａｎｅに係るデータを含む。ユーザデータは、Ｕ（User）－ｐｌａｎｅに係るデータを含む。ユーザデータは、例えば画像データ（例えば動画、静止画）、音声データ、センシングデータ（例えば、温度情報、圧力情報）を含み、高信頼かつ低遅延のデータ通信が強く望まれるデータを含み得る。高信頼かつ低遅延のデータ通信（ＵＲＬＬＣ）が望まれるデータの具体例には、例えば、工場において各工程の進捗状況あるいは異常有無の情報がわかる静止画、自動運転車両に搭載されたカメラが撮影する運転地点周辺の動画像、自動翻訳を施すべき音声データ、工場内の各種機器を自動制御するための各種センシングデータなどが考えられる。
Ｃ－ｐｌａｎｅは、無線通信における呼接続および無線資源割当の制御データを通信するための通信プロトコルである。Ｕ－ｐｌａｎｅは、通信端末と基地局との間で、割り当てられた無線資源を使用して実際に通信（例えば映像通信、音声通信、データ通信）するための通信プロトコルである。
図２は、実施の形態１に係る通信端末１０および基地局２０の内部構成例を詳細に示すブロック図である。図１に示す通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは通信端末１０と同一の構成を有し、図１に示す基地局ＢＳ１は基地局２０と同一の構成を有する。
通信端末１０は、プロセッサＰＲＣ１と、メモリＭ１と、送信アンテナＡｔ１が接続されたＵＬ送信無線部２と、受信アンテナＡｒ１が接続されたＤＬ受信無線部３とを含む構成である。通信端末１０は、例えば工場内ＷＬ１において基地局２０との間で無線通信が可能に接続され、具体的には、ユーザにより携帯されるスマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、または据置型のセンサあるいは監視カメラ等のＩｏＴ（Interest of Things）機器等である。
プロセッサＰＲＣ１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。具体的には、プロセッサＰＲＣ１は、ＵＬ（Up Link）送信ベースバンド信号処理部１と、ＤＬ（Down Link）受信ベースバンド信号処理部４と、ＵＬ無線リソース管理部５とを有する。言い換えると、ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１と、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４と、ＵＬ無線リソース管理部５とは、プロセッサＰＲＣ１がメモリＭ１と協働することで機能的な構成として実現可能である。
ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１は、通信端末１０において実行されるアプリケーション等のＵＬ送信ユーザデータ生成部（図示略）からＵＬ送信ユーザデータを入力する。ＵＬ送信ユーザデータは、例えば撮影された撮像画像データあるいは音楽データ等のユーザデータでもよいし制御データでもよく、ヘッダ領域に送信元（つまり、通信端末１０）の識別情報が格納されている。ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１は、ＵＬ無線リソース管理部５からの制御信号に従い、そのＵＬ送信ユーザデータに対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してベースバンド帯域の送信信号を生成する。このベースバンド処理は、例えば、符号化処理、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤＡ（Digital Analog）変換、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）に従った送信データの変調処理を含む。ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１は、ベースバンド処理後の送信信号をＵＬ送信無線部２に出力する。
ＵＬ送信無線部２は、ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１からの送信信号を入力する。ＵＬ送信無線部２は、ＵＬ無線リソース管理部５からの上り回線無線資源（例えば、上り回線リソースブロック）の指定信号に従い、ＵＬ送信ベースバンド信号処理部１からの送信信号を、上述した５Ｇ（第５世代移動通信方式）での使用が検討されている高周波数帯（例えば２８ＧＨｚ帯）の送信ＲＦ（Radio Frequency）信号に変換する。また、ＵＬ送信無線部２は、送信ＲＦ信号に対し、無線通信規格に対応した送信電力の最大レベルを超えない所定レベルまで送信電力の増幅処理を施す。ＵＬ送信無線部２は、増幅処理が施された送信ＲＦ信号を送信アンテナＡｔ１から送信する。
ＤＬ受信無線部３は、受信アンテナＡｒ１により受信された受信ＲＦ（Radio Frequency）信号（例えば、基地局２０から送信された送信ＲＦ信号）を入力する。ＤＬ受信無線部３は、入力された受信ＲＦ信号の受信電力の増幅処理を施し、更に、その受信ＲＦ信号をベースバンド帯域の受信信号に変換する。ＤＬ受信無線部３は、ベースバンド帯域の受信信号をＤＬ受信ベースバンド信号処理部４に出力する。
ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、ＤＬ受信無線部３からの受信信号を入力する。ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、入力されたベースバンド帯域の受信信号に対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してＤＬ受信ユーザデータを生成する。このベースバンド処理は、例えば、復号処理、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ（Analog Digital）変換、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）に従った受信信号の復調処理を含む。ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、ベースバンド処理後のＤＬ受信ユーザデータを出力する。
また、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、入力された受信信号のベースバンド処理結果に基づいて、基地局２０により通信端末１０の通信用に上り回線無線資源を新たに割り当てた旨の指示情報（以下「ＲＢ事前割当情報」）を取得する。更に、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、入力された受信信号のベースバンド処理結果に基づいて、基地局２０により通信端末１０の通信用に既に割り当てられた上り回線リソースブロックを解放するための指示情報（以下「ＲＢ解放情報」）を取得する。ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４は、ＲＢ事前情報あるいはＲＢ解放情報を取得した場合、ＲＢ事前情報あるいはＲＢ解放情報をＵＬ無線リソース管理部５に出力する。
