JP5793695B2 - 移動通信における改良されたランダムアクセス手順 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムにおいて使用するためのランダムアクセス手順に関する。さらに、本発明は、このランダムアクセス手順を実行するようにされている移動端末（例：ユーザ機器）および基地局（例：基地局装置ｅＮｏｄｅ Ｂ）と、ランダムアクセス手順の中でシグナリングされるランダムアクセス応答メッセージの特殊なフォーマットの定義を提供する。

ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）
ＷＣＤＭＡ無線アクセス技術をベースとする第３世代の移動通信システム（３Ｇ）は、世界中で広範な規模で配備されつつある。この技術を機能強化あるいは発展・進化させるうえでの最初のステップとして、高速下りリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）と、エンハンスト上りリンク（高速上りリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）とも称する）とが導入され、これにより、極めて競争力の高い無線アクセス技術が提供されている。

ユーザからのますます増大する需要に対応し、新しい無線アクセス技術に対する競争力を確保する目的で、３ＧＰＰは、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）と称される新しい移動通信システムを導入した。ＬＴＥは、今後１０年間にわたり、データおよびメディアの高速伝送ならびに大容量の音声サポートに要求されるキャリアを提供するように設計されている。高いビットレートを提供する能力は、ＬＴＥにおける重要な方策である。

ＬＴＥ（ロングタームエボリューション）に関する作業項目（ＷＩ）の仕様は、Ｅ−ＵＴＲＡ（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA)：進化したＵＭＴＳ地上無線アクセス）およびＥ−ＵＴＲＡＮ（Evolved UMTS terrestrial Radio Access Network：進化したＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク）と称され、最終的にリリース８として公開される（ＬＴＥリリース８）。ＬＴＥシステムは、パケットベースの効率的な無線アクセスおよび無線アクセスネットワークであり、ＩＰベースの機能を低待ち時間および低コストにおいて完全に提供する。詳細なシステム要件は、文献に記載されている。ＬＴＥにおいては、与えられたスペクトルを使用してフレキシブルなシステム配備を達成する目的で、複数の送信帯域幅（例えば、１．４ＭＨｚ、３．０ＭＨｚ、５．０ＭＨｚ、１０．０ＭＨｚ、１５．０ＭＨｚ、および２０．０ＭＨｚ）が指定されている。下りリンクには、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）をベースとする無線アクセスが採用されており、その理由として、そのような無線アクセスは、シンボルレートが低いため本質的にマルチパス干渉（ＭＰＩ）を受けにくいこと、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）を使用していること、さまざまな送信帯域幅の構成に対応可能であること、が挙げられる。上りリンクには、ＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア周波数分割多元接続）をベースとする無線アクセスが採用されており、なぜなら、ユーザ機器（ＵＥ）の送信出力が限られていることを考えれば、ピークデータレートを向上させるよりも広いカバレッジエリアを提供することが優先されるためである。ＬＴＥリリース８では、数多くの主要なパケット無線アクセス技術（例えば、ＭＩＭＯ（多入力多出力）チャネル伝送技術）が採用されており、効率の高い制御シグナリング構造が達成されている。

ＬＴＥのアーキテクチャ
図１は、ＬＴＥの全体的なアーキテクチャを示しており、図２は、Ｅ−ＵＴＲＡＮのアーキテクチャをさらに詳しく示している。Ｅ−ＵＴＲＡＮは、基地局装置から構成されており、基地局装置は、ユーザ機器（ＵＥ）に向かうＥ−ＵＴＲＡのユーザプレーン（ＰＤＣＰ／ＲＬＣ／ＭＡＣ／ＰＨＹ）および制御プレーン（ＲＲＣ）のプロトコルを終端させる。基地局装置（ｅＮｏｄｅ Ｂ／ｅＮＢ）は、物理層（ＰＨＹ）、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層、無線リンク制御（ＲＬＣ）層、およびパケットデータ制御プロトコル（ＰＤＣＰ）層（ユーザプレーンのヘッダ圧縮および暗号化の機能を含んでいる）をホストする。基地局装置は、制御プレーンに対応する無線リソース制御（ＲＲＣ）機能も提供する。基地局装置は、無線リソース管理、アドミッション制御、スケジューリング、交渉された上りリンクＱｏＳの実施、セル情報のブロードキャスト、ユーザプレーンデータおよび制御プレーンデータの暗号化／復号化、下りリンク／上りリンクのユーザプレーンパケットヘッダの圧縮／復元など、多くの機能を実行する。基地局装置は、Ｘ２インタフェースによって互いに接続されている。

さらに、基地局装置は、Ｓ１インタフェースによってＥＰＣ（Evolved Packet Core：進化したパケットコア）に接続されており、より具体的には、Ｓ１−ＭＭＥによってＭＭＥ（Mobility Management Entity：移動管理エンティティ）に接続されており、Ｓ１−Ｕによってサービングゲートウェイ（ＳＧＷ：Serving Gateway）に接続されている。Ｓ１インタフェースは、ＭＭＥ／サービングゲートウェイと基地局装置との間の多対多関係をサポートする。サービングゲートウェイは、ユーザデータパケットのルーティングおよび転送を行う一方で、基地局装置間のハンドオーバー時にユーザプレーンのモビリティアンカー（mobility anchor）としての役割と、ＬＴＥとそれ以外の３ＧＰＰ技術との間のモビリティのためのアンカーとしての役割も果たす（Ｓ４インタフェースを終端させ、２Ｇ／３Ｇシステムとパケットデータネットワークゲートウェイ（ＰＤＮ ＧＷ）との間でトラフィックを中継する）。サービングゲートウェイは、アイドル状態のユーザ機器に対しては、そのユーザ機器への下りリンクデータが到着したとき下りリンク（ＤＬ）データ経路を終端させ、ページングをトリガーする。サービングゲートウェイは、ユーザ機器のコンテキスト（例えば、ＩＰベアラサービスのパラメータ、ネットワーク内部ルーティング情報）を管理および格納する。さらに、サービングゲートウェイは、合法傍受（lawful interception）の場合にユーザトラフィックの複製を実行する。

ＭＭＥは、ＬＴＥのアクセスネットワークの主要な制御ノードである。ＭＭＥは、アイドルモードのユーザ機器の追跡およびページング手順（再送信を含む）の役割を担う。ＭＭＥは、ベアラの有効化／無効化プロセスに関与し、さらには、最初のアタッチ時と、コアネットワーク（ＣＮ）ノードの再配置を伴うＬＴＥ内ハンドオーバー時とに、ユーザ機器のサービングゲートウェイを選択する役割も担う。ＭＭＥは、（ＨＳＳと対話することによって）ユーザを認証する役割を担う。非アクセス層（ＮＡＳ：Non-Access Stratum）シグナリングはＭＭＥにおいて終端され、ＭＭＥは、一時的なＩＤを生成してユーザ機器に割り当てる役割も担う。ＭＭＥは、サービスプロバイダの公衆陸上移動網（ＰＬＭＮ：Public Land Mobile Network）に入るためのユーザ機器の認証を確認し、ユーザ機器のローミング制限を実施する。ＭＭＥは、ＮＡＳシグナリングの暗号化／完全性保護においてネットワーク内の終端点であり、セキュリティキーの管理を行う。シグナリングの合法傍受も、ＭＭＥによってサポートされる。さらに、ＭＭＥは、ＬＴＥのアクセスネットワークと２Ｇ／３Ｇのアクセスネットワークとの間のモビリティのための制御プレーン機能を提供し、ＳＧＳＮからのＳ３インタフェースを終端させる。さらに、ＭＭＥは、ローミングするユーザ機器のためのホームＨＳＳに向かうＳ６ａインタフェースを終端させる。

ＬＴＥにおける上りリンクアクセス方式
上りリンク送信においては、カバレッジを最大にするため、ユーザ端末による電力効率の高い送信が必要である。Ｅ−ＵＴＲＡの上りリンク送信方式としては、シングルキャリア伝送と、ＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）および動的な帯域幅割当てとを組み合わせた方式が選択されている。シングルキャリア伝送が選択された主たる理由は、マルチキャリア信号（ＯＦＤＭＡ：直交周波数分割多元接続）と比較して、ピーク対平均電力比（ＰＡＲＲ）が低く、これに対応して電力増幅器の効率が改善され、カバレッジの向上が見込まれるためである（与えられる端末ピーク電力に対してデータレートが高い）。基地局装置は、各時間間隔において、ユーザデータを送信するための固有の時間／周波数リソースをユーザに割り当て、これによってセル内の直交性が確保される。上りリンクにおける直交多元接続によって、セル内干渉が排除されることでスペクトル効率が高まる。マルチパス伝搬に起因する干渉については、送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入することにより基地局（基地局装置ｅＮｏｄｅ Ｂ）において対処する。

データ送信に使用される基本的な物理リソースは、１つの時間間隔（例えば、０．５ｍｓのサブフレーム）にわたるサイズＢＷ_{ｇｒａｎｔ}の周波数リソースから構成される（符号化された情報ビットはこのリソースにマッピングされる）。なお、サブフレーム（送信時間間隔（ＴＴＩ）とも称する）は、ユーザデータを送信するための最小の時間間隔である。しかしながら、サブフレームを連結することにより、１ＴＴＩよりも長い時間にわたる周波数リソースＢＷ_{ｇｒａｎｔ}をユーザに割り当てることも可能である。

周波数リソースは、図示したように、局在型スペクトル（localized spectrum）、または分散型スペクトル（distributed spectrum）のいずれかとすることができるが、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）においては、上りリンクでは局在型割当てのみがサポートされることが決定された。図３に示したように、局在型のシングルキャリアは、送信信号が、利用可能な全スペクトルの一部分を占める連続的なスペクトルを有することを特徴とする。送信信号のシンボルレートが異なる（対応してデータレートが異なる）ことは、局在型のシングルキャリア信号の帯域幅が異なることを意味する。

これに対して、分散型のシングルキャリアは、送信信号が、システム帯域幅の全体にわたり分散する不連続な（「くし状の」）スペクトルを有することを特徴とする。ただし、分散型のシングルキャリア信号はシステム帯域幅の全体にわたり分散しているが、占有するスペクトルの合計量は、本質的には、局在型のシングルキャリアのスペクトル量と同じである。さらには、シンボルレートを上げる／下げるには、「くしの歯」それぞれの「帯域幅」をそのままにして「くしの歯」の数を増やす／減らす。

分散型送信では、局在型送信よりも大きな周波数ダイバーシチゲインを提供することができ、一方で、局在型送信では、チャネルに応じたスケジューリングをより容易に行うことができる。なお、多くの場合、スケジューリングの決定では、高いデータレートを達成するため１つのユーザ機器に帯域幅全体を与えるように決定することができる。

ＬＴＥにおける上りリンクのスケジューリング方式
上りリンクでは、スケジューリング制御式の（すなわち基地局装置によって制御される）アクセスと、コンテンション（競合）ベースのアクセスの両方を使用することができる。

スケジューリング制御式アクセスの場合、上りリンクデータ送信のための、特定の時間長の特定の周波数リソース（すなわち時間／周波数リソース）が、ユーザ機器に割り当てられる。しかしながら、コンテンションベースのアクセス用に、いくらかの時間／周波数リソースを割り当てることができる。コンテンションベースの時間／周波数リソースの範囲内では、ユーザ機器は、最初にスケジューリングされることなく送信することができる。ユーザ機器がコンテンションベースのアクセスを行う１つのシナリオは、例えばランダムアクセスであり、すなわち、ユーザ機器があるセルへ、または上りリンクリソースを要求するため、最初のアクセスを行うときである。

スケジューリング制御式アクセスの場合、基地局装置のスケジューラが、上りリンクデータ送信のための固有の周波数／時間リソースをユーザに割り当てる。より具体的には、スケジューラは以下を決定する。

− 送信を許可する（１つまたは複数の）ユーザ機器
− 物理チャネルリソース（周波数）
− 移動端末が送信に使用するべき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（ＴＢＳ）および変調・符号化方式（ＭＣＳ））

割当て情報は、いわゆる第１層／第２層制御チャネルで送られるスケジューリンググラントを通じてユーザ機器にシグナリングされる。以下では、説明を簡潔にするため、この下りリンクチャネルを「上りリンクグラントチャネル」と称する。

スケジューリンググラントメッセージ（本明細書ではリソース割当てとも称する）は、情報として、周波数帯域のうちユーザ機器による使用を許可する部分と、グラントの有効期間と、これから行う上りリンク送信にユーザ機器が使用しなければならないトランスポートフォーマットとを、少なくとも含んでいる。最も短い有効期間は、１サブフレームである。グラントメッセージには、選択される方式に応じて追加の情報も含めることができる。上りリンク共有チャネルＵＬ−ＳＣＨで送信する権利を許可するグラントとしては、「ユーザ機器ごとの」グラントのみが使用される（すなわち、「各ユーザ機器における無線ベアラごとの」グラントは存在しない）。したがってユーザ機器は、割り当てられたリソースを何らかの規則に従って無線ベアラの間で分配する必要があり、この規則については次節において詳しく説明する。

トランスポートフォーマットは、ＨＳＵＰＡの場合とは異なり、ユーザ機器側では選択しない。基地局（基地局装置ｅＮｏｄｅ Ｂ）が、いくつかの情報（例えば、報告されたスケジューリング情報およびＱｏＳ情報）に基づいてトランスポートフォーマットを決定し、ユーザ機器は、選択されたトランスポートフォーマットに従わなければならない。ＨＳＵＰＡでは、基地局装置が最大上りリンクリソースを割り当てて、ユーザ機器は、それに応じてデータ送信用の実際のトランスポートフォーマットを選択する。

上りリンクのデータ送信では、スケジューリンググラントを通じてユーザ機器に割り当てられる時間／周波数リソースのみを使用することができる。ユーザ機器が有効なグラントを持たない場合、上りリンクデータを送信することは許可されない。各ユーザ機器に個別チャネルが必ず割り当てられるＨＳＵＰＡの場合とは異なり、データ送信用には、複数のユーザによって共有される１つの上りリンクデータチャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）のみが存在する。