ＵＬ無線リソース管理部５は、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４からの入力に基づいて、現在の通信端末１０の上り回線に関する無線資源の管理情報（上り回線無線資源に関する情報の一例）を管理する。例えば、ＵＬ無線リソース管理部５は、上り回線に関する無線資源の管理情報を規定した上り回線無線資源テーブル（図示略）を自ら保持、またはメモリＭ１に保持する。言い換えると、ＵＬ無線リソース管理部５は、通信端末１０からの上り回線を介した無線通信において、基地局２０により現在どの無線資源（つまり上り回線リソースブロック）を割り当てられているか、あるいは現在どの無線資源を割り当てられていないかを管理する。
例えば、ＵＬ無線リソース管理部５は、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４からＲＢ事前割当情報を入力すると、上述した上り回線無線資源テーブルを更新することで、最新の上り回線無線資源テーブルの内容を管理できる。ＵＬ無線リソース管理部５は、ＲＢ事前割当情報において指定されている、割り当て済みの上り回線リソースブロックを指定するための指定信号を生成してＵＬ送信無線部２に出力する。
例えば、ＵＬ無線リソース管理部５は、ＤＬ受信ベースバンド信号処理部４からＲＢ解放情報を入力すると、上述した上り回線無線資源テーブルを更新することで、最新の上り回線無線資源テーブルの内容を管理できる。ＵＬ無線リソース管理部５は、ＲＢ解放情報において指定されている、解放済みの上り回線リソースブロックの指定を解放するための指定信号を生成してＵＬ送信無線部２に出力する。
メモリＭ１は、例えば通信端末１０の処理時に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、通信端末１０の動作を規定したプログラムおよびデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）とを有する。ＲＡＭには、通信端末１０の各部により生成あるいは取得されたデータもしくは情報が一時的に保存される。ＲＯＭには、通信端末１０の動作（例えば、通信端末１０により実行されるステップ（処理））を規定するプログラムが書き込まれている。
基地局２０は、プロセッサＰＲＣ２と、メモリＭ２と、受信アンテナＡｒ２が接続されたＵＬ受信無線部２２と、送信アンテナＡｔ２が接続されたＤＬ送信無線部２４とを含む構成である。基地局２０は、例えば工場内ＷＬ１において通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれとの間で無線通信可能な基地局である。
プロセッサＰＲＣ２は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰあるいはＦＰＧＡを用いて構成される。具体的には、プロセッサＰＲＣ２は、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１と、ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３と、ＵＬ無線リソース管理部２５と、ＵＬデータ送信回数計測部２６と、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７とを有する。言い換えると、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１と、ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３と、ＵＬ無線リソース管理部２５と、ＵＬデータ送信回数計測部２６と、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７とは、プロセッサＰＲＣ２がメモリＭ２と協働することで機能的な構成として実現可能である。
ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１は、ＵＬ受信無線部２２からのベースバンド帯域の受信信号（後述参照）に対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してＵＬ受信ユーザデータを生成する。このベースバンド処理は、例えば、復号処理、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換、ＭＣＳに従った受信信号の復調処理を含む。ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１は、ベースバンド処理後のＵＬ受信ユーザデータを出力する。
また、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１は、入力された受信信号のベースバンド処理結果に基づいて、通信端末１０の無線通信システム１００への新たな参画を示す参画通知を取得する。ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１は、この参画通知を取得した場合には、参画通知をＵＬ無線リソース管理部２５およびＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７にそれぞれ出力する。
また、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１は、入力された受信信号のベースバンド処理結果に基づいて、通信端末１０から基地局２０に対してＵＬ送信ユーザデータが送信された旨の情報をＵＬデータ送信回数計測部２６に出力する。ＵＬデータ送信回数計測部２６に入力される情報には、通信端末１０から基地局２０に対してＵＬ送信ユーザデータが送信された旨の情報と、通信端末１０の識別情報とが少なくとも含まれる。
通信部の一例としてのＵＬ受信無線部２２は、受信アンテナＡｒ２により受信された受信ＲＦ信号（例えば、通信端末１０から送信された送信ＲＦ信号）を入力する。ＵＬ受信無線部２２は、入力された受信ＲＦ信号の受信電力の増幅処理を施し、更に、ＵＬ無線リソース管理部２５からの上り回線無線資源（例えば、通信端末の識別情報と上り回線無線資源）の指定信号に従い、その受信ＲＦ信号をベースバンド帯域の受信信号に変換する。ＵＬ受信無線部２２は、ベースバンド帯域の受信信号をＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１に出力する。
ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３は、基地局２０から通信端末１０に対して送信されるＤＬ送信ユーザデータを入力する。ＤＬ送信ユーザデータは、例えば撮影された撮像画像データあるいは音楽データ等のユーザデータでもよいし制御データでもよく、ヘッダ領域に送信元（つまり、基地局２０）の識別情報が格納されている。ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３は、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７からの制御信号に従い、そのＤＬ送信ユーザデータあるいはＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７からの制御信号の内容に対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してベースバンド帯域の送信信号を生成する。このベースバンド処理は、例えば、符号化処理、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤＡ（Digital Analog）変換、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）に従った送信データの変調処理を含む。ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３は、ベースバンド処理後の送信信号をＤＬ送信無線部２４に出力する。
ＤＬ送信無線部２４は、ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３からの送信信号を入力する。ＤＬ送信無線部２４は、ＤＬ無線リソース管理部２８からの下り回線無線資源（例えば、下り回線リソースブロック）の指定信号に従い、ＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３からの送信信号を、上述した５Ｇ（第５世代移動通信方式）での使用が検討されている高周波数帯（例えば２８ＧＨｚ帯）の送信ＲＦ（Radio Frequency）信号に変換する。また、ＤＬ送信無線部２４は、送信ＲＦ信号に対し、無線通信規格に対応した送信電力の最大レベルを超えない所定レベルまで送信電力の増幅処理を施す。ＤＬ送信無線部２４は、増幅処理が施された送信ＲＦ信号を送信アンテナＡｔ２から送信する。
ＵＬ無線リソース管理部２５は、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１からの入力に基づいて、現在の基地局２０に接続中の通信端末ごとに割り当てた上り回線に関する無線資源の管理情報（上り回線無線資源に関する情報の一例）を管理する。ＵＬ無線リソース管理部２５は、通信端末１０に割り当て済みの上り回線リソースブロックを指定するための指定信号（上述参照）を生成してＵＬ受信無線部２２に出力する。
また、ＵＬ無線リソース管理部２５は、通信端末１０の無線通信システム１００への新たな参画を示す参画通知を取得すると、その対象となる通信端末１０に新たに割り当てるための上り回線無線資源を検索して抽出する。ＵＬ無線リソース管理部２５は、その抽出された上り資源無線資源を、参画通知の対象となる通信端末１０に割り当てるとともに、上り回線に関する無線資源の管理情報を更新することで、最新の無線資源の管理情報の内容を適正に管理できる。更に、ＵＬ無線リソース管理部２５は、上り回線に関する無線資源を割り当てた旨の指示を、対象となる通信端末１０の識別情報と上り回線無線資源（上り回線リソースブロック）の情報と含めてＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７に出力する。
また、ＵＬ無線リソース管理部２５は、ＵＬデータ送信回数計測部２６からの出力を入力し、この出力に基づいて、上り回線リソースブロックが既に割り当てられた通信端末１０からのデータ送信の頻度情報が上り回線リソースブロックの解放成立条件を満たすか否かを認識する。ＵＬ無線リソース管理部２５は、上り回線リソースブロックの解放成立条件を満たすと認識した場合には、その上り回線リソースブロックの解放指示をＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７に出力する。
また、ＵＬ無線リソース管理部２５は、ＵＬデータ送信回数計測部２６からの計測結果を入力し、この計測結果に基づいて、上り回線リソースブロックが既に解放された通信端末１０からのデータ送信の頻度情報が上り回線リソースブロックの事前割当成立条件を満たすか否かを認識する。ＵＬ無線リソース管理部２５は、上り回線リソースブロックの事前割当成立条件を満たすと認識した場合には、その上り回線リソースブロックの事前割当指示をＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７に出力する。
ここで、事前割当成立条件を満たした通信端末１０が改めて上り回線リソースブロックが割り当てられる際、以前に解放された上り回線リソースブロックと同一でも良いし、異なる上り回線リソースブロックでもよい。これは、改めて通信端末１０に上り回線リソースブロックが割り当てられるタイミングにおいて、以前に割り当てられた上り回線リソースブロックの空きが保証されないためである。
ＵＬデータ送信回数計測部２６は、通信端末１０から基地局２０に対してＵＬ送信ユーザデータが送信される度に、その送信があった旨の情報をＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１から取得する。ＵＬデータ送信回数計測部２６は、ＵＬ受信ベースバンド信号処理部２１からの情報に基づいて、どの識別情報を有する通信端末１０がどのような頻度でデータ送信を行っているかを計測し、計測結果をＵＬ無線リソース管理部２５に出力する。
ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７は、ＵＬ無線リソース管理部２５からの指示に従い、対象となる通信端末１０に対して上り回線リソースブロックを事前割当するための制御信号を生成してＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３に出力する。
具体的には、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７は、上り回線リソースブロックが通信端末１０に対して新たに割り当てられた旨の情報をＵＬ無線リソース管理部２５から取得した場合、上り回線リソースブロックを割り当てた旨の情報と対象となる通信端末１０の識別情報および上り回線リソースブロックの情報とを含む制御信号を生成してＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３に出力する。
また、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７は、上り回線リソースブロックの解放指示をＵＬ無線リソース管理部２５から取得した場合、上り回線リソースブロックを解放した旨の情報と対象となる通信端末１０の識別情報および上り回線リソースブロックの情報とを含む制御信号を生成してＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３に出力する。
また、ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部２７は、上り回線リソースブロックの事前割当指示をＵＬ無線リソース管理部２５から取得した場合、上り回線リソースブロックを事前割当した旨の情報と対象となる通信端末１０の識別情報および上り回線リソースブロックの情報とを含む制御信号を生成してＤＬ送信ベースバンド信号処理部２３に出力する。