リソースを要求するには、ユーザ機器はリソース要求メッセージを基地局装置に送信する。このリソース要求メッセージには、例えば、バッファ状態、ユーザ機器の電力状態、サービス品質（ＱｏＳ）に関する情報を含めることができる。これらの情報（以下ではスケジューリング情報と称する）により、基地局装置は適切なリソース割当てを行うことができる。本文書全体を通じて、無線ベアラのグループ単位でバッファ状態が報告されるものと想定する。当然ながら、バッファ状態報告についての別の設定も可能である。無線リソースのスケジューリングは、サービス品質を決定するうえで、共有チャネルアクセスネットワークにおいて最も重要な機能であるため、効率的なＱｏＳ管理を可能にする目的で、ＬＴＥにおける上りリンクスケジューリング方式が満たしているべき要件がいくつかある（非特許文献１を参照）（http://www.3gpp.org/において入手可能であり、参照によって本文書に組み込まれている）。

− 優先順位の低いサービスのリソース不足を避けるべきである。
− スケジューリング方式によって、個々の無線ベアラ／サービスのＱｏＳが明確に区別されるようにするべきである。
− どの無線ベアラ／サービスのデータが送信されるのかを基地局装置のスケジューラが識別できるように、上りリンク報告において、きめ細かいバッファ報告（例えば、無線ベアラごとの報告、または無線ベアラグループごとの報告）を可能にするべきである。
− 異なるユーザのサービスの間でＱｏＳを明確に区別できるようにするべきである。
− 無線ベアラごとに最小限のビットレートを提供できるようにするべきである。

上のリストから理解できるように、ＬＴＥのスケジューリング方式の１つの重要な側面は、事業者が、自身の総セル容量を、異なるＱｏＳクラスの個々の無線ベアラの間で分配することを制御できるメカニズムを提供することである。無線ベアラのＱｏＳクラスは、前述したようにサービングゲートウェイから基地局装置にシグナリングされる、対応するＳＡＥベアラのＱｏＳプロファイルによって識別される。事業者は、自身の総セル容量のうちの特定の量を、特定のＱｏＳクラスの無線ベアラに関連付けられる総トラフィックに割り当てることができる。

クラスに基づくこの方法を採用する主たる目的は、パケットの処理を、パケットが属するＱｏＳクラスに応じて区別できるようにすることである。例えば、セル内の負荷が増加しているとき、事業者が、優先順位の低いＱｏＳクラスに属するトラフィックを抑制することによって対処できるようにするべきである。この段階では、優先順位の高いトラフィックに割り当てられた総リソースは、トラフィックを処理するのに十分であるため、優先順位の高いトラフィックを依然として低負荷状態で処理することができる。このことは、上りリンク方向および下りリンク方向の両方で可能とするべきである。

この方法を採用する１つの恩恵として、事業者は、帯域幅の分配を決めるポリシーを完全に制御することができる。例えば、事業者の１つのポリシーにおいて、負荷が極めて高いときでも、優先順位が最低のＱｏＳクラスに属するトラフィックのリソース不足を避けるようにすることができる。優先順位の低いトラフィックのリソース不足を避けることは、ＬＴＥにおける上りリンクスケジューリング方式に求められる主な要件の１つである。現在のＵＭＴＳリリース６（ＨＳＵＰＡ）のスケジューリングメカニズムでは、絶対的な優先順位方式の結果として、優先順位の低いアプリケーションのリソース不足が生じることがある。Ｅ−ＴＦＣ（Enhanced Transport Format Combination：拡張トランスポートフォーマット組合せ）の選択は、論理チャネルの絶対的な優先順位のみに従って行なわれ（すなわち優先順位の高いデータの送信が最大限に行われる）、このことは、優先順位の低いデータが、優先順位の高いデータによってリソース不足となりうることを意味する。リソース不足を避けるためには、基地局装置のスケジューラは、ユーザ機器がどの無線ベアラのデータを送信するかを制御する手段を備えていなければならない。このことは、主として、下りリンクにおいて第１層／第２層制御チャネルで送信されるスケジューリンググラントの設計および使用に影響を与える。以下では、ＬＴＥにおける上りリンク伝送速度の制御手順について詳しく説明する。

ランダムアクセス手順
ＬＴＥにおいて移動端末の上りリンク送信は、上りリンク送信が時間同期している場合にのみスケジューリングすることができる。したがって、ランダムアクセス（ＲＡＣＨ）手順は、同期していない移動端末（ＵＥ）が上りリンク無線アクセスの直交送信を使用するための重要な役割を果たす。

ＬＴＥにおけるランダムアクセスは、本質的には、上りリンクの同期をまだ獲得していないユーザ機器、または上りリンクの同期を失ったユーザ機器において上りリンクの時間同期を達成するために使用される。ユーザ機器が上りリンクの同期を達成すると、基地局装置はユーザ機器のための上りリンク送信リソースをスケジューリングすることができる。したがって、ランダムアクセスに関連するシナリオは以下のとおりである。

− ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態にあるが上りリンクにおいて同期していないユーザ機器が、上りリンクの新しいデータまたは制御情報の送信を希望する。
− ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態にあるが上りリンクにおいて同期していないユーザ機器が、下りリンクデータを受信する必要があり、したがって対応するＨＡＲＱフィードバック（すなわちＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を上りリンクで送信する必要がある。このシナリオは下りリンクデータ到着（Downlink data arrival）とも称される。
− ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態にあるユーザ機器が、現在のサービングセルから新しいターゲットセルにハンドオーバーする。ターゲットセルにおいて上りリンクの時間同期を達成する目的でランダムアクセス手順が実行される。
− 例えば最初のアクセス、またはトラッキングエリアの更新のため、ＲＲＣ＿ＩＤＬＥ状態からＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤに遷移する。
− 無線リンク障害から回復する（すなわちＲＲＣ接続を再確立する）。

さらにもう１つのケースとして、ユーザ機器が、たとえ時間同期していてもランダムアクセス手順を実行することがある。このシナリオにおいては、ユーザ機器は、スケジューリング要求を送るための別の上りリンクリソースが割り当てられていない（すなわち個別スケジューリング要求（Ｄ−ＳＲ）チャネルが設定されていない）場合に、スケジューリング要求（すなわち上りリンクバッファ状態報告）を自身の基地局装置に送る目的で、ランダムアクセス手順を使用する。

ＬＴＥでは、２種類のランダムアクセス手順が用意されており、コンテンションベース（すなわち本質的に衝突の危険が存在する）、またはコンテンションフリー（非コンテンションベース）のいずれかでアクセスすることができる。なお、コンテンションベースのランダムアクセスは、上に挙げた６つのシナリオすべてにおいて適用できるのに対して、非コンテンションベースのランダムアクセス手順は、下りリンクデータ到着とハンドオーバーのシナリオにおいてのみ適用できることに留意されたい。

以下では、コンテンションベースのランダムアクセス手順について、図５を参照しながらさらに詳しく説明する。ランダムアクセス手順の詳細な説明は、非特許文献２（http://www.3gpp.orgにおいて入手可能であり、参照によって本文書に組み込まれている）にも記載されている。図５は、ＬＴＥのコンテンションベースのＲＡＣＨ手順を示している。この手順は、４つの「ステップ」からなる。最初に、ユーザ機器が、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）で基地局装置に送信する（５０１）。プリアンブルは、コンテンションベースのアクセス用に基地局装置によって予約されている利用可能なランダムアクセスプリアンブルのセットから、ユーザ機器が選択する。ＬＴＥにおいては、コンテンションフリーのランダムアクセスおよびコンテンションベースのランダムアクセスに使用できる、セルあたり６４個のプリアンブルが存在する。コンテンションベースのプリアンブルのセットは、さらに２つのグループに分けることができ、したがって、プリアンブルを選択することで、最初のスケジューリング制御式送信（非特許文献２においてはメッセージ３と称される）（ステップ５０３を参照）を送信するための必要な送信リソース量に関する情報を示す１ビット分の情報を伝えることができる。セル内でブロードキャストされるシステム情報には、２つのサブグループのそれぞれに属するシグネチャ（プリアンブル）の情報と、各サブグループの意味が含まれる。ユーザ機器は、メッセージ３を送信するのに必要な送信リソースのサイズに対応するサブグループから１つのプリアンブルをランダムに選択する。

基地局装置は、ＲＡＣＨプリアンブルを検出した後、プリアンブルが検出された時間−周波数スロットを識別する（ランダムアクセス）ＲＡ−ＲＮＴＩを使用してＰＤＣＣＨ上でアドレッシングされたランダムアクセス応答（ＲＡＲ）を、ＰＤＳＣＨ（物理下りリンク共有チャネル）で送る（５０２）。複数のユーザ機器が同じＰＲＡＣＨリソースで同じＲＡＣＨプリアンブルを送信した場合（衝突とも称する）、これらのユーザ機器は同じランダムアクセス応答を受信する。

ランダムアクセス応答自体は、検出されたＲＡＣＨプリアンブルと、以降の上りリンク送信を同期させるためのタイミングアライメントコマンド（ＴＡコマンド）と、最初のスケジューリング制御式送信（ステップ５０３を参照）を送信するための最初の上りリンクリソース割当て（グラント）と、Ｔ−ＣＲＮＴＩ（一時的なセル無線ネットワーク一時識別子）の割当てとを伝える。このＴ−ＣＲＮＴＩは、ＲＡＣＨ手順が終了するまで、ＲＡＣＨプリアンブルが検出された（１つまたは複数の）移動端末をアドレッシングする目的で基地局によって使用され、なぜなら、基地局装置はこの時点では移動端末の「真の」識別情報をまだ認識していないためである。

さらに、ランダムアクセスメッセージは、いわゆるバックオフインジケータを含んでいることもでき、バックオフインジケータは、ランダムアクセスを再試行する前に一時的にバックオフ（待機）するようにユーザ機器に命令する目的で、基地局装置が設定することができる。ユーザ機器は、与えられた時間窓（基地局装置によって設定される）の中で、ランダムアクセス応答が受信されないかＰＤＣＣＨを監視する。ユーザ機器は、設定された時間窓の中でランダムアクセス応答が受信されない場合、バックオフ期間が指定されていればそれを考慮して、次のＰＲＡＣＨ機会（PRACH opportunity）においてプリアンブルを再送信する。

ユーザ機器は、基地局装置から受信されたランダムアクセス応答メッセージに応えて、最初のスケジューリング制御式上りリンク送信を、ランダムアクセス応答の中のグラントによって割り当てられたリソースで送信する（５０３）。このスケジューリング制御式上りリンク送信は、実際のランダムアクセス手順メッセージ（例えば、ＲＲＣ接続要求、トラッキングエリア更新、またはバッファ状態報告）を伝える。さらに、この上りリンク送信は、ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードにあるユーザ機器のＣ−ＲＮＴＩ、または４８ビットの一意のユーザ機器識別情報（ユーザ機器がＲＲＣ＿ＩＤＬＥモードにある場合）のいずれかを含んでいる。プリアンブルの衝突が起きた場合、すなわち、複数のユーザ機器が同じＰＲＡＣＨリソースで同じプリアンブルを送った場合、衝突しているユーザ機器は、ランダムアクセス応答の中で同じＴ−ＣＲＮＴＩを受信し、それぞれのスケジューリング制御式送信を送信するとき（５０３）、やはり同じ上りリンクリソースで衝突する。この結果として干渉が生じ、衝突しているユーザ機器からの送信を基地局装置において復号化できないことがあり、ユーザ機器は、スケジューリング制御式送信の最大再送回数に達した後、ランダムアクセス手順を再び開始する。１基のユーザ機器からのスケジューリング制御式送信が基地局装置によって正常に復号化された場合も、他のユーザ機器のコンテションは解決されないままである。

このタイプのコンテンションを解決するため、基地局装置は、Ｃ−ＲＮＴＩまたは一時的Ｃ−ＲＮＴＩにアドレッシングされたコンテンション解決メッセージを送り（５０４）、後者の場合、スケジューリング制御式送信に含まれていた４８ビットのユーザ機器識別情報をそのまま送り返す。この場合、ＨＡＲＱがサポートされる。衝突後にメッセージ３が正常に復号化された場合、自身の識別情報（Ｃ−ＲＮＴＩまたは一意のユーザ機器ＩＤ）を検出したユーザ機器のみがＨＡＲＱフィードバック（ＡＲＱ）を送信する。それ以外のユーザ機器は、ステップ１において衝突が発生したことを認識し、現在のＲＡＣＨ手順をただちに終了して別のＲＡＣＨ手順を開始することができる。

図６は、ＬＴＥのコンテンションフリーのランダムアクセス手順を示している。コンテンションベースのランダムアクセス手順と比較すると、コンテンションフリーのランダムアクセス手順は簡略化されている。基地局装置は、衝突する（すなわち複数のユーザ機器が同じプリアンブルを送信する）危険がないように、ランダムアクセスに使用するためのプリアンブルをユーザ機器に提供する（６０１）。したがって、ユーザ機器は、基地局装置によってシグナリングされたプリアンブルを、上りリンクにおいてＰＲＡＣＨリソースで送る（６０２）。コンテンションフリーのランダムアクセスでは、複数のユーザ機器が同じプリアンブルを送るケースが回避されるため、コンテンションの解決が不要であり、結果として、図５に示したコンテンションベース手順のステップ５０４を省くことができる。コンテンションフリーのランダムアクセス手順は、本質的には、ランダムアクセス応答が正常に受信された時点で終了する。

ユニキャストデータ送信におけるＨＡＲＱプロトコル動作
信頼できないチャネルを通じる場合、パケット送信システムにおける誤り検出・訂正のための一般的な技術は、ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ：Hybrid Automatic Repeat reQuest）と称される。ハイブリッドＡＲＱは、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）とＡＲＱの組合せである。

ＦＥＣ符号化されたパケットが送信され、受信側がそのパケットを正しく復号化できない場合（誤りは通常ではＣＲＣ（巡回冗長検査）によってチェックされる）、受信側はそのパケットの再送信を要求する。