ＤＬ無線リソース管理部２８は、現在の基地局２０に接続中の通信端末ごとに割り当てた下り回線に関する無線資源の管理情報（下り回線無線資源に関する情報の一例）を管理する。ＤＬ無線リソース管理部２８は、通信端末１０との間の下り回線における通信に用いる下り回線リソースブロックを指定するための指定信号（上述参照）を生成してＤＬ送信無線部２４に出力する。
メモリＭ２は、例えば基地局２０の処理時に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭと、基地局２０の動作を規定したプログラムおよびデータを格納するＲＯＭとを有する。ＲＡＭには、基地局２０の各部により生成あるいは取得されたデータもしくは情報が一時的に保存される。ＲＯＭには、基地局２０の動作（例えば、基地局２０により実行されるステップ（処理）））を規定するプログラムが書き込まれている。
次に、図３および図４を参照して、実施の形態１に係る無線通信システム１００に適用され得るシステム設計の具体例を考察して説明する。図３は、通信端末の基地局に対するデータ通信がＴＤＤに従って送信と受信とで交互に切り替わる例を示す図である。図４は、通信端末の基地局に対するデータ通信がＵＬ専用チャネルにより実行される例を示す図である。
実施の形態１に係る無線通信システム１００では、基地局２０とそれぞれの通信端末１０が使用する高周波数帯が５Ｇ（第５世代移動通信方式）であることを想定している。この場合、例えば無線帯域幅（ＢＷ：Band Width）を１００［ＭＨｚ］、サブキャリア間隔（ＳＣＳ：Sub Carrier Separation）を３０［ｋＨｚ］とすることができる。従って、サブキャリアの本数は、周波数の余剰分を確保することを考慮したとしても、約３０００本を確立できると考えられる。なお、ＬＴＥではサブキャリア間隔は１５［ｋＨｚ］である。
１つのリソースブロックが１２サブキャリアにより構成されると定義すると、図３および図４にそれぞれ示すように、３０００÷１２＝２５０個のリソースブロックが存在する（ＲＢ１～ＲＢ２５０参照）。１つのリソースブロックを用いた無線通信では、例えば４００ｋＨｚ程度の周波数帯を利用可能である。
１つのリソースブロックを「１２サブキャリア×１ＴＴＩ（Transmission Time Interval、つまり１４シンボル分の時間長）」とすると、サブキャリア間隔（ＳＣＳ）が３０［ｋＨｚ］であればＴＴＩ＝０．５［ｍｓｅｃ］となる。１２サブキャリア×１ＴＴＩは、１６８シンボル分／０．５［ｍｓｅｃ］となるので、例えばＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）を使用せず、変調方式がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）を使用し、誤り訂正係数＝１／２であると、３３６［ｋｂｐｓ］のスループットが得られることになる。
そこで、実施の形態１においてＵＲＬＬＣを実現する無線通信を行う通信端末１０に、１つのリソースブロック（１２サブキャリア）を固定的に割り当てることを考慮すると、リソースブロック数が２５０個であるため、合計２５０台の通信端末１０が、無線帯域幅１００［ＭＨｚ］の基地局２０において収容可能となる。
更に、３３６［ｋｂｐｓ］のスループットが得られるため、通信端末１０は、１ＴＴＩ（つまり、０．５［ｍｓｅｃ］）あたりに１６８［ｋｂｉｔｓ］＝２１［ｋｂｙｔｅ］のデータ送信を基地局２０に対して行うことができる。２１［ｂｙｔｅ］あるいはその数倍程度あれば温度情報などのセンシングデータを伝達することができるので、数ＴＴＩ時間でそのようなセンシングデータを即刻に転送完了することができる。また、１秒あたりでは３３６［ｋｂｉｔｓ］＝２１［ｋｂｙｔｅ］のデータ送信を基地局２０に対して行うことができる。このデータ送信速度であれば、例えばデジタルカメラあるいはスマートフォンにより撮像された撮像画像データが圧縮された画像データが４０～１００［ｋｂｙｔｅ］程度であることを考慮すると、通信端末１０は、ＵＬ送信ユーザデータとして、数秒毎に１枚程度の画像データを送信する程の高速なデータ送信が実現可能となる。
また、１つの基地局２０がカバーするセル半径を９［ｍ］とすると、セル半径は９×９×π＝２５０［ｍ２］である。従って、実施の形態１に係る無線通信システム１００によれば、通信端末２５０台／２５０［ｍ２］＝１通信端末／１［ｍ２］とする５Ｇ（第５世代移動通信方式）の要求を満たすことが可能となる。この数値例が示すように、実施の形態１に係る基地局２０においてリソースブロックの事前割当という手段がＵＲＬＬＣを要する無線通信システムでの収容端末数および１通信端末当りのスループットの観点で、実用的な性能を確保可能であることがわかる。
図３の通信例では、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式により、通信端末１０において１つの送信期間と２つの受信期間とが基本単位となって時分割に切り替わって繰り返される例が示されている。送信期間と受信期間とが構成される割合は図３の例に限定されない。一般的には、送信期間と受信期間とが時分割に切り替わる場合、受信期間には通信端末１０は基地局２０に対してデータ送信を行えず、ＵＲＬＬＣの実現が困難である。しかし、例えば５Ｇ（第５世代移動通信方式）のような高周波数帯の無線通信では、それぞれの送信期間および受信期間が極短い期間（例えばＬＴＥにおける送信期間および受信期間が１［ｍｓｅｃ］に比べて、１／２～１／８［ｍｓｅｃ］）に設計可能であるため、受信期間が存在していても通信端末１０は相対的に低遅延での通信が可能と考えられる。言い換えると、ＵＲＬＬＣの実現が可能と考えることができる。
一方、図４の通信例では、通信端末１０から基地局２０へのデータ送信に上り回線使用時の専用チャネル（以下「ＵＬ専用チャネル」）を用いることで、通信端末１０から基地局２０へのデータ送信が低遅延で実現できることが示されている。現在、５Ｇ（第５世代移動通信方式）においては、通信端末１０から基地局２０へのデータ送信時のＳＵＬ（Supplemental Up Link）として、ＵＬ専用チャネルの構築が必要であると検討されている。従って、通信端末１０から基地局２０へのデータ送信時にＵＬ専用チャネルが使用可能となることで、図３に示す通信例に比べると、通信端末１０から基地局２０へのデータ送信は低遅延で行うことが可能と考えられる。言い換えると、ＵＲＬＬＣの実現が可能と考えることができる。
図５は、無線通信方式においてスロットタイミングに制約が無い場合の送信タイミング例を示す図である。図６は、無線通信方式においてスロットタイミングに制約がある場合の送信タイミング例を示す図である。
実施の形態１に係る無線通信システム１００では、通信端末１０の無線通信システム１００への参画が基地局２０において認識されると、その通信端末１０がデータ送信に用いる上り回線リソースブロックが基地局２０において事前に割り当てられる。そして、基地局２０から上り回線リソースブロックの割り当てがなされた旨の情報が通信端末１０に伝達される。通信端末１０は、基地局２０からの情報に従い、上り回線リソースブロックの使用が基地局２０により許可されたことを認識できる。これにより、通信端末１０は、データ送信（より具体的には、ＵＬ送信ユーザデータ）の開始前に、データ送信に用いる上り回線リソースブロックを把握して設定できる。
従って、図５に示すように、通信端末１０と基地局２０との間の無線通信規格に対応するタイムスロットにおいて制約が無ければ、通信端末１０は、ＵＬ送信ユーザデータが発生した時点で即時に、基地局２０により割り当てられた上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータの送信を開始できる。また、通信端末１０は、同じ上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータの送信完了までＵＬ送信ユーザデータの送信を１ＴＴＩごとに繰り返して継続できる。なお、図５および図６において、１ＴＴＩは、例えば０．５［ｍｓｅｃ］としている。
また、図６に示すように、通信端末１０と基地局２０との間の無線通信規格に対応するタイムスロットにおいて制約が存在する場合には、通信端末１０は、ＵＬ送信ユーザデータが発生した時点から規定の送信タイミングになるまでのΔｔの経過を待機し、そのΔｔが経過した時点で、基地局２０により割り当てられた上り回線リソースブロックを用いて、データ送信を実行できる。Δｔは１ＴＴＩ（つまり、０．５［ｍｓｅｃ］）に比べて短い期間である。同様に、通信端末１０は、同じ上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータの送信完了までＵＬ送信ユーザデータの送信を継続できる。
次に、実施の形態１に係る無線通信システム１００において、通信端末１０から基地局２０への上り回線を介したデータ送信時の動作手順例について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態１に係る通信端末１０および基地局２０のデータ通信に係る動作手順例を時系列に示すシーケンス図である。図７では、便宜的に通信端末を「ＵＥ」（User Equipment）と記載し、基地局を「ＢＴＳ」（Base Station）と記載している。また、図７の説明を分かり易くするために、基地局２０は、無線通信システム１００への参画を行う対象となる通信端末１０に対して、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを割り当てるとして説明する（図４参照）。
図７において、ユーザの操作により、通信端末１０の無線通信システム１００への参画を指示する処理が実行されると（Ｓｔ０）、通信端末１０は、既定のランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel）により基地局２０に対して送信する（Ｓｔ１）。基地局２０は、ＰＲＡＣＨにより送信された既定のランダムアクセスプリアンブルを受信すると、データ送信をしたい通信端末１０の存在を認識する。
基地局２０は、ステップＳｔ１において既定のランダムアクセスプリアンブルを送信した通信端末１０に対し、ＵＬ－ＳＣＨ（Up Link Shared Channel）上のどの上り回線リソースブロックを用いて送信させるかを決定する。基地局２０は、その決定されたＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックの情報を含む応答メッセージ（つまり、ランダムアクセス応答）をＤＬ－ＳＣＨ（Down Link Shared Channel）により返送する（Ｓｔ２）。
通信端末１０は、ステップＳｔ２において返送されたランダムアクセス応答を受信すると、そのランダムアクセス応答において指定されたＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックを用いて、通信端末１０の識別情報を含むコネクション要求信号をＵＬ－ＳＣＨにより基地局２０に送信する（Ｓｔ３）。
基地局２０は、ステップＳｔ３において送信されたコネクション要求信号に含まれる識別情報に対応する通信端末１０に対し、コネクション要求信号に対応するコネクションセットアップ信号をＤＬ－ＳＣＨにより返送する（Ｓｔ４）。
通信端末１０は、ステップＳｔ４においてコネクションセットアップ信号を受信すると、通信端末１０の識別情報（例えば識別子）をＵＬ－ＳＣＨにより基地局２０に送信する（Ｓｔ５）。
基地局２０は、ステップＳｔ５において送信された通信端末１０の識別情報とステップＳｔ３において送信されたコネクション要求信号に含まれる通信端末１０の識別情報との一致を判定すると、その通信端末１０に対し、ＵＬ専用チャネルの上り回線リソースブロックを割り当てる（Ｓｔ６）。また、基地局２０は、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを割り当てた後、どのＵＬ専用チャネルの上り回線リソースブロックを割り当てたかを示す情報をＤＬ－ＳＣＨにより通信端末１０に返送する（Ｓｔ６）。なお、ステップＳｔ１～Ｓｔ６の処理は、通信端末１０が無線通信システム１００に参画する時に一度だけ実行される。
通信端末１０は、ステップＳｔ６において送信された情報を受信すると、その情報により指定されたＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの情報に基づいて、基地局２０との間のＵＬ送信ユーザデータの送信に用いる上り回線リソースブロックを設定管理する。これにより、通信端末１０は、基地局２０により事前割当されたＵＬ専用チャネルの上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータが発生した時点で、ＵＬ送信ユーザデータを送信できる（Ｓｔ７～Ｓｔ８）。
なお、ステップＳｔ７あるいはステップＳｔ８において、通信端末１０から基地局２０に対して送信されるＵＬ送信ユーザデータのヘッダ領域内に、通信端末１０の識別情報が含まれてもよいし、含まれなくてもよい。
例えば、ＵＬ送信ユーザデータに通信端末１０の識別情報がヘッダ領域内に含まれる場合、基地局２０は、ＵＬ送信ユーザデータを受信した際に、そのＵＬ送信ユーザデータのヘッダ領域内に含まれる識別情報を基にして、送信元の通信端末１０を識別できる。
一方、ＵＬ送信ユーザデータに通信端末１０の識別情報がヘッダ領域内に含まれなくても、基地局２０は、ステップＳｔ６においてＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを割り当てた通信端末１０の識別情報を把握しているので、ＵＬ送信ユーザデータを受信した際に、ＵＬ専用チャネル上のどの上り回線リソースブロックを用いて送信したかを判定することで、送信元の通信端末１０を識別できる。