ＬＴＥには、信頼性を提供するための２つの再送信レベル、すなわち、ＭＡＣ層におけるＨＡＲＱと、ＲＬＣ層における外部ＡＲＱ（outer ARQ）が存在する。外部ＡＲＱは、ＨＡＲＱによって訂正されずに残った誤りを処理するために必要であり、ＨＡＲＱは、１ビットの誤りフィードバックメカニズム（すなわち、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を使用することによって単純な形に維持されている。ＮプロセスのストップアンドウェイトＨＡＲＱ（N-process stop-and-wait HARQ）が採用され、このＨＡＲＱは、下りリンクにおける非同期の再送信と、上りリンクにおける同期再送信を有する。同期ＨＡＲＱとは、ＨＡＲＱブロックの再送信が所定の周期間隔において行われることを意味する。したがって、再送信スケジュールを受信側に示すための明示的なシグナリングが要求されない。非同期ＨＡＲＱでは、エアインタフェースの条件に基づいて再送信をスケジューリングする柔軟性が提供される。この場合、合成およびプロトコル動作が正しく行われるように、ＨＡＲＱプロセスの何らかの識別情報をシグナリングする必要がある。３ＧＰＰ ＬＴＥリリース８においては、８個のプロセスを有するＨＡＲＱ動作が使用される。下りリンクデータ送信におけるＨＡＲＱプロトコルの動作は、ＨＳＤＰＡに類似し、場合によっては同じである。

上りリンクのＨＡＲＱプロトコル動作においては、再送信をスケジューリングする方法として２種類のオプションがある。再送信は、ＮＡＣＫによってスケジューリングされる（同期式非適応型再送信）、または、ＰＤＣＣＨによって明示的にスケジューリングされる（同期式適応型再送信）。同期式非適応型再送信の場合、前の上りリンク送信と同じパラメータを再送信において使用し（すなわち、再送信は同じ物理チャネルリソース上でシグナリングされる）、同じ変調方式を使用する。同期式適応型再送信はＰＤＣＣＨを介して明示的にスケジューリングされるため、基地局装置は、再送信において特定のパラメータを変更することができる。上りリンクにおける断片化（fragmentation）を回避する目的で、再送信を例えば異なる周波数リソース上にスケジューリングすることができ、あるいは、基地局装置は変調方式を変更する、あるいは、再送信に使用するべき冗長バージョンをユーザ機器に示すことができる。なお、ＨＡＲＱのフィードバック（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）とＰＤＣＣＨシグナリングは同じタイミングで行われることに留意されたい。したがって、ユーザ機器は、同期式非適応型再送信がトリガーされているか（すなわちＮＡＣＫのみが受信されたか）、または基地局装置が同期式適応型再送信を要求しているか（すなわちＰＤＣＣＨがシグナリングされているか）を、一度だけ確認するのみでよい。

第１層／第２層制御シグナリング
スケジューリング対象のユーザに、ユーザの割当てステータス、トランスポートフォーマット、およびその他のデータ関連情報（例：ＨＡＲＱ）を知らせる目的で、下りリンクにおいて第１層／第２層制御シグナリングをデータと一緒に送信する必要がある。この制御シグナリングは、一般にはサブフレームの中に下りリンクデータと一緒に多重化する必要がある（ユーザ割当てがサブフレーム単位で変化しうるものと想定する）。なお、ユーザ割当てはＴＴＩ（送信時間間隔）ベースで実行されることもあり、その場合、ＴＴＩ長はサブフレームの倍数であることに留意されたい。ＴＴＩ長は、サービスエリアにおいてすべてのユーザに対して一定とする、ユーザごとに異なる、あるいはユーザごとに動的とすることもできる。第１層／第２層制御シグナリングは、一般的にはＴＴＩあたり１回送信するのみでよい。第１層／第２層制御シグナリングは、物理下りリンク制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）で送信される。なお、上りリンクデータ送信のための割当て（上りリンクグラント）も、ＰＤＣＣＨで送信されることに留意されたい。

第１層／第２層制御シグナリングにおいて送られるＰＤＣＣＨ情報は、一般的には、共有制御情報（ＳＣＩ：Shared Control Information）と個別制御情報（ＤＣＩ：Dedicated Control Information）に分類することができる。

共有制御情報（ＳＣＩ）
共有制御情報（ＳＣＩ）は、いわゆるカテゴリ１の情報を伝える。第１層／第２層制御シグナリングの共有制御情報部分は、リソース割当て（指示）に関連する情報を含んでいる。共有制御情報は、一般には以下の情報を含んでいる。

− ユーザ識別情報。割り当てる対象のユーザを示す。
− リソースブロック割当て情報。ユーザに割り当てられるリソース（リソースブロック：ＲＢ）を示す。なお、ユーザに割り当てられるリソースブロックの数は動的とすることができる。
− 割当ての持続時間（オプション）。複数のサブフレーム（またはＴＴＩ）にわたる割当てが可能である場合。

これらに加えて、共有制御情報は、他のチャネルの設定および個別制御情報（ＤＣＩ）の設定に応じて、上りリンク送信に対するＡＣＫ／ＮＡＣＫ、上りリンクスケジューリング情報、ＤＣＩに関する情報（例：リソース、ＭＣＳ）などの情報を含んでいることができる。

個別制御情報（ＤＣＩ）
個別制御情報（ＤＣＩ）は、いわゆるカテゴリ２およびカテゴリ３の情報を伝える。第１層／第２層制御シグナリングの個別制御情報部分は、カテゴリ１によって示されるスケジューリング対象のユーザに送信されるデータの送信フォーマットに関連する（カテゴリ２）情報を含んでいる。さらに、（ハイブリッド）ＡＲＱを適用する場合、個別制御情報部分はＨＡＲＱ（カテゴリ３）情報を伝える。個別制御情報は、カテゴリ１によるスケジューリング対象のユーザによって復号化されるのみでよい。個別制御情報は、一般には以下に関する情報を含んでいる。

− カテゴリ２：変調方式、トランスポートブロック（ペイロード）サイズ（または符号化率）、ＭＩＭＯ関連情報など。トランスポートブロック（もしくはペイロードサイズ）または符号化率のいずれかをシグナリングできる。いずれの場合も、これらのパラメータは、変調方式情報およびリソース情報（割り当てられたリソースブロックの数）を使用することによって相互に計算することができる。
− カテゴリ３：ＨＡＲＱ関連情報（例えば、ハイブリッドＡＲＱプロセス番号、冗長バージョン、再送信シーケンス番号）

下りリンクデータ送信のための第１層／第２層制御シグナリング情報
第１層／第２層制御シグナリングは、下りリンクパケットデータ送信とともに個別の物理チャネル（ＰＤＣＣＨ）で送信される。この第１層／第２層制御シグナリングは、一般には以下に関する情報を含んでいる。

− データが送信される（１つまたは複数の）物理チャネルリソース（例えば、ＯＦＤＭの場合のサブキャリアまたはサブキャリアブロック、ＣＤＭＡの場合の符号）。ユーザ機器（受信側）は、データが送信されるリソースをこの情報によって識別することができる。
− 送信に使用されるトランスポートフォーマット。例えば、データのトランスポートブロックサイズ（ペイロードサイズ、情報ビットサイズ）、ＭＣＳ（変調・符号化方式）レベル、スペクトル効率、符号化率などが挙げられる。ユーザ機器（受信側）は、復調、デ・レートマッチング（de-rate-matching）、および復号化のプロセスを開始する目的で、情報ビットサイズ、変調方式、および符号化率を、この情報によって（通常はリソース割当て情報と組み合わせて）識別することができる。場合によっては、変調方式を明示的にシグナリングすることができる。
− ＨＡＲＱ情報：
− プロセス番号：ユーザ機器は、データがマッピングされているＨＡＲＱプロセスを識別することができる。
− シーケンス番号または新規データインジケータ：ユーザ機器は、送信が新しいパケットであるか再送信されたパケットであるかを識別することができる。
− 冗長バージョンもしくはコンステレーションバージョンまたはその両方：それぞれ、使用されているハイブリッドＡＲＱ冗長バージョン（デ・レートマッチングに必要である）、および使用されている変調コンステレーションバージョン（復調に必要である）を、ユーザ機器に知らせる。
− ユーザ機器識別情報（ユーザ機器ＩＤ）：第１層／第２層制御シグナリングの対象であるユーザ機器を知らせる。一般的な実施形態においては、この情報は、制御情報が別のユーザ機器に読まれることを防止する目的で、第１層／第２層制御シグナリングのＣＲＣをマスクするために使用される。

上りリンクデータ送信のための第１層／第２層制御シグナリング情報
上りリンクパケットデータ送信を可能にする目的で、送信の詳細をユーザ機器に知らせるため、第１層／第２層制御シグナリングが下りリンク（ＰＤＣＣＨ）上で送信される。この第１層／第２層制御シグナリングは、一般には以下の情報を含んでいる。

− ユーザ機器がデータ送信に使用するべき（１つまたは複数の）物理チャネルリソース（例えば、ＯＦＤＭの場合のサブキャリアまたはサブキャリアブロック、ＣＤＭＡの場合の符号）。
− ユーザ機器が送信に使用するべきトランスポートフォーマット。例えば、データのトランスポートブロックサイズ（ペイロードサイズ、情報ビットサイズ）、ＭＣＳ（変調・符号化方式）レベル、スペクトル効率、符号化率などが挙げられる。ユーザ機器（送信側）は、変調、レートマッチング、および符号化のプロセスを開始する目的で、情報ビットサイズ、変調方式、および符号化率を、この情報によって（通常はリソース割当て情報と組み合わせて）選択することができる。場合によっては、変調方式を明示的にシグナリングすることができる。
− ハイブリッドＡＲＱ情報：
− プロセス番号：データの取得先のハイブリッドＡＲＱプロセスをユーザ機器に知らせる。
− シーケンス番号または新規データインジケータ：新しいパケットを送信するのか、あるいはパケットを再送信するのかをユーザ機器に知らせる。
− 冗長バージョンもしくはコンステレーションバージョンまたはその両方：それぞれ、使用するハイブリッドＡＲＱ冗長バージョン（レートマッチングに必要である）、および、使用する変調コンステレーションバージョン（変調に必要である）を、ユーザ機器に知らせる。
− ユーザ機器識別情報（ユーザ機器ＩＤ）：データを送信するべきユーザ機器を知らせる。一般的な実施形態においては、この情報は、制御情報が別のユーザ機器に読まれることを防止する目的で、第１層／第２層制御シグナリングのＣＲＣをマスクするために使用される。

上述したさまざまな情報を送信する実際の方法には、いくつか異なるバリエーションが存在する。さらには、第１層／第２層制御情報は、さらなる情報を含んでいることもでき、あるいは、いくつかの情報を省くことができる。例えば以下のとおりである。

− 同期ＨＡＲＱプロトコルの場合、ＨＡＲＱプロセス番号が必要ないことがある。
− チェイス合成（Chase Combining）を使用する（冗長バージョンあるいはコンステレーションバージョンがつねに同じである）場合、または冗長バージョンあるいはコンステレーションバージョンのシーケンスが定義済みの場合には、冗長バージョンもしくはコンステレーションバージョンまたはその両方が必要ないことがある。
− 電力制御情報を制御シグナリングにさらに含めることができる。
− ＭＩＭＯに関連する制御情報（例えばプリコーディング情報）を制御シグナリングにさらに含めることができる。
− 複数の符号語によるＭＩＭＯ送信の場合には、複数の符号語のためのトランスポートフォーマットもしくはＨＡＲＱ情報またはその両方を含めることができる。

ＬＴＥにおいてＰＤＣＣＨでシグナリングされる上りリンクリソース割当て（ＰＵＳＣＨ）では、第１層／第２層制御情報にＨＡＲＱプロセス番号が含まれず、なぜなら、ＬＴＥの上りリンクでは同期ＨＡＲＱプロトコルが採用されているためである。上りリンク送信に使用されるＨＡＲＱプロセスは、タイミングによって認識される。さらには、冗長バージョン（ＲＶ）情報は、トランスポートフォーマット情報と一緒に符号化される、すなわち、ＲＶ情報はトランスポートフォーマット（ＴＦ）フィールドに埋め込まれることに留意されたい。ＴＦフィールドまたはＭＣＳフィールドのサイズは、例えば、３２個のエントリに対応する５ビットである。ＴＦ／ＭＣＳテーブルの３個のエントリは、ＲＶ１、ＲＶ２、またはＲＶ３を示すために予約されている。ＭＣＳテーブルの残りのエントリは、ＲＶ０を暗黙的に示すＭＣＳレベル（ＴＢＳ）をシグナリングするために使用される。ＰＤＣＣＨのＣＲＣフィールドのサイズは１６ビットである。さらには、上りリンクリソース割当ての第１層制御情報にはいわゆるＣＱＩ要求ビットが含まれ、このビットは、スケジューリング制御式上りリンク送信の中に下りリンクのチャネル品質情報（ＣＱＩ）を含めるようにユーザ機器に命令する目的で、基地局装置が設定する。基地局装置は、このＣＱＩ情報を使用して下りリンクデータ送信をスケジューリングする。ＣＱＩ要求ビットによって、基地局装置は、ユーザ機器の下りリンクチャネル条件に関する情報をポーリングすることができる。

ＬＴＥにおいてＰＤＣＣＨでシグナリングされる下りリンク割当て（ＰＤＳＣＨ）では、冗長バージョン（ＲＶ）は、２ビットのフィールドにおいて個別にシグナリングされる。さらに、変調次数情報が、トランスポートフォーマット情報と一緒に符号化される。上りリンクの場合と同様に、５ビットのＭＣＳフィールドがＰＤＣＣＨでシグナリングされる。エントリのうち３個は、明示的な変調次数をシグナリングするために予約されており、トランスポートフォーマット（トランスポートブロック）情報は提供されない。残りの２９個のエントリにおいては、変調次数およびトランスポートブロックサイズ情報がシグナリングされる。

ＬＴＥのさらなる発展（ＬＴＥ−Ａ）
昨年１１月の世界無線通信会議２００７（ＷＲＣ−０７）において、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄの周波数スペクトルが決定された（［４］）。ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄのための全体的な周波数スペクトルは決定されたが、実際に利用可能な周波数帯域幅は、地域または国によって異なる。しかしながら、利用可能な周波数スペクトルのアウトラインの決定に続いて、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）において無線インタフェースの標準化が開始された。３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＃３９会合では、「Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)」に関する検討項目の記述が承認された。この検討項目は、Ｅ−ＵＴＲＡを進化・発展させるうえで（例えば、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄの要求条件を満たすために）考慮すべき技術要素をカバーしている。以下では、ＬＴＥ−Ａに関連して現在検討されている２つの主要な技術要素について説明する。

ＬＴＥ−Ａにおける、より広い帯域幅のサポート
より広い送信帯域幅（例えば、最大１００ＭＨｚ）およびスペクトルアグリゲーションをサポートする目的で、ＬＴＥ−Ａでは、キャリアアグリゲーション（２つ以上のコンポーネントキャリアがアグリゲートされる）が考慮されている。

端末は、以下のように自身の能力に応じて１つまたは複数のコンポーネントキャリアを同時に受信または送信することができる。
− キャリアアグリゲーションのための受信能力もしくは送信能力またはその両方を備えたＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ端末は、複数のコンポーネントキャリアを同時に受信する、もしくは送信する、またはその両方を行うことができる。コンポーネントキャリアあたり１個のトランスポートブロック（空間多重化が行われないとき）および１つのＨＡＲＱエンティティが存在する。

− ＬＴＥリリース８の端末は、コンポーネントキャリアの構造がリリース８の仕様に従う場合、１つのみのコンポーネントキャリア上で受信および送信を行うことができる。

少なくとも、アグリゲートされるコンポーネントキャリアの数が上りリンクと下りリンクとで同じであるとき、すべてのコンポーネントキャリアを、ＬＴＥリリース８互換として構成することが可能である。ただし、ＬＴＥ−Ａのコンポーネントキャリアを非後方互換として構成することが除外されるものではない。

ＬＴＥ−Ａにおける中継機能のサポート
ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、中継は、例えば、高いデータレートのカバレッジ、グループモビリティ（group mobility）、一時的なネットワーク配備、およびセルエッジスループットを改善する、あるいは新しいエリアにカバレッジを提供するためのツールとして考慮される。

中継ノードは、ドナーセル（donor cell）を介して無線アクセスネットワークに無線接続される。接続は、以下の方式とすることができる。

− インバンド（帯域内）。この場合、ネットワークと中継ノードの間のリンクと、ドナーセル内のネットワークとユーザ機器の間の直接的なリンクとが同じ帯域を共有する。この場合、リリース８のユーザ機器はドナーセルに接続できるべきである。
− アウトバンド（帯域外）。この場合、ネットワークと中継ノードの間のリンクは、ドナーセル内のネットワークとユーザ機器の間の直接的なリンクとは異なる帯域で動作する。

中継は、ユーザ機器側の認識状態に基づいて、以下のように分類することができる。

− 透過的（トランスペアレント）な中継。この場合、ユーザ機器は自身が中継を介してネットワークと通信しているか否かを認識していない。
− 非透過的な中継。この場合、ユーザ機器は自身が中継を介してネットワークと通信しているか否かを認識している。

中継ノードは、中継方式に応じて、
− ドナーセルの一部、または、
− 自身の制御セルの一部、
とすることができる。

中継ノードがドナーセルの一部である場合、中継ノードは、自身のセル識別情報を持たない（中継ノードＩＤは依然として持つことができる）。無線リソース管理（ＲＲＭ）の少なくとも一部は、ドナーセルが属している基地局装置によって制御されるのに対して、ＲＲＭの一部は中継ノード側に位置していることができる。この場合、中継ノードは、ＬＴＥリリース８のユーザ機器もサポートすることが好ましい。このタイプの中継の例として、スマート中継器（smart repeater）、復号転送中継器（decode-and-forward relay）、および各種の第２層中継器が挙げられる。

中継ノードが自身のセルを制御する場合、中継ノードは１つまたは複数のセルを制御し、中継ノードによって制御されるセルそれぞれにおいて物理層の一意のセル識別情報が提供される。同じＲＲＭメカニズムが利用可能であり、ユーザ機器の観点からは、中継ノードによって制御されているセルと、「通常の」基地局装置によって制御されているセルとで、アクセスするうえでの違いはない。中継ノードによって制御されるセルは、ＬＴＥリリース８のユーザ機器もサポートするべきである。セルフバックホーリング（self-backhauling）（第３層の中継）は、このタイプの中継を使用する。

図４は、中継ノード（ＲＮ）を利用する例示的なＬＴＥ−Ａシステムを示している。基地局装置と中継ノードとの間の無線インタフェース（中継ノードを無線アクセスネットワークに接続する）は、Ｓ１インタフェースと称される。

３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）においては、ユーザ機器はＩＤＬＥモードからＡＣＴＩＶＥモードへの遷移を１００ｍｓ以内に実行できることが要求され、すなわち、最初のアクセスを１００ｍｓ以内に確立する必要がある。この遅延要件は、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）では満たすことができる。しかしながら、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）では、制御プレーンの全体的な待ち時間（すなわちＩＤＬＥからＡＣＴＩＶＥへの遷移）が、ＥＰＳ（進化型パケットシステム：EPS Evolved Packet System）３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）と比較して、大幅に短くなる。ＲＲＣ＿ＩＤＬＥモードからＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ接続モードへの遷移時間として現在考慮されている望ましい目標値は、約５０ｍｓであるが、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）の現在の仕様におけるコンテンションベースのＲＡＣＨ手順では、セルエッジのユーザ機器においてこの値を達成することはできない。

3GPP RAN WG#2 Tdoc. R2- R2-062606, "QoS operator requirements/use cases for services sharing the same bearer", by T-Mobile, NTT DoCoMo, Vodafone, Orange, KPN 3GPP TS 36.321, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification", version 8.5.0

本発明の１つの目的は、移動通信システムにおいて使用するための高速なランダムアクセス手順を提案することである。

したがって、本発明の一態様は、移動端末とその基地局との間のＲＲＣ接続の確立と、移動通信システムのコアネットワークに向かう、基地局の接続（ユーザプレーン無線アクセスベアラ）の確立とを、並列化することを提案する。発明者は、このような並列化を実施するうえでの１つの問題が、接続を確立する理由を基地局に実際に知らせる、ランダムアクセス手順における移動端末による最初のスケジューリング制御式送信のサイズであることを認識した。例えば、電力が制限されている移動端末（例：セルエッジにおける移動端末）においては、最初のスケジューリング制御式送信のサイズが大幅に制限されることがあり、したがって、ＲＲＣ接続の確立とＳ１接続の確立（これによってアクセス層セキュリティ有効化（access stratum security activation）および無線ベアラの確立が開始される）とを平行して実行するための情報すべてを提供する十分な情報を、移動端末によって送ることができない。

したがって、本発明の別の（上記に代わる）目的は、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信においてより多くの情報を伝えることのできるランダムアクセス手順を提案することである。

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の２番目の目的を解決するため、本発明の別の態様は、最初のスケジューリング制御式送信において使用するべき送信モードを移動端末にシグナリングするメカニズムを提案することである。基地局は、移動端末からのランダムアクセスプリアンブルを受信することに応えてランダムアクセス応答を移動端末に送り、この応答の中で送信モードを示す。

したがって、本発明の一実施形態は、ランダムアクセス手順において基地局から移動端末に送信されるランダムアクセス応答メッセージに関する。ランダムアクセス応答メッセージは、スケジューリング制御式上りリンク送信のためのリソースを移動端末に許可するリソースグラントフィールドと、さらには、スケジューリング制御式上りリンク送信の送信モードを示す送信モードインジケータと、を備えている。

送信モードインジケータは、一例においては、スケジューリング制御式上りリンク送信において移動端末がＴＴＩバンドリングモード（TTI bundling mode）を使用するべきか否かを示す。ＴＴＩバンドリングモードにおいては、移動端末は、例えば、同じトランスポートブロックの複数の冗長バージョンを、許可されたリソースで、複数の連続する送信時間間隔において送ることができる。連続する送信時間間隔（ＴＴＩ）において送信の「束（バンドル）」が送られるため、復号化プロセスにおいてトランスポートブロック（の冗長バージョン）の個々の送信を合成することによって達成される合成ゲインにより、正常に復号化される確率が大幅に高まり、その一方で、スケジューリング制御式送信においてＨＡＲＱを利用するときの再送信遅延がさらに減少する。

本発明の例示的な一実施形態においては、送信モードインジケータは、ランダムアクセス応答メッセージの個別のフィールドに含まれる。一例においては、この個別のフィールドは、スケジューリング制御式上りリンク送信のためのグラントを含んでいるリソースグラントフィールドの一部とすることができる。

本発明の別の例示的な実施形態においては、リソースグラントフィールドは、フラグを備えている。このフラグは、実行されるランダムアクセスがコンテンションベースであるか非コンテンションベースのランダムアクセスであるかに応じて、異なる意味に解釈される。ランダムアクセス手順がコンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、フラグは送信モードインジケータをシグナリングする。ランダムアクセス手順が非コンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、フラグは、移動端末からのＣＱＩ報告を要求するＣＱＩ要求ビットである。

本発明の別の実施形態によると、ランダムアクセス応答メッセージは、移動端末の送信と基地局とを同期させるためのタイミングアドバンスコマンドと、一時的なセル無線ネットワーク一時識別子（一時的なＣＲＮＴＩ）の割当てとをさらに備えている。

本発明の別の実施形態は、移動通信システムにおいて使用するためのランダムアクセス手順を提供する。このランダムアクセス手順においては、基地局は、移動端末からのランダムアクセスプリアンブルを受信することに応えて、ランダムアクセス応答を送信する。ランダムアクセス応答メッセージは、移動端末によるスケジューリング制御式送信のためのグラントと、スケジューリング制御式送信の上りリンク送信モードの指示情報とを備えている。ランダムアクセス応答メッセージは、一例においては、本明細書に記載した複数の異なる実施形態の１つによるメッセージである。

本発明のさらなる実施形態においては、ランダムアクセス手順の一部として、移動端末がランダムアクセスプリアンブルを基地局に送信する。ランダムアクセスプリアンブルは、スケジューリング制御式上りリンク送信の、移動端末によって要求される送信モード、を基地局に示す。一例においては、プリアンブルは、移動端末がスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用することを希望するか否かを基地局にシグナリングする。

この実施形態のバリエーションによるランダムアクセス手順においては、移動端末は、定義済みの複数のプリアンブルからランダムアクセスプリアンブルを選択する。定義済みのプリアンブルは、異なるグループに割り当てられており、これらのグループは、スケジューリング制御式上りリンク送信の、要求されるそれぞれの送信モード、に関連付けられている。例えば、定義済みのプリアンブルは、スケジューリング制御式上りリンク送信の、要求されるそれぞれの送信モードに関連付けられる異なるグループ、に割り当てられており、さらに、移動通信システムの特定のリリースとの移動端末の互換性を示す。言い換えれば、送信モードの指示情報は、リリースの指示情報、すなわち特定の移動通信システムに対する移動端末の互換性の指示情報と考えることができる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）および３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）をサポートする３ＧＰＰベースの通信システムにおいて本発明を使用するとき、送信モードインジケータ／リリースインジケータは、ユーザ機器が３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）をサポートしているか否かを示すことができる。

本発明の別の実施形態においては、ランダムアクセス手順は、ランダムアクセス応答メッセージに示されている送信モードに従って移動端末からスケジューリング制御式上りリンク送信を基地局に送信するステップ、をさらに含んでいる。

この例示的な実施形態においては、送信モードは、例えば、ＴＴＩバンドリングモードとすることができる。したがって、移動端末は、同じトランスポートブロックの複数の異なる冗長バージョンを、ランダムアクセス応答メッセージにおいて許可されたリソースで、複数の連続する送信時間間隔において送信する。

本発明の別の実施形態においては、スケジューリング制御式上りリンク送信は、ＲＲＣ接続要求と、非アクセス層サービス要求メッセージとを備えている。したがって、基地局は、ＲＲＣ接続要求および非アクセス層サービス要求のそれぞれに応えて、無線インタフェース上のＲＲＣ接続の確立と、最初のセキュリティ有効化および無線ベアラの確立とを、平行して実行することができる。厳密に言えば、ＲＲＣ接続確立手順と、最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立の手順は、ランダムアクセス手順の一部ではないが、ランダムアクセス手順が、アイドルモードから接続モードに遷移する移動端末において実行される最初の手順であり、この手順に続いて、ＲＲＣ接続の確立と、最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立とが行われるものと考えることができる。

この実施形態の例示的な一実装形態においては、接続確立手順は、基地局と移動端末との間のＲＲＣ接続を確立し、非アクセス層手順は、基地局と、移動通信システムのコアネットワークにおけるコアネットワークノードとの間の接続を確立する。３ＧＰＰ ＬＴＥシステムまたは３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａシステムにおいては、基地局と、移動通信システムのコアネットワークにおけるコアネットワークノードとの間の「接続」は、基地局（基地局装置ｅＮｏｄｅ Ｂ）と、コアネットワークにおけるそのサービングゲートウェイ（ＳＧＷ）との間の、いわゆるＳ１インタフェースのベアラである。一般には、このようなＳ１接続は、移動端末（ユーザ機器）をサーブしている移動管理エンティティ（ＭＭＥ）（制御プレーンのシグナリングを処理する）によって確立される。

本発明のさらなる実施形態においては、ランダムアクセス手順は、ネットワークとのＲＲＣ接続を確立する移動端末によって実行される。

本発明の別の実施形態は、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する基地局を提供する。この基地局は、移動端末からランダムアクセスプリアンブルを受信する受信器を備えている。さらに、基地局は、ランダムアクセスプリアンブルを受信することに応えてランダムアクセス応答を移動端末に送信する送信器、を備えている。ランダムアクセス応答メッセージは、移動端末によるスケジューリング制御式送信のためのグラントと、スケジューリング制御式送信の上りリンク送信モードの指示情報とを備えている。

基地局の受信器は、さらに、ランダムアクセス応答に対応して、ランダムアクセス応答に示されている送信モードに従ってのスケジューリング制御式上りリンク送信、を移動端末から受信するように動作することができる。このスケジューリング制御式上りリンク送信は、例えば、ＲＲＣ接続要求および非アクセス層サービス要求を備えており、基地局は、このスケジューリング制御式上りリンク送信に応えて、ＲＲＣ接続確立手順と、基地局とコアネットワークとの間のＳ１接続の確立とを、平行して実行する。

本発明のさらなる実施形態は、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する移動端末を提供する。この移動端末は、ランダムアクセスプリアンブルを基地局に送信する送信器と、ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えての基地局からのランダムアクセス応答、を受信する受信器と、を備えている。ランダムアクセス応答メッセージは、移動端末によるスケジューリング制御式送信のためのグラントと、スケジューリング制御式送信の上りリンク送信モードの指示情報とを備えている。