以上により、実施の形態１に係る無線通信システム１００では、基地局２０は、自局との間で高周波を用いた無線通信が可能に接続中の少なくとも１台の既接続通信端末（例えば通信端末１０）に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報をメモリＭ２において保持する。基地局２０は、新たな通信端末１０からの無線通信システム１００への参画通知を受信すると、上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての高周波を用いた上り回線無線資源を通信端末１０に割り当てる。通信端末１０は、割り当てられた上り回線無線資源を用いて、基地局２０に対してデータ送信を行う。
これにより、無線通信システム１００は、５Ｇ（第５世代移動通信方式）での使用が想定されている高周波数帯を用いた無線通信の際（例えば、複数の通信端末１０が同時に基地局２０に対して送信する可能性が高いデータ送信時）に、データ送信前に基地局２０から上り回線リソースブロックの事前割当を受けることができるため、高信頼と低遅延とを両立してリアルタイム性が要求される高速な無線通信の実現を支援できる。例えば、基地局２０に通信可能に接続中の個々の通信端末１０に対して異なる上り回線リソースブロックが割り当てられる。従って、データ送信時の干渉（例えば送信ＵＥユーザデータの衝突）が発生する確率が著しく低減可能となるために通信の高信頼性が実現可能となり、また、個々の通信端末１０がＧＦＡ（Grant Free Access）によるデータ送信を行えるのでＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）やデータ連送を不要とでき通信の低遅延化が実現可能となる。
また、基地局２０は、未割り当ての上り回線無線資源の割り当てに応じて、上り回線無線資源に関する情報を更新する。これにより、基地局２０は、上り回線無線資源（例えば、上り回線リソースブロック）の割り当て状況を常に最新の状態に更新でき、新たに無線通信システム１００に参画したい通信端末１０に対して適切に上り回線リソースブロックを割り当てできる。
また、基地局２０は、未割り当ての上り回線無線資源を通信端末１０に割り当てるとともに、その度に上り回線専用チャネルを介したデータ送信を指示してもよい。通信端末１０は、上り回線専用チャネルを介して、データ送信を行う。これにより、通信端末１０は、基地局２０との間のデータ送信の際に、それぞれ上り回線専用チャネル上の異なる上り回線リソースブロックを用いるので、例えば送信期間と受信期間とが時分割に設定された場合に比べて受信期間の終了を待機する必要がない点でより一層データ送信の低遅延化を実現できる。
また、通信端末１０は、上り回線無線資源が基地局２０により割り当てられた後、基地局に対してＧＦＡ（Grant Free Access）によるデータ送信を行う。これにより、通信端末１０は、従来技術のように基地局との間でのデータ送信の前に送信の許可を得るための事前処理を行う必要が無く、基地局２０から事前割当された上り回線リソースブロックを用いてＵＬ送信ユーザデータが発生した時点で即時にデータ送信を開始できるので、通信の低遅延化を実現できる。
（実施の形態１の変形例）
実施の形態１では、基地局２０は、有限の無線資源（例えばリソースブロック）を、データ送信を実行していないが基地局２０との間で接続中の通信端末１０にも割り当てていた。このため、例えばデータ送信を殆どあるいは全く実行しない通信端末１０が存在していたり、データ送信の頻度が高くない通信端末１０が存在していたりすると、有限の周波数の利用効率が大幅に損なわれるという懸念が考えられる。なお、周波数利用効率が低くても、無線通信システム１００の提供可能なシステム容量が通信トラフィックに対して余裕がある場合等の事情がある場合には、上述した懸念は大きな問題とならない。
そこで、実施の形態１の変形例では、基地局２０は、所定のリソースブロック解放条件を満たす通信端末１０が存在すると判定した場合には、その通信端末１０に対して既に割り当てた上り回線リソースブロックを解放する。また、基地局２０は、所定のリソースブロック事前割当条件を満たす通信端末１０が存在すると判定した場合には、その通信端末１０に対して、実施の形態１と同様にして、改めて未割り当ての上り回線リソースブロックを事前割当する。
なお、実施の形態１の変形例に係る無線通信システム１００の構成は図１および図２に示した構成と同一であり、同一の構成には同一の符号を割当して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
次に、実施の形態１の変形例に係る無線通信システム１００において、通信端末１０から基地局２０への上り回線を介したデータ送信時の動作手順例について、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態１の変形例に係る通信端末１０および基地局２０のデータ通信に係る動作手順例を時系列に示すシーケンス図である。図８では、便宜的に通信端末を「ＵＥ」（User Equipment）と記載し、基地局を「ＢＴＳ」（Base Station）と記載している。また、図８の説明において、図７に記載の処理と重複する処理については同一のステップ番号を割当して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。また、図８の説明を分かり易くするために、基地局２０は、再び上り回線リソースブロックが割り当てられる通信端末１０に対して、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを割り当てるとして説明する（図４参照）。
図８において、ステップＳｔ８の後、基地局２０は、ステップＳｔ６において既に上り回線リソースブロックが割り当てられた少なくとも１台の通信端末１０が所定のリソースブロック解放条件を満たしたことを認識する（Ｓｔ１１）。所定のリソースブロック解放条件とは、周波数利用効率を上げる観点から、データ送信があまり行われていない通信端末に対して上り回線リソースブロックを無駄に割り当てることを止めて解放して他のデータ送信が必要な通信端末に割り当てるための条件である。所定のリソースブロック解放条件は、例えば、所定期間（例えば２４時間）におけるデータ送信頻度が所定値（例えば３）未満であること、あるいは所定時間（例えば４８時間）以上にわたってデータ送信が一度も無いことが考えられるが、これらに限定されない。
基地局２０は、所定のリソースブロック解放条件を満たした通信端末１０に対して既に割り当てていたＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの解放処理を実行する（Ｓｔ１２）。基地局２０は、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの解放処理を実行した旨の指示を該当する通信端末１０に送信する（Ｓｔ１２）。
通信端末１０は、基地局２０からの指示を受信すると、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの使用設定をＵＬ無線リソース管理部５において解除する。従って、以後の通信端末１０はＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックが割り当てられていた時のようなＵＲＬＬＣの通信が保証されなくなる。このため、通信端末１０は、データ送信する際には従来のランダムアクセス方式に従い、基地局２０から上り回線リソースブロックを割り当ててもらってからデータ送信を実行することになる。