移動端末の送信器は、オプションとして、ランダムアクセス応答に応えて、スケジューリング制御式上りリンク送信を、ランダムアクセス応答に示されている送信モードに従って移動端末から送信するように、さらに構成ことができる。

本発明のこの実施形態の別のバリエーションにおいては、スケジューリング制御式上りリンク送信は、ＲＲＣ接続要求および非アクセス層サービス要求を備えている。

本発明の別の実施形態は、命令を格納しているコンピュータ可読媒体であって、命令が基地局のプロセッサによって実行されたとき、それに起因して、基地局が、移動端末からランダムアクセスプリアンブルを受信するステップと、ランダムアクセスプリアンブルを受信することに応えてランダムアクセス応答を移動端末に送信するステップであって、ランダムアクセス応答メッセージが、移動端末によるスケジューリング制御式送信のためのグラントと、スケジューリング制御式送信の上りリンク送信モードの指示情報と、を備えている、ステップと、によって、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する、コンピュータ可読媒体、に関する。

移動端末側に関して、本発明の別の実施形態は、命令を格納しているコンピュータ可読媒体であって、命令が移動端末のプロセッサによって実行されたとき、それに起因して、移動端末が、ランダムアクセスプリアンブルを基地局に送信するステップと、ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えての基地局からのランダムアクセス応答を受信するステップであって、ランダムアクセス応答メッセージが、移動端末によるスケジューリング制御式送信のためのグラントと、スケジューリング制御式送信の上りリンク送信モードの指示情報と、を備えている、ステップと、によって、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する、コンピュータ可読媒体、を提供する。

以下では、本発明について、添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。図面において、類似または対応する細部には同じ参照数字を付してある。

３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの例示的なアーキテクチャを示している。 ＬＴＥのＥ−ＵＴＲＡＮアーキテクチャ全体の例示的な概要を示している。 シングルキャリアＦＤＭＡ方式における上りリンク帯域幅の例示的な局在型割当てを示している。 いくつかの中継ノード（ＲＮ）を含んでいる、ＬＴＥ−ＡのＥ−ＵＴＲＡＮアーキテクチャ全体の例示的な概要を示している。 ３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）システムにおけるコンテンションベースのランダムアクセス手順のシグナリングメッセージを示している。 ３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）システムにおけるコンテンションフリーのランダムアクセス手順のシグナリングメッセージを示している。 ３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のＲＡＣＨ手順によるランダムアクセス応答メッセージのメッセージフォーマットを示している。 ３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）システムにおける、最初のアクセス手順（すなわち、ＲＲＣ＿ＩＤＬＥ状態からＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態への遷移）のシグナリングメッセージを示している。 本発明の例示的な実施形態による、最初のアクセス手順（すなわち、ＲＲＣ＿ＩＤＬＥ状態からＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態への遷移）のシグナリングメッセージを示している。 ランダムアクセス手順を実行するときの、本発明の異なる実施形態による、移動端末の動作の流れ図を示している。 ランダムアクセス手順を実行するときの、本発明の例示的な実施形態による、基地局の動作の流れ図を示している。 本発明の例示的な実施形態による、送信のＴＴＩバンドリングを示している。 本発明の例示的な実施形態によると、ランダムアクセス応答メッセージの代替メッセージフォーマットを示している。 本発明の例示的な実施形態によると、ランダムアクセス応答メッセージの代替メッセージフォーマットを示している。 ランダムアクセス手順を実行するときの、本発明の異なる実施形態による、移動端末の動作の流れ図を示している。

以下では、本発明のさまざまな実施形態について説明する。これら実施形態のほとんどは、背景技術のセクションで説明した３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）およびＬＴＥ−Ａ（リリース１０）の移動通信システムによる直交シングルキャリア上りリンク無線アクセス方式に関連して概説してあるが、これは例示を目的としているにすぎない。本発明は、前述した３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）通信システムやＬＴＥ−Ａ（リリース１０）通信システムなどの移動通信システムと組み合わせて有利に使用できるが、本発明は、この特定の例示的な通信ネットワークにおける使用に限定されないことに留意されたい。

背景技術のセクションにおける説明は、本明細書に記載した主として３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）およびＬＴＥ−Ａ（リリース１０）に関連する例示的な実施形態を深く理解することを目的としており、移動通信ネットワークにおけるプロセスおよび機能の、説明した特定の実施形態に本発明を制限するものではないことを理解されたい。しかしながら、本明細書に提案するランダムアクセス手順の改良は、背景技術のセクションに説明したアーキテクチャ／システムにおいて容易に適用することができ、本発明のいくつかの実施形態においては、これらのアーキテクチャ／システムの標準的な手順および改良された手順を利用することもできる。

図８は、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）システムにおいて、ＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードに遷移するときにユーザ機器（ＵＥ）によって実行する必要のある手順を示している。この手順は、ランダムアクセス手順と、その後のＲＲＣ接続確立手順と、それに続く最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立の手順を含んでいる。さらに、図８は、それぞれのメッセージを処理するための、ユーザ機器、基地局装置、およびＭＭＥにおけるさまざまな遅延（８０１、８０２、８０３、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、および８１４）を、例示的に示している。最初、ユーザ機器は、ＲＲＣ ＩＤＬＥモードにあるものと想定する。

ランダムアクセス手順は、図５を参照しながら前述した手順に対応している。スケジューリング制御式送信において、ユーザ機器は、ＲＲＣ接続確立要求を送信に含めることによって、ＲＲＣ接続の確立を希望することを示す。このＲＲＣ接続確立要求に応えて、基地局装置は、ユーザ機器と基地局装置との間にシグナリング接続（制御プレーン）を確立するためのＲＲＣ接続確立メッセージをユーザ機器に送り（８０５）、このメッセージは、ＳＲＢ１（シグナリング無線ベアラ１）を含む最初の無線リソース設定を備えている。なお、ＲＲＣ接続確立メッセージは、（図５のステップ５０４に示した）コンテンション解決メッセージとしての役割を果たすことにさらに留意されたい。

ユーザ機器は、これに応えてＲＲＣ接続確立完了をシグナリングすることにより、制御プレーンが正常に設定されたことを基地局装置に知らせるメッセージを送る（８０７）。このメッセージは、ＲＲＣ接続確立完了に加えて、最初の上りリンク非アクセス層メッセージ、すなわちサービス要求メッセージ（例えば、ＶｏＩＰ通信などのサービスのためのユーザプレーン無線リソースを要求する）（ＮＡＳサービス要求とも称する）を備えている。このサービス要求手順の目的は、上りリンクのユーザデータまたはシグナリングを送るときに、ＥＣＭモードをＥＣＭ−ＩＤＬＥモードからＥＣＭ−ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモード（ＥＣＭ＝ＥＰＳ接続管理）に遷移し、Ｕｕインタフェースにおける無線ベアラとＳ１ベアラを確立することである。

基地局装置は、このＮＡＳサービス要求に応えてＳ１接続の確立を開始し、これによって、アクセス層セキュリティ有効化と、ＳＲＢ２（シグナリング無線ベアラ２）および１つまたは複数のデータ無線ベアラの確立とがトリガーされる（最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立）。基地局装置は、接続要求をＭＭＥに送る（８０９）ことによって、Ｓ１接続（基地局装置←→コアネットワーク）の確立を開始する。基地局装置は、完全性保護および暗号化を有効にするためのセキュリティモードコマンドメッセージを送る。このメッセージ（完全性保護されているが暗号化されていない）は、どのアルゴリズムを使用するかを示す。ユーザ機器は、セキュリティモード制御メッセージの完全性保護を検証し、その完全性を確認できる場合、以降のメッセージすべてに完全性保護および暗号化が適用されるように下位層を設定する（例外として応答メッセージ（すなわちセキュリティモード完了メッセージ）には暗号化が適用されない）。さらに、基地局装置は、第２のシグナリングベアラ（制御プレーントラフィック用）および１つまたは複数の個別無線ベアラ（ユーザプレーントラフィック用）を確立するために使用される無線リソース設定を含んだＲＲＣ接続再設定メッセージを送る（８１３）。このメッセージは、それ以外の情報（例えばピギーバックＮＡＳメッセージや測定設定）を含んでいることもできる。ユーザ機器は、ベアラの設定を確認するＲＲＣ接続再設定完了メッセージを返す（８１５）。

図８において、いくつかのメッセージは、実行される複数の異なる手順の１つに明確には属していない。例えば、ステップ５０３におけるスケジューリング制御式送信は、それ自体はランダムアクセス手順の一部である。しかしながら、その内容（すなわちＲＲＣ接続要求）は、すでにＲＲＣ接続確立手順の一部である。また、ステップ８０５におけるＲＲＣ接続確立メッセージは、ＲＲＣ接続確立手順を開始する一方で、ランダムアクセス手順のコンテンション（競合）解決も含んでいるため、ランダムアクセス手順を終了させる。同様に、ＲＲＣ接続再設定完了メッセージは、ＲＲＣ接続確立手順を終了させているが、ＮＡＳサービス要求は、最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立手順の一部である。したがって、異なる手順を示す、破線で囲んだいくつかの長方形は、いくつかのメッセージにおいて重なり合っている。

本発明の一態様は、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）の手順において上に例示的に示した、ＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードへの遷移において、全体的な遅延を減少させることである。これを達成する１つの手段は、ランダムアクセス手順時の移動端末の最初のスケジューリング制御式送信において、ＲＲＣ接続要求と一緒に非アクセス層（ＮＡＳ）サービス要求を送ることである。これによって、移動端末と基地局との間のＲＲＣレベルの接続と、基地局とコアネットワークとの間の、要求されるサービスのための無線ベアラとを、平行して確立することができる。

例えば、３ＧＰＰベースのシステム、例えば３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）または３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）における例示的な実装形態においては、ランダムアクセス手順時にＲＲＣ接続要求と一緒に非アクセス層（ＮＡＳ）サービス要求をシグナリングすることによって、ユーザ機器と基地局装置との間のエアインタフェース（すなわちＵｕインタフェース）におけるＲＲＣ接続と平行して、ユーザ機器の基地局装置とサービングゲートウェイ（ＳＧＷ）との間のＳ１インタフェースも確立することができ、これにより遅延が大幅に減少する。

図９は、本発明の例示的な実施形態による、ＲＲＣ＿ＩＤＬＥモードからＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードに遷移するためのシグナリング手順を示しており、この手順は、ランダムアクセス手順を含んでおり、ＲＲＣ接続の確立と平行してＳ１インタフェースの確立が実行される。

図５および図９を参照しながら上述した手順と同様に、ユーザ機器は最初にアイドルモードにあり、ランダムアクセスプリアンブルを基地局装置に送信する（９０１）ことによってランダムアクセス手順を開始し、基地局装置は、これに応えて、（前述したように）ランダムアクセス応答を送る（９０２）。本発明のこの実施形態によると、ユーザ機器は、ランダムアクセス応答によってスケジューリングされる送信において、ＲＲＣ接続確立要求とＮＡＳサービス要求とを同時に、すなわちＲＲＣ接続確立要求とＮＡＳサービス要求メッセージとを連結して、基地局装置に送信する（９０３）。したがって、基地局装置は、ＲＲＣ接続確立手順とＮＡＳ手順（最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立）の実行を平行して開始することができ、これによって、ユーザ機器がＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードに遷移するときの全体的な遅延が大幅に減少する。ＲＲＣ接続の確立およびＮＡＳ手順は、図８を参照しながら上述した手順に対応するが、異なる点として、ＲＲＣ接続の確立と、接続要求９０６（およびそれに応えての基地局装置が受信する接続確立（９０７））とが、平行して実行され、ステップ９０５においてＲＲＣ接続確立完了とＮＡＳサービス要求とが一緒にはシグナリングされない。

図８と同様に、図９のいくつかのメッセージは、実行される複数の異なる手順の１つに明確には属していない。この場合も、ステップ９０３におけるスケジューリング制御式送信は、それ自体はランダムアクセス手順の一部である。しかしながら、その内容（すなわちＲＲＣ接続要求）は、すでにＲＲＣ接続確立手順の一部であり、その一方で、ＮＡＳサービス要求は、最初のセキュリティ有効化および無線ベアラ確立手順に属すものとみなすことができる。したがって、異なる手順を示す、破線で囲んだいくつかの長方形は、いくつかのメッセージにおいて重なり合っている。

３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のコンテンションベースのランダムアクセス手順の１つの問題は、最初のスケジューリング制御式上りリンク送信（図５および図８のステップ５０３を参照）のサイズが限られていることである。この時点では電力制御が実際に機能していないため、多大なＨＡＲＱ再送信が要求される（それによりランダムアクセス手順（ＲＡＣＨ手順）全体が遅延する）ことなくこのメッセージの中で送信できるのは、少数のビットのみである。３ＧＰＰ ＲＡＮワーキンググループ＃１による検討によると、３ＧＰＰ ＬＴＥリリース８においては、コンテンションベースのランダムアクセス手順における最初のスケジューリング制御式送信の最小サイズは、セルのカバレッジおよびユーザ機器の電力制限を考慮したとき、５６ビットであることが示された。この５６ビットは、基本的には「最悪の場合の」シナリオ（すなわち、セルエッジにおける、電力が制限されたユーザ機器）である。なお、５６ビットのメッセージサイズをサポートするため２回のＨＡＲＱ再送信が想定されていることに、さらに留意されたい。

最初のアクセスのシナリオ（すなわちＲＲＣ ＩＤＬＥ状態からＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤへの遷移）について考えると、コンテンションベースのランダムアクセス手順において最初のスケジューリング制御式送信のサイズが限られていることにより（例えばセルエッジに位置するユーザ機器にのみあてはまる）、いくつかの不都合が生じ、以下ではこれらの点についてさらに詳しく説明する。ＲＲＣ ＩＤＬＥからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤに遷移するとき、ユーザ機器は特定の遅延要件を満たしている必要がある。リリース８においては、この要件は１００ｍｓであり、すなわち最初のアクセス（すなわちアイドルモードから接続モードへの遷移）は１００ｍｓ以内に確立する必要がある。３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）では、この遅延要件を満たすことができる。しかしながら、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）では、制御プレーンを有効化するときの全体的な待ち時間（すなわちＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードへの遷移）は、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）と比較して大幅に短くなる。アイドルモードから接続モードへの遷移時間として現在考えられている望ましい目標値は、約５０ｍｓである。

図９を参照しながら上述したように、本発明の一態様は、ＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードに遷移するときの全体的な遅延を、ＲＲＣ接続の確立とＳ１接続の確立とを平行して実行することによって減少させることであり、そのためにユーザ機器は、ＮＡＳサービス要求を、できる限り迅速に、好ましくはランダムアクセス手順の一部として、基地局装置に伝えることが要求される（図９のステップ９０３を参照）。ステップ９０３のスケジューリング制御式送信においてＲＲＣ接続要求と一緒にＮＡＳサービス要求を送ることができるようにするためには、この送信の最小メッセージサイズを拡張する必要がある。３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）におけるようにスケジューリング制御式送信に５６ビットしか割り当てられない場合、ＲＲＣ接続要求と一緒にＮＡＳサービス要求も伝えることはできない。しかしながら、ランダムアクセス手順におけるスケジューリング制御式送信により多くの帯域幅を単純に割り当てる対策では、例えば、電力が制限されたユーザ機器の場合、ユーザ機器で利用可能な、リソース要素（ＲＥ）あたりの電力が減少しており電力が制限されているため、この問題は解決しない。

したがって、本発明の別の態様は、ランダムアクセス手順時に移動端末の最初のスケジューリング制御式送信によって送ることのできるビット数（トランスポートブロックサイズ）を増大させることができ、したがって例えば、ＲＲＣ接続要求と一緒にＮＡＳサービス要求をシグナリングすることができる、改良されたランダムアクセス手順を提案することである。

一般的には、セルの境界付近の移動端末は、上りリンクの電力制限がしばしば生じるものと想定することができる。場合によっては、目標のブロック誤り率（ＢＬＥＲ）を達成するためには、たとえ少量のデータ（例：ＶｏＩＰパケット）であっても分割する必要が生じることがある。このような場合において上りリンクカバレッジの問題を克服する１つの方法は、ＲＬＣ層（第２層）においてパケットを分割し、ＨＡＲＱ再送信を使用することである。

３ＧＰＰ ＬＴＥネットワークおよび３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａネットワークにおいては、基地局装置のスケジューラは、ユーザが上りリンク送信に使用するべきトランスポートブロックサイズを選択するとき、チャネル条件を考慮する。したがって、電力が制限されたユーザ機器は、一般には小さいトランスポートブロックサイズのグラントを受け取る。選択されたトランスポートブロックサイズが、例えば１個のＶｏＩＰパケットおよび必要なＲＬＣ／ＭＡＣヘッダを伝えるにも小さすぎる場合、いくつかのトランスポートブロックが許可される必要がある。この場合、ＲＬＣ層セグメンテーション（分割）が適用される。この方法は、動的スケジューリングとセミパーシステントスケジューリングの両方に使用することができる。しかしながら、小さいパケットを分割することは、オーバーヘッドの面でいくつか欠点がある。本質的には、個々のＲＬＣ ＰＤＵそれぞれにＲＬＣ／ＭＡＣヘッダが必要であり、これによりオーバーヘッドが生じる。さらには、ＨＡＲＱ（再）送信それぞれに対してリソースを許可するための第１層／第２層制御メッセージが必要である。要求される再送信の回数が多いと、第１層／第２層制御チャネルの負荷が大きくなる。

電力が制限されているユーザ機器において、特に、ランダムアクセス手順における最初のスケジューリング制御式送信のトランスポートブロックサイズに関するこれらの問題を回避する目的で、本発明の別の実施形態は、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信のための上りリンク送信モード（ＴＴＩバンドリングと称する）を使用することを提案する。このＴＴＩバンドリングモードでは、上りリンクカバレッジの問題を軽減するため、いくつかのＴＴＩを束にする（バンドル）。

図１２は、本発明の例示的な実施形態による、トランスポートブロックの、「バンドリング」送信を例示的に示している（例えば、図９のステップ９０３、図１０のステップ１００５、図１１のステップ１１０４に示した、ランダムアクセス手順における最初のスケジューリング制御式送信に対応する）。例示を目的として、４個の連続するサブフレーム（またはＴＴＩ）がバンドリングされるものと想定する。ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信用にＭＡＣ層からの１個のトランスポートブロックを符号化し、４個の連続するサブフレーム（すなわちＴＴＩバンドルとも称する）において反復的に送信し、制御シグナリングは送信全体に対して１セットのみである。バンドルの各ＴＴＩにおいて、トランスポートブロックの冗長バージョン（ＲＶ）を、ＨＡＲＱフィードバックを待たずに（同じＨＡＲＱプロセスにおいて）送る。本発明のこの例示的な実施形態においては、バンドリングされたＴＴＩで送信する場合、非適応型再送信を使用する。ＴＴＩバンドルの最後の送信を受信したときにのみ、ＨＡＲＱフィードバック（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）が送られる（予期される）。ＴＴＩバンドルの再送信も、トランスポートブロックの個々の送信のバンドルである。

図１２から理解できるように、ＴＴＩバンドリングモードでは、非バンドリングモードでの「通常の」動作（上りリンク送信において一般に８個のＨＡＲＱプロセスが使用される）と比較して、ＨＡＲＱプロセスの数を４個に減らすことができる。さらに、ＨＡＲＱラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）は、非バンドリングモード（８ｍｓ）と比較して、ＴＴＩバンドリングモードでは２倍（１６ｍｓ）である。

ＴＴＩバンドリングモードでは、非バンドリング送信モードと比較して、セルエッジのユーザ機器においても、送信できるトランスポートブロックサイズを大きくすることができる。その主な理由として、受信側ノードにおいて復号化の前にＴＴＩバンドルの送信を合成することによって付加的な合成ゲインが達成され、したがって、より伝送レートの高い変調符号化方式を使用することができ、大きなトランスポートブロックサイズにつながる（割り当てられるリソース要素の数が一定のとき）。したがって、ランダムアクセス手順の中でのユーザ機器の最初のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用することによって、セルエッジのユーザ機器においてもトランスポートブロックサイズを大幅に大きくすることができ、したがって最初のスケジューリング制御式送信においてＲＲＣ接続要求とＮＡＳサービス要求とを伝えることができ、これにより、前述したように、ＲＲＣ接続確立手順とＳ１接続確立の並列化が容易になる。

本発明のさらなる実施形態による、ランダムアクセス手順の設計においてさらに考慮される点は、ランダムアクセス手順に関して以前のリリース（例えば３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８））を実装しているユーザ機器の扱いである。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）システムにおいて本発明を採用するとき、本手順が、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）の手順（本明細書に記載した改良されたランダムアクセス手順がユーザ機器によってサポートされない）と互換性があることが望ましいことがある。

当然ながら、本発明の一実施形態によると、後方互換性が要求されない場合には、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信においてデフォルトでＴＴＩバンドリングが使用されるように、通信システムを実施することができ、その場合、この例における送信モードのシグナリングは不要である。

しかしながら、後方互換性が望ましい場合、最初のスケジューリング制御式送信の送信モードを基地局装置が決定することが有利であり得る。これにより、基地局装置が、最初のスケジューリング制御式送信においてバンドルリング送信を回避することもできる。例えば、基地局装置（そのスケジューラ）は、セルの中央のユーザ機器には、ＲＲＣ接続要求およびＮＡＳサービス要求を同時に送るための十分に大きいトランスポートブロックサイズを割り当てることができ、その一方で、最初のアクセスを実行するセルエッジのユーザ機器にはＴＴＩバンドリングを使用する。したがって、本発明の別の実施形態は、基地局（例：３ＧＰＰベースのシステムにおける基地局装置ｅＮｏｄｅ Ｂ）が、移動端末（例：３ＧＰＰベースのシステムにおけるユーザ機器（ＵＥ））からのランダムアクセスプリアンブルを受信することに応えて移動端末に送る、ランダムアクセス応答メッセージの新規のフォーマットを提案することである。この実施形態によると、ランダムアクセス応答メッセージは、スケジューリング制御式上りリンク送信のためのリソースを移動端末に許可するリソースグラントフィールドと、スケジューリング制御式上りリンク送信の送信モードを示す送信モードインジケータとを備えている。この送信モードインジケータは、前述したように、ＴＴＩバンドリングモードまたは後方互換の送信モード（すなわち非バンドリングモード）の使用を示すことができる。

図７は、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のＭＡＣランダムアクセス応答のフォーマットを示している。メッセージの先頭は、使用されていない（すなわちＲ（予約）と表してある）１ビットである。この未使用ビットの後ろは、タイミングアドバンスコマンド（１１ビット）である。次に、ユーザ機器による最初のスケジューリング制御式送信のための上りリンクリソースのグラント（ＵＬ Ｇｒａｎｔ：上りリンクグラント）（２０ビット）、そして、ユーザ機器に割り当てられる一時的Ｃ−ＲＮＴＩ（１６ビット）が続く。

本発明の例示的な一実施形態においては、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）ランダムアクセス応答の先頭の予約ビット（Ｒ）を使用して、ユーザ機器による最初のスケジューリング制御式送信の送信モード（ＴＭ）をシグナリングすることを提案する。このことは図１３に例示的に示してあり、図１３は、本発明の例示的な実施形態による、ランダムアクセス応答メッセージのフォーマットを示している。図１３のメッセージフォーマットは、本質的には図７のフォーマットに対応しており、異なる点として、メッセージの先頭ビット（ＴＭ）を使用して送信モードをシグナリングする。図１３のメッセージフォーマットは、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース１０）において容易に使用することができ、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器（ランダムアクセス応答メッセージの先頭ビットを無視する）との後方互換性が確保される。

本発明の別の実施形態においては、ランダムアクセス応答メッセージのメッセージフォーマットとして、後方互換性の別の定義を提案する。図７に示したように、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のランダムアクセス応答は、ＣＱＩ要求ビット（ＣＱＩ）を含んだリソースグラントフィールド（ＵＬ Ｇｒａｎｔ）を備えている。コンテンションベースのランダムアクセス手順を実行する、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器は、ランダムアクセス応答メッセージを処理するとき、このＣＱＩ要求ビットを予約ビット（Ｒ）と同様に無視する。したがって、コンテンションベースのランダムアクセスにおいて、最初のスケジューリング制御式送信の送信モードを示すために、このＣＱＩ要求ビットを再利用することができる。図１４は、コンテンションベースのランダムアクセス手順において使用するための、本発明の例示的な実施形態による、別のランダムアクセス応答メッセージのメッセージフォーマットを例示的に示している。このフォーマットは、送信モードのインジケータ（ＴＭ）としてＣＱＩ要求ビットを再利用することを除いて、図７のフォーマットに対応している。図１４のメッセージフォーマットも、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース１０）において容易に使用することができる。

さらなる一例においては、非コンテンションベースのランダムアクセスを実行する３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース１０）互換のユーザ機器と、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器によるランダムアクセスに対して、図７のランダムアクセス応答フォーマットを使用し、その一方で、コンテンションベースのランダムアクセスを実行する３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース１０）互換のユーザ機器に対して、図１４のランダムアクセス応答フォーマットを使用することを提案する。言い換えれば、図１４および図７のメッセージのフォーマットは同じであるが、フラグ（ＵＬ Ｇｒａｎｔフィールドの最後のビット）の解釈／意味が、ユーザ機器がコンテンションベースのランダムアクセスを実行しているのか非コンテンションベースのランダムアクセスを実行しているのかと、ユーザ機器が実装しているリリースとに依存する。

次に、本明細書に記載した改良されたランダムアクセス手順を使用する移動端末および基地局の動作について、図１０および図１１を参照しながらさらに詳しく説明する。

図１０は、本発明の実施形態による、コンテンションベースのランダムアクセス手順における移動端末の例示的な動作の流れ図を示している。最初に、移動端末は、コンテンションベースのランダムアクセス手順のための複数のランダムアクセスプリアンブルの１つを選択する（１００１）。複数のプリアンブルは、例えば、システムに事前に定義しておく、またはセルブロードキャストを介して基地局装置によって設定することができる。次いで、移動端末は、選択したランダムアクセスプリアンブルを基地局装置に送り（１００２）、これによってトリガーされるランダムアクセス応答メッセージを基地局装置から受信する（１００３）。ランダムアクセス応答メッセージは、特に、移動端末の最初のスケジューリング制御式送信のためのリソースグラントと、送信モードのインジケータとを含んでいる。一実施形態においては、ランダムアクセス応答メッセージは、図１３または図１４に示したフォーマットを有する。この例示的な実施形態においては、送信モードインジケータはフラグ（１ビット）であり、セットされたとき（例えばフラグ＝１）、移動端末がスケジューリング制御式上りリンク送信を、図１２を参照しながら前述したＴＴＩバンドリングを使用して送るべきであることを示す。送信モードインジケータがセットされていない（例えばフラグ＝０）場合、移動端末は、最初のスケジューリング制御式送信をＴＴＩバンドリングを使用せずに）（すなわち１ＴＴＩでの送信として）送るように命令される。

移動端末は、ランダムアクセス応答において送信モードインジケータがセットされているか否かを調べ（１００４）、その結果に応じた動作を行う。送信モードインジケータがセットされている場合、移動端末は、最初のスケジューリング制御式送信を、ランダムアクセス応答の中のグラントによるスケジューリングに従って、ＴＴＩバンドリングを使用して送信する（１００５）。したがって、移動端末は、トランスポートブロックの１つまたは複数の冗長バージョンが得られるようにトランスポートブロックを構築して符号化する。次いで、移動端末は、トランスポートブロックの冗長バージョンを、ＴＴＩバンドルのそれぞれの送信時間間隔において送信する。

オプションとして、最初のスケジューリング制御式送信を送信するのにＨＡＲＱを使用することができる。したがって、ＴＴＩバンドルの中の送信すべてが同じＨＡＲＱプロセスにおいて送られる。さらには、移動端末は、最初のひとまとまりの送信を送信した後にＨＡＲＱフィードバックを受信し、このフィードバックは、送信バンドルの中で伝えられたトランスポートブロックを基地局装置が正常に復号化できた（ＡＣＫ）か否か（ＮＡＣＫ）を示す。