通信端末１０は、改めてデータ送信を行う際、ステップＳｔ１～Ｓｔ４の手順と同様にして基地局２０に上り回線リソースブロックを割り当ててもらうための処理を実行する。具体的には、通信端末１０は、既定のランダムアクセスプリアンブルをＰＲＡＣＨにより基地局２０に対して送信する（Ｓｔ１３）。基地局２０は、ＰＲＡＣＨにより送信された既定のランダムアクセスプリアンブルを受信すると、データ送信をしたい通信端末１０の存在を認識する。
基地局２０は、ステップＳｔ１３において既定のランダムアクセスプリアンブルを送信した通信端末１０に対し、ＵＬ－ＳＣＨ上のどの上り回線リソースブロックを用いて送信させるかを決定する。基地局２０は、その決定されたＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックの情報を含む応答メッセージ（つまり、ランダムアクセス応答）をＤＬ－ＳＣＨにより返送する（Ｓｔ１４）。
通信端末１０は、ステップＳｔ１４において返送されたランダムアクセス応答を受信すると、そのランダムアクセス応答において指定されたＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックを用いて、通信端末１０の識別情報を含むコネクション要求信号をＵＬ－ＳＣＨにより基地局２０に送信する（Ｓｔ１５）。
基地局２０は、ステップＳｔ１４において送信されたコネクション要求信号に含まれる識別情報に対応する通信端末１０に対し、コネクション要求信号に対応するコネクションセットアップ信号をＤＬ－ＳＣＨにより返送する（Ｓｔ１６）。
通信端末１０は、ＵＬ送信ユーザデータが発生した時点で、ステップＳｔ１５での送信に用いたＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータを基地局２０に対して送信する（Ｓｔ１７）。上述したように、ステップＳｔ１３～Ｓｔ１７の通信端末１０と基地局２０との各処理は従来技術におけるランダムアクセス方式によるデータ送信の動作手順と変わりないので、通信端末１０はＵＲＬＬＣを実現したデータ送信の実行が保証されない。しかし、通信端末１０によるデータ送信の頻度が増してくると、基地局２０は、所定のリソースブロック事前割当条件を満たしたとして、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを再び事前割当することが可能である。
ステップＳｔ１７の後、基地局２０は、ＵＬ－ＳＣＨ上の上り回線リソースブロックを用いたデータ送信（ステップＳｔ１３～Ｓｔ１７参照）を繰り返した通信端末１０が所定のリソースブロック事前割当条件を満たしたことを認識する（Ｓｔ１８）。所定のリソースブロック事前割当条件とは、周波数利用効率を上げる観点から、データ送信が多い通信端末に対して上り回線リソースブロックを優先的に割り当てるための条件である。所定のリソースブロック事前割当条件は、例えば、所定期間（例えば２４時間）におけるデータ送信頻度が所定値（例えば１）以上であることが考えられるが、これに限定されない。
基地局２０は、所定のリソースブロック事前割当条件を満たした通信端末１０に対してＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを改めて新規に割り当てるための事前割当処理を実行する（Ｓｔ１９）。基地局２０は、ＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの事前割当処理を実行した旨の指示を該当する通信端末１０に送信する（Ｓｔ１９）。
通信端末１０は、ステップＳｔ６において送信された情報を受信すると、その情報により指定されたＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックの情報に基づいて、基地局２０との間のＵＬ送信ユーザデータの送信に用いる上り回線リソースブロックを設定管理する。これにより、通信端末１０は、基地局２０により事前割当されたＵＬ専用チャネルの上り回線リソースブロックを用いて、ＵＬ送信ユーザデータが発生した時点で、ＵＬ送信ユーザデータを送信できる（Ｓｔ７～Ｓｔ８）。従って、以後の通信端末１０はＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを用いることで、ＵＲＬＬＣの通信が保証される。
このように、実施の形態１の変形例に係る無線通信システム１００では、基地局２０は、既接続通信端末（例えば通信端末ＵＥ１～ＵＥ５）および通信端末ＵＥ６のうち少なくとも１台の通信端末１０からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末１０に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放する。そして、基地局２０は、上り回線無線資源に関する情報を更新する。
これにより、無線通信システム１００は、一度基地局２０に対して無線通信が可能に接続された通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のうちデータ送信の頻度が特に低い通信端末１０においてはＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを解放するので、限られた周波数を有効利用できる。また、基地局２０は、割り当て済みおよび未割り当てのＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを正確に管理できる。例えば、基地局２０は、無線通信システム１００に新たに参画する等の他の通信端末に対して、データ送信頻度の低いことで取り上げられたＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを改めて割り当てることで、周波数の有効利用を的確に図ることが可能となる。
また、実施の形態１の変形例に係る無線通信システム１００では、基地局２０は、既接続通信端末（例えば通信端末ＵＥ１～ＵＥ５）および通信端末ＵＥ６のうち少なくとも１台の通信端末１０から所定時間以上にわたってデータ送信がないとの判定に従い、その通信端末１０に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放する。そして、基地局２０は、上り回線無線資源に関する情報を更新する。
これにより、無線通信システム１００は、一度基地局２０に対して無線通信が可能に接続された通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のうちデータ送信が所定時間以上にわたって実行されていない通信端末１０においてはＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを解放するので、限られた周波数を有効利用できる。また、基地局２０は、割り当て済みおよび未割り当てのＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを正確に管理できる。例えば、基地局２０は、無線通信システム１００に新たに参画する等の他の通信端末に対して、データ送信が行われていないことで取り上げられたＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを改めて割り当てることで、周波数の有効利用を的確に図ることが可能となる。