送信モードインジケータがセットされていない場合、移動端末は、最初の送信を、ランダムアクセスの中のグラントによるスケジューリングに従って、ＴＴＩバンドリングを使用せずに送信する（１００６）。したがって、移動端末は、トランスポートブロックの１つまたは複数の冗長バージョンが得られるようにトランスポートブロックを構築して符号化する。次いで、移動端末は、トランスポートブロックの１つの（好ましくは単独で復号化できる）冗長バージョンを、ランダムアクセス応答メッセージの中のグラントによる割り当てられる送信時間間隔内に送信する。

次に、基地局の動作について図１１を参照しながら説明する。図１１は、本発明の実施形態による、コンテンションベースのランダムアクセス手順における基地局の例示的な動作の流れ図を示している。コンテンションベースのランダムアクセス手順においては、基地局は、最初に、移動端末からランダムアクセスプリアンブルを受信する（１１０１）。このプリアンブルに応えて、基地局装置は、最初のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングをサポートできるかを判定する（１１０２）。この判定は、いくつかの基準、例えば、ランダムアクセス手順においてＴＴＩバンドリングをサポートするための移動端末の能力、基地局の処理負荷、リソースの可用性、移動端末からのＴＴＩバンドリングの要求、のうちの１つまたは複数に基づいて行うことができる。

ＴＴＩバンドリングをサポートできる場合、基地局のスケジューラは、移動端末の最初のスケジューリング制御式送信をスケジューリングして対応するグラントを決定し（１１０３）、このグラントは、送信の物理チャネルリソース（例：リソース要素の数）と、さらなる第１層／第２層制御シグナリングパラメータ（例：変調符号化方式、新規データインジケータ）を示す。

次いで、基地局は、ランダムアクセス応答を生成し、それを移動端末に送信する（１１０４）。例示的な一実装形態として、図１４に示したランダムアクセス応答フォーマットが使用される場合、基地局は、ＴＴＩバンドリングモードの使用を示す送信モードインジケータ（ＴＭ）を、グラントの中でさらにセットする（ＵＬ Ｇｒａｎｔフィールドを参照）。あるいは、別の例示的な実装形態においては、図１３に示したメッセージフォーマットを使用し、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングモードを使用することを示すため、メッセージの先頭ビットにおける送信モードインジケータ（ＴＭ）をセットする。次いで、基地局は、グラントによって割り当てられるリソースでの、ＴＴＩバンドリングを使用しての最初のスケジューリング制御式送信を、移動端末から受信する（１１０５）。基地局は、バンドルの送信（すなわちトランスポートブロックの冗長バージョン）すべてを受信し、基地局の復号器によって復号化を試みる前にそれらを軟合成する。

ＴＴＩバンドリングを使用しない場合における基地局のステップは、送信モードインジケータをセットしないことを除いて上と同様である。この場合も、基地局のスケジューラは移動端末の送信をスケジューリングし（１１０６）、対応するグラントを生成してランダムアクセス応答メッセージにおいて移動端末に送信する（１１０７）。次いで、基地局は、グラントによって割り当てられるリソースでの最初のスケジューリング制御式送信（ＴＴＩバンドリングは使用されていない）を移動端末から受信する（１１０８）。基地局は、送信を受信し、基地局の復号器において復号化を試みる。

なお、図１０および図１１を参照しながら上述した例においては、ランダムアクセス応答メッセージに含まれているグラントに従って移動端末に割り当てられるリソースからは、最初のスケジューリング制御式送信のためのトランスポートブロックサイズとして、ＲＲＣ接続確立要求およびＮＡＳサービス要求を同時に送信するのに十分な大きさのサイズが生成されることに、さらに留意されたい。上述したように、ＴＴＩバンドリングを使用する場合、基地局のスケジューラは、物理チャネルの同じ数のリソース要素が割り当てられる非バンドリング送信と比較して、ＴＴＩバンドルによって軟合成ゲインが得られるため、例えば、より伝送レートの高い変調符号化方式（すなわち、より高次の変調方式もしくはより高い符号化率またはその両方）を使用することができる。

別の例示的な実施形態においては、ランダムアクセス応答メッセージの中でシグナリングされる送信モードインジケータは、ユーザ機器が、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式上りリンク送信を送信するとき、定義されている送信モードの１つを使用するべきであるかを示す。前述したように、送信モードインジケータは、例えば、最初のスケジューリング制御式上りリンク送信においてＴＴＩバンドリングを使用するようにユーザ機器に命令することができる。あるいは、別の送信モードを定義することができる。例示的な１つの送信モードにおいては、ユーザ機器は、最初の上りリンクメッセージのトランスポートフォーマットを自身で選択する自由を有する。ユーザ機器は、最初のスケジューリング制御式送信のトランスポートブロックサイズが、ＲＲＣ接続確立要求およびＮＡＳサービス要求を同時に送信するのに十分なサイズであるように、トランスポートフォーマットを選ぶことができる。したがって、この例示的な実施形態においては、基地局は、ユーザ機器がランダムアクセス応答メッセージにおいてシグナリングされる上りリンクグラントに従って上りリンク送信を実行するのか、トランスポートフォーマットを自身で選択する自由を有するのかを、例えばここまでの実施形態のいずれかに記載されているように、ランダムアクセス応答メッセージの中でＣＱＩ要求ビットまたは予約ビットによってユーザ機器に示す。

次に、本発明の別の実施形態による、ＴＴＩバンドリングをサポートするコンテンションベースのランダムアクセス手順のさらに詳細な実装形態に関する本発明の別の例示的な実施形態について、図１５を参照しながら説明する。図１５の手順は、本質的には、図１０に示した移動端末の動作の、より高度かつ詳細な動作と考えることができる。

最初のステップにおいては、移動端末において、ＲＲＣ ＩＤＬＥモードからＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードに遷移するためのトリガーが発生する（１５０１）。このようなトリガーは、例えば、ページング要求（例えばユーザが通話またはアプリケーションを開始する）とすることができる。したがって、（移動端末がＲＲＣ ＩＤＬＥモードにあるものと想定すると）このトリガーに応えて、移動端末はコンテンションベースのランダムアクセス手順を実行する。

移動端末は、結合されたＮＡＳ／ＲＲＣメッセージ（すなわちＲＲＣ接続確立要求およびＮＡＳサービス要求）を１個のトランスポートブロックの中で送信するためには、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングが要求されるかを判定する（１５０３）。例えば、セルの中央に位置する（すなわちチャネル条件が良好である）移動端末は、ＴＴＩバンドリングを使用せずに、結合されたＮＡＳ／ＲＲＣメッセージを送信することができる。ＴＴＩバンドリング送信モードは、基本的には、セルエッジにおける、電力が制限されている移動端末を対象とする。本質的には、移動端末は、例えば上りリンクチャネル品質を、例えば下りリンクのパスロス（ＲＳＲＰ）に基づいて推測する（１５０２）ことができ、スケジューリング制御式送信に要求される送信モード（ＴＴＩバンドリング／非バンドリング）を、この測定に基づいて判定する。

送信モードの決定は、例えばしきい値に基づいて行い、このしきい値は、例えば基地局装置によってシグナリングする（例えばシステム情報としてブロードキャストする）ことができる。あるいは、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信の送信モードの決定は、移動端末の実装に完全に依存することができる。このしきい値は、パスロスに基づくしきい値とすることができる。あるいは、利用可能な送信電力（電力ヘッドルームとも称する）に基づいて送信モードを決定することもできる。

次のステップにおいて、移動端末は、上述した決定の結果としての、最初のスケジューリング制御式送信の「望ましい」送信モードを、基地局装置に示す必要があり、この指示情報は、ランダムアクセス時の最初のスケジューリング制御式送信において移動端末がＴＴＩバンドリングをサポートする能力があるかについても示す。

例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換の移動端末および３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース１０）互換の移動端末をサポートする必要のある３ＧＰＰベースのシステムにおいては、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換の移動端末は、コンテンションベースのランダムアクセス手順の中で最初のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用できないものと想定することができる。したがって、サポート能力の指示情報は、本質的にはリリースの指示情報（すなわちリリース８またはリリース１０）である。本発明の一実施形態においては、要求される送信モードと移動端末の能力とを組み合わせた指示情報を使用する。

この組合せ指示情報は、ＲＡＣＨプリアンブルの選択によって行うことができる。例えば、ＲＡＣＨプリアンブルの１つのセット（例：プリアンブルグループＡ）は、移動端末が３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換のユーザ機器であることを示し、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングの使用を要求する。ＲＡＣＨプリアンブルの第２のグループ（例：グループＢ）は、その中の１つのプリアンブルが、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器または３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換のユーザ機器によって選択されたとき、そのユーザ機器がランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングを要求しないものとして定義することができる。あるいは、利用可能なランダムアクセスプリアンブル（ＲＡＣＨプリアンブル）を、３種類のグループＡ、Ｂ、Ｃに分けることもできる。この場合、グループＡのプリアンブルは、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換のユーザ機器であることを示し、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングの使用を要求する。グループＢのプリアンブルは、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換のユーザ機器であることを示し、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングが必要ないことを示す。グループＣのプリアンブルは、ＴＴＩバンドリングをサポートしていない３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器であることを示す。当然ながら、詳細な設定およびグループ分けは実装に依存し、上の例は、プリアンブルのグループ分けを実施する方法のアイディアを示すことを目的としている。

移動端末は、ランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングが要求されるか（または移動端末がサポートしているか）否かに応じて、定義されているグループの１つからプリアンブルを選択する（１５０４）。移動端末は、選択したランダムアクセスプリアンブルを基地局装置に送信する（１５０５）。基地局装置は、検出されたプリアンブルに基づいて、移動端末がＴＴＩバンドリングを使用する能力があるかと、結合されたＮＡＳ／ＲＲＣメッセージを送信するためにＴＴＩバンドリングが要求されるかを、認識する。基地局装置は、移動端末による最初のスケジューリング制御式送信のための次のスケジューリングにおいて、この情報を考慮する。スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングモードが要求される（かつ基地局装置がサポートすることができる）場合、基地局装置は、ランダムアクセス応答メッセージにおける送信モードインジケータをセットする。

移動端末は、基地局装置からランダムアクセス応答を受信する（１５０６）。３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換の移動端末は、送信モードインジケータを無視し、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換の移動端末は、ランダムアクセス応答の中の送信モードインジケータを調べて、スケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用するかを判定する（１５０７）。

ＴＴＩバンドリングを使用する場合、移動端末は、スケジューリング制御式送信をＴＴＩバンドリングを使用して送信する（１５０７）。ＴＴＩバンドリングを使用しない場合、移動端末は、スケジューリング制御式送信をＴＴＩバンドリングを使用せずに送信する（１５０８）。いずれの場合も、スケジューリング制御式送信は、例えば結合されたＮＡＳ／ＲＲＣメッセージを備えている。

ランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングをサポートしない移動端末は、ランダムアクセス応答メッセージにおける送信モードインジケータを単に無視することができ、従来どおりに動作することができる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のランダムアクセス手順を使用することができる。

本発明のさらなる実施形態においては、無線セルに定義されているプリアンブルおよびそのグループ分けが、基地局によるシステムブロードキャストによってシグナリングされる。３ＧＰＰシステムの実施形態においては、基地局装置のシステムブロードキャスト情報は、基地局装置によって制御される無線セルにおけるコンテンションベースの最初のアクセスのためのプリアンブルと、さらに、これらのプリアンブルのグループ分けを示すシステム情報ブロック（System Information Block）を備えていることができる。さらには、オプションとして、ユーザ機器がプリアンブルをシグナリングする物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）リソースの設定を、システムブロードキャスト情報の中でブロードキャストすることもできる。例えば、システムブロードキャスト情報は、定義されているグループごとのプリアンブルのセットとＰＲＡＣＨリソースとを示すことができる。無線セルのシステムブロードキャスト情報は移動端末によって受信され、したがって、無線セルに定義されているプリアンブルおよびプリアンブルグループと、コンテンションベースのランダムアクセス手順を開始するため選択されたプリアンブルを送信するためのＰＲＡＣＨリソースとを、移動端末に知らせることができる。

さらなる例示的な実装形態においては、後方互換性を達成する目的で、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングモードを要求するプリアンブル（のグループ）を定義する。この定義は、例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）システム仕様の中の３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のシステム情報の符号化に対する、いわゆる非重要な拡張（non-critical extension）によって行うことができ、すなわち、これらの拡張は、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換のユーザ機器にのみ「認識」され、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換のユーザ機器には無視される。

ここまでに説明した本発明の例示的な実施形態においては、上りリンク送信モード（例：ＴＴＩバンドリング／非バンドリング）は、物理下りリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）を介してのＭＡＣ制御シグナリングによって設定される。すなわち、例えば、３ＧＰＰシステム内のＰＤＳＣＨにおけるランダムアクセス応答によって、送信モードをシグナリングすることができる。本発明の一実施形態においては、ランダムアクセス応答によって設定される送信モードは、最初のスケジューリング制御式送信を送信するときにのみ有効である。ＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードでのさらなる上りリンク送信において（例：３ＧＰＰシステムにおける上りリンク共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）において）ＴＴＩバンドリングを使用するべきである場合、ＲＲＣシグナリングによって送信モードを設定することができる。

本発明の代替実施形態においては、移動端末は、ランダムアクセス応答メッセージにおいてシグナリングされた送信モードを、ＲＲＣシグナリングによって新しい設定がシグナリングされるまで、以降の上りリンク送信すべてにおいて使用する。ＬＴＥリリース８によると、ＴＴＩバンドリングは、ＲＲＣシグナリングによって有効／無効にされる。しかしながら、本発明によると、ＭＡＣシグナリングによってＴＴＩバンドリングを有効にする。したがって、ＴＴＩバンドリングがＲＡＲメッセージ（ＭＡＣシグナリング）によって設定された場合に、ユーザ機器は以降のＵＬ−ＳＣＨ送信にもこの設定を使用する（すなわち、ＲＡＣＨ手順が正常に行われた後、ＲＲＣシグナリングによって送信モードが明示的に指定されない場合に選択される「デフォルト」の非バンドリング設定を使用しない）ことを規定する規則を定義することができる。

より詳細には、図９の手順を考えると、ステップ９０３およびステップ９０５において、移動端末は送信においてＴＴＩバンドリングを使用することができ、なぜなら、ランダムアクセス応答メッセージによって、送信モードがＴＴＩバンドリングであることが示された（９０２）ためである。したがって、移動端末は、ＭＡＣシグナリングのランダムアクセス応答メッセージに従って、すべての上りリンク送信においてＴＴＩバンドリングを使用する。しかしながら、ＬＴＥリリース８においては、例えば、ステップ９０８におけるＲＲＣ接続再設定を使用して送信モードを設定することができる（例えば、そのための対応する情報要素（ＩＥ）をこのメッセージに含めることができる）。ランダムアクセス応答メッセージによって示された送信モードを維持するためには、ＲＲＣプロトコルの挙動を採用することが可能である。１つの可能な方法として、ＲＲＣ接続再設定メッセージによって特定の送信モードが選択されない場合に選択される「デフォルトモード」を、次のように再定義する。以前に（例えばランダムアクセス応答メッセージによって）送信モードが示されていない場合、上りリンク送信において非バンドリングモードを使用する。しかしながら、以前に送信モードが示された場合、その送信モードを維持する。あるいは、ランダムアクセス応答メッセージによって特定の送信モードが示されたときには、ＲＲＣ再設定時に選択されるべき「デフォルトモード」）の代わりに、その示された送信モードを使用する。したがって、後からのＲＲＣ接続再設定メッセージが送信モードを示しておらず、したがって「デフォルトモード」が選択される場合、前に示された送信モードを維持する。

本発明の別の代替実施形態においては、送信モードインジケータとしてランダムアクセス応答の中のフラグまたはビットを使用する代わりに、ランダムアクセス応答メッセージをアドレッシングするための、ＰＤＣＣＨで使用されるＲＮＴＩに基づいて、送信モードを指示する。この実施形態によると、新規の第２のＲＡ−ＲＮＴＩを定義し、このＲＡ−ＲＮＴＩは、基地局装置によるランダムアクセス応答のアドレッシングに使用されたとき、ＴＴＩバンドリングモードの使用を示す。これによって基地局装置は、ランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングをサポートする移動端末と、ランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングをサポートしない移動端末とを、区別してスケジューリングすることができ、なぜなら、ランダムアクセス時にＴＴＩバンドリングをサポートする移動端末のみが、この新しいＲＮＴＩをリスン／監視しているものと想定できるためである。第２のＲＡ−ＲＮＴＩは、さらに、ランダムアクセス手順のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用するように、移動端末に暗黙的に命令することができる。

例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）互換の移動端末および３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換の移動端末の両方をサポートする状況を考えると、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換の移動端末が、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）用に定義されているＲＡ−ＲＮＴＩによってマスクされたＣＲＣフィールドを有するランダムアクセス応答を受信した場合、その移動端末は、スケジューリング制御式送信において「非バンドリング」モードを使用するように要求されたものと解釈することができ、その一方で、第２のＲＡ−ＲＮＴＩを使用してアドレッシングされたＰＤＣＣＨを受信したときには、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）互換の移動端末は、ランダムアクセス手順のスケジューリング制御式送信においてＴＴＩバンドリングを使用する。

より高度なさらなる一実装形態においては、ランダムアクセスプリアンブルの送信に使用されるＰＲＡＣＨリソースに基づいて、ＲＡ−ＲＮＴＩを求める（一般には、ＰＲＡＣＨリソースを、事前に定義される何らかの等式に従ってＲＡ−ＲＮＴＩに変換する）。したがって、さらなる例示的な一実装形態においては、ユーザ機器および基地局装置は、ランダムアクセスプリアンブルの送信に使用されるＰＲＡＣＨリソースからＲＡ−ＲＮＴＩを求めるための２つの等式を使用するものと想定することができる。これらの等式は、ユーザ機器および基地局装置の両方において利用可能である。これらの等式からは異なるＲＡ−ＲＮＴＩが得られ、一方の等式は、非バンドリング送信モードを示す第１のＲＡ−ＲＮＴＩを生成し、第２の等式は、ＴＴＩバンドリングモードの使用を示す、上記の「第２の」ＲＡ−ＲＮＴＩを生成する。

一般的な実装形態においては、ＴＴＩバンドルは４個のサブフレームに設定される。上述したように、例示的な一実装形態においては、ＴＴＩバンドリングが有効にされた場合、最初のスケジューリング制御式送信を送信するとき同じＴＴＩバンドルサイズを使用する。本発明の代替実施形態においては、ＴＴＩバンドリング送信モードのバンドルサイズを基地局装置が明示的に示す。例えば、バンドルサイズとして１〜４個のサブフレームを示すための、追加のフィールド（大きさは例えば２ビット）をランダムアクセス応答に導入することができる。これによって、基地局装置には、最初のスケジューリング制御式送信をスケジューリングするときのさらなる柔軟性が提供される。例えば、セルの配備によっては、ランダムアクセス手順の最初のスケジューリング制御式送信において、バンドルサイズとして２個のサブフレームで十分なことがある。さらなる代替バリエーションにおいては、ランダム応答メッセージにおける、送信電力制御（ＴＰＣ）ビットを伝えるメッセージフィールド（図７に示したＵＬ Ｇｒａｎｔの一部である）を再利用して、ＴＴＩバンドルサイズを示すことができる。この場合、図７のフォーマットにおいて、本来はＴＰＣビットを伝えるフィールドの意味／解釈は、ＴＴＩバンドリングを使用するか否か（例えば、図１３に示した予約ビットフィールドまたは図１４に示したＣＱＩビットフィールドによる指示）に応じたものとすることができる。例えば、ＣＱＩビットまたは予約ビットがＴＴＩバンドリングを示すとき、ＴＰＣビットがＴＴＩバンドルサイズを示す。図７のメッセージフォーマットのそれ以外のフィールドを使用してバンドルサイズを示すこともできる。

背景技術のセクションでは、３ＧＰＰシステムにおいてランダムアクセスに関連するシナリオが本質的に５種類存在することを示した。コンテンションベースのランダムアクセスにおいて、基地局は、これらの異なるシナリオを区別することができず、すなわち基地局装置は、ユーザ機器がコンテンションベースのＲＡＣＨアクセスを行う理由を認識しない。したがって、本発明の別の実施形態においては、基地局装置は、最初のアクセス以外のシナリオでも、最初のスケジューリング制御式メッセージにおいてＴＴＩバンドリングを使用するようにユーザ機器に命令することができる。ＴＴＩバンドリングの使用が、最初のアクセスのシナリオ（すなわち、ユーザ機器がＲＲＣ ＩＤＬＥモードにある）に制限されることが望ましい場合、ユーザ機器は、例えばＲＡＣＨアクセスの「目的」を基地局装置に示すことができる。この通知は、例えば、最初のアクセスのシナリオにおいて使用するための特定のＲＡＣＨプリアンブルを予約することによって、実施することができる。本発明の別の実施形態によると、すでに説明したＲＡＣＨプリアンブルグループのコンセプトに従って、ユーザ機器がＴＴＩバンドリングを使用できること（リリースの指示情報）と、要求される送信モードが「ＴＴＩバンドリング」であることと、ＰＲＡＣＨの目的が最初のアクセスであることとを、プリアンブルの特定のセットが示すことができる。

なお、ランダムアクセス手順に関する提案する改良は、前出の非特許文献２（本文書に組み込まれている）から公知である、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のランダムアクセス手順に容易に適用できることにさらに留意されたい。上述した本発明のさまざまな態様および実施形態による、３ＧＰＰ ＬＴＥ（リリース８）のランダムアクセスにおけるこのような拡張は、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａ（リリース１０）のランダムアクセス手順にも容易に適用することができる。

本文書全体を通じて、基地局の制御下にあるセルにおけるランダムアクセス手順についてのみ記載してきたが、本発明の実施形態は、中継ノードにも同様に適用される。

本発明の別の実施形態は、上述したさまざまな実施形態をハードウェアおよびソフトウェアを使用して実施することに関する。本発明のさまざまな実施形態は、コンピューティングデバイス（プロセッサ）を使用して実施または実行できることが認識される。コンピューティングデバイスまたはプロセッサは、例えば、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはその他のプログラマブルロジックデバイスとすることができる。本発明のさまざまな実施形態は、これらのデバイスの組合せによって実行あるいは具体化することもできる。

さらに、本発明のさまざまな実施形態は、ソフトウェアモジュールによって実施することもでき、これらのソフトウェアモジュールは、プロセッサによって実行される、あるいはハードウェアにおいて直接実行される。さらに、ソフトウェアモジュールとハードウェア実装とを組み合わせることも可能である。ソフトウェアモジュールは、任意の種類のコンピュータ可読記憶媒体、例えば、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、レジスタ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどに格納することができる。

さらには、本発明のさまざまな実施形態の個々の特徴は、個別に、または任意の組合せとして、別の発明の主題とすることができることに留意されたい。

具体的な実施形態において示した本発明には、広義に記載されている本発明の概念または範囲から逸脱することなく膨大なバリエーションもしくは変更形態を創案できることが、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明の実施形態は、あらゆる点において例示を目的としており、本発明を制限するものではない。

Claims (9)

1. 移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する基地局であって、
   移動端末からランダムアクセスプリアンブルを受信する受信器と、
   前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えてランダムアクセス応答を前記移動端末に送信する送信器であって、前記ランダムアクセス応答のメッセージが、リソースグラントフィールドにおける前記移動端末によるスケジューリング制御式上りリンク送信のためのグラントと、前記スケジューリング制御式上りリンク送信の上りリンク送信モードを示す送信モードインジケータと、を備えている、送信器と、
   を備え、
   前記送信モードインジケータは、前記ランダムアクセス応答のメッセージの個別のフィールドに含まれており、
   前記リソースグラントフィールドは、（i）前記ランダムアクセス手順がコンテンショ
   ンベースのランダムアクセス手順である場合、前記送信モードインジケータ、（ii）前記ランダムアクセス手順が非コンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、前記移動端末からのＣＱＩ報告を要求するＣＱＩ要求ビット、をシグナリングするために使用されるフラグを備えている、
   基地局。
2. 前記受信器は、前記ランダムアクセス応答に応えて、前記ランダムアクセス応答に示されている前記上りリンク送信モードに従ってのスケジューリング制御式上りリンク送信、を前記移動端末から受信するようにされている、
   請求項１に記載の基地局。
3. 前記スケジューリング制御式上りリンク送信は、ＲＲＣ接続要求と非アクセス層サービス要求とを備えており、
   前記基地局は、ＲＲＣ接続の確立と、基地局とコアネットワークとの間のＳ１接続の確立とを、並行して実行するように、さらにされている、
   請求項２に記載の基地局。
4. 前記ランダムアクセスプリアンブルは、前記スケジューリング制御式上りリンク送信の、前記移動端末によって要求される前記上りリンク送信モード、を前記基地局に示す、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の基地局。
5. 移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行する移動端末であって、
   ランダムアクセスプリアンブルを基地局に送信する送信器と、
   前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えての前記基地局からのランダムアクセス応答、を受信する受信器であって、前記ランダムアクセス応答のメッセージが、リソースグラントフィールドにおける前記移動端末によるスケジューリング制御式上りリンク送信のためのグラントと、前記スケジューリング制御式上りリンク送信の上りリンク送信モードを示す送信モードインジケータと、を備えている、受信器と、
   を備え、
   前記送信モードインジケータは、前記ランダムアクセス応答のメッセージの個別のフィールドに含まれており、
   前記リソースグラントフィールドは、（i）前記ランダムアクセス手順がコンテンショ
   ンベースのランダムアクセス手順である場合、前記送信モードインジケータ、（ii）前記ランダムアクセス手順が非コンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、前記移動端末からのＣＱＩ報告を要求するＣＱＩ要求ビット、をシグナリングするために使用されるフラグを備えている、
   移動端末。
6. 前記送信器は、前記ランダムアクセス応答に応えて、前記スケジューリング制御式上りリンク送信を、前記ランダムアクセス応答に示されている前記上りリンク送信モードに従って前記移動端末から送信するようにされている、
   請求項５に記載の移動端末。
7. 前記スケジューリング制御式上りリンク送信は、ＲＲＣ接続要求と非アクセス層サービス要求とを備えている、
   請求項６に記載の移動端末。
8. 命令を格納しているコンピュータ可読媒体であって、前記命令が基地局のプロセッサによって実行されたとき、それに起因して、前記基地局が、
   移動端末からランダムアクセスプリアンブルを受信するステップと、
   前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えてランダムアクセス応答を前記移動端末に送信するステップであって、前記ランダムアクセス応答のメッセージが、リソースグラントフィールドにおける前記移動端末によるスケジューリング制御式上りリンク送信のためのグラントと、前記スケジューリング制御式上りリンク送信の上りリンク送信モードを示す送信モードインジケータと、を備えている、ステップと、
   によって、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行し、
   前記送信モードインジケータは、前記ランダムアクセス応答のメッセージの個別のフィールドに含まれており、
   前記リソースグラントフィールドは、（i）前記ランダムアクセス手順がコンテンショ
   ンベースのランダムアクセス手順である場合、前記送信モードインジケータ、（ii）前記ランダムアクセス手順が非コンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、前記移動端末からのＣＱＩ報告を要求するＣＱＩ要求ビット、をシグナリングするために使用されるフラグを備えている、
   コンピュータ可読媒体。
9. 命令を格納しているコンピュータ可読媒体であって、前記命令が移動端末のプロセッサによって実行されたとき、それに起因して、前記移動端末が、
   ランダムアクセスプリアンブルを基地局に送信するステップと、
   前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に応えての前記基地局からのランダムアクセス応答を受信するステップであって、前記ランダムアクセス応答のメッセージが、リソースグラントフィールドにおける前記移動端末によるスケジューリング制御式上りリンク送信のためのグラントと、前記スケジューリング制御式上りリンク送信の上りリンク送信モードを示す送信モードインジケータと、を備えている、ステップと、
   によって、移動通信システムにおいてランダムアクセス手順を実行し、
   前記送信モードインジケータは、前記ランダムアクセス応答のメッセージの個別のフィールドに含まれており、
   前記リソースグラントフィールドは、（i）前記ランダムアクセス手順がコンテンショ
   ンベースのランダムアクセス手順である場合、前記送信モードインジケータ、（ii）前記ランダムアクセス手順が非コンテンションベースのランダムアクセス手順である場合、前記移動端末からのＣＱＩ報告を要求するＣＱＩ要求ビット、をシグナリングするために使用されるフラグを備えている、
   コンピュータ可読媒体。

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