また、基地局２０は、上り回線無線資源が解放された通信端末１０からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当てる。また、基地局２０は、上り回線無線資源に関する情報を更新する。これにより、基地局２０は、頻繁にデータ送信を行うようになった通信端末１０に対してＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを改めて事前割当することで、データ送信の多い通信端末１０を優先的に限られた周波数を割り当てることで周波数の有効利用を的確に図ることができる。また、基地局２０は、割り当て済みおよび未割り当てのＵＬ専用チャネル上の上り回線リソースブロックを正確に管理できる。
以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
例えば、通信端末１０に事前割当される上り回線リソースブロックの数は、１台の通信端末１０に１個とは限らず複数個でもよい。また、通信端末１０に事前割当される上り回線リソースブロックは、唯一の搬送波周波数上の上り回線リソースブロックではなく、複数の搬送波周波数上の上り回線リソースブロックにわたっていてもよい。
本開示は、高周波数帯を用いた無線通信において、高信頼と低遅延とを両立してリアルタイム性が要求される高速な無線通信の実現を支援する無線通信システム、基地局および無線通信方法として有用である。
１ ＵＬ送信ベースバンド信号処理部
２ ＵＬ送信無線部
３ ＤＬ受信無線部
４ ＤＬ受信ベースバンド信号処理部
５ ＵＬ無線リソース管理部
１０ 通信端末
２０ 基地局
２１ ＵＬ受信ベースバンド信号処理部
２２ ＵＬ受信無線部
２３ ＤＬ送信ベースバンド信号処理部
２４ ＤＬ送信無線部
２５ ＵＬ無線リソース管理部
２６ ＵＬデータ送信回数計測部
２７ ＲＢ事前割当／ＲＢ解放制御信号生成部
１００ 無線通信システム
Ａｔ１、Ａｔ２ 送信アンテナ
Ａｒ１、Ａｒ２ 受信アンテナ
Ｍ１、Ｍ２ メモリ

Claims (7)

  1. 基地局を含む無線通信システムであって、
    前記基地局は、
    自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持し、
    新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信すると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当て、
    前記通信端末は、
    前記割り当てられた上り回線無線資源を用いて、前記基地局に対してデータ送信を行い、
    前記基地局は、
    前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、
    前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、
    無線通信システム。
  2. 前記基地局は、
    前記未割り当ての上り回線無線資源の割り当てに応じて、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、
    請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 前記基地局は、
    前記未割り当ての上り回線無線資源を前記通信端末に割り当てるとともに、上り回線専用チャネルを介したデータ送信を指示し、
    前記通信端末は、
    前記上り回線専用チャネルを介して、前記データ送信を行う、
    請求項１に記載の無線通信システム。
  4. 前記通信端末は、
    前記上り回線無線資源が前記基地局により割り当てられた後、前記基地局に対してＧＦＡ（Grant Free Access）による前記データ送信を行う、
    請求項１～３のうちいずれか一項に記載の無線通信システム。
  5. 前記基地局は、
    前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末から所定時間以上にわたってデータ送信がないとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、
    請求項１に記載の無線通信システム。
  6. 無線通信システムを構成する基地局であって、
    自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持するメモリと、
    新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信する通信部と、
    前記参画通知が受信されると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当てる無線リソース管理部と、を備え、
    前記通信部は、
    前記割り当てられた上り回線無線資源を用いたデータ送信の指示を前記通信端末に送信し、
    前記無線リソース管理部は、
    前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、
    前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、
    基地局。
  7. 基地局を含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    前記基地局は、
    自局との間で高周波を用いた無線通信が可能な接続中の少なくとも１台の既接続通信端末に割り当て済みの上り回線無線資源に関する情報を保持し、
    新たな通信端末からの前記無線通信システムへの参画通知を受信すると、前記上り回線無線資源に関する情報に基づいて、未割り当ての前記高周波を用いた上り回線無線資源を前記通信端末に割り当て、
    前記通信端末は、
    前記割り当てられた上り回線無線資源を用いて、前記基地局に対してデータ送信を行い、
    前記基地局は、
    前記既接続通信端末および前記通信端末のうち少なくとも１台の通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値未満であるとの判定に従い、その通信端末に対応して割り当て済みの上り回線無線資源を解放し、前記上り回線無線資源に関する情報を更新し、
    前記上り回線無線資源が解放された通信端末からの所定期間におけるデータ送信頻度が所定値以上であるとの判定に従い、その通信端末に対応して未割り当ての上り回線無線資源を割り当て、前記上り回線無線資源に関する情報を更新する、
    無線通信方法。
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