JP2003523145A - 可変データ・レートを有する通信システムにおいてデータ・パケットを再送信するための方法およびシステム - Google Patents
可変データ・レートを有する通信システムにおいてデータ・パケットを再送信するための方法およびシステムInfo
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Abstract
Description
トを有する通信システムにおいてデータ・パケットを再送信するための改善され
た方法およびシステムに関する。
ルとして階層手法(layered approach)を採用してきた。完全な通信サブシステム
は多数の層に分割され、各層は全体的な通信サブシステムの観点から明確な機能
を実行する。通信サブシステムは、メッセージ、すなわち、ユーザ・データと追
加制御情報の両方を、リモート・システム内の対応するピア層(peer layer)とや
り取りすることにより、定義されたプロトコルに従って動作する。各層は、自身
とその上位層および下位層との間に明確なインタフェースを有する。従って、特
定のプロトコル層の実装は、他の全ての層から独立している。各層の機能は、別
の(リモート)システム内の同様なピア層と通信するためにこの層によって用い
られる一連の規則および慣行を定義するプロトコルとして、正式に規定されてい
る。各層は、定義された一連のサービスを上位層に提供する。また、各層は、そ
の下位層によって提供されるサービスを利用して、プロトコルに関連するメッセ
ージ・ユニットをリモート・ピア層に搬送する。
(infrastructure equipment)と加入者ユニットまたは移動ユニットとの間でメッ
セージを通信する。本明細書では、順方向メッセージ(forward message)とは、
セルラ・インフラ機器によって生成されて、移動通信ユニットで受信するために
送信されるメッセージのことであり、また逆方向メッセージ(reverse message)
とは、移動セルラ電話などの移動通信ユニットによって生成されるメッセージの
ことである。
ためにITUによって規定された汎用構造によるISO/OSI基準モデルの2
つの下層(すなわち、物理層であるレイヤ1と、リンク層であるレイヤ2)に相
当するプロトコルおよびサービスを提供する。cdma2000では、一般化し
たマルチメディア・サービス・モデルがサポートされる。これは、音声,パケッ
ト・データおよび回線データ・サービスの組合せが(エア・インタフェース・シ
ステム能力の制限内で)同時に動作することを可能にする。また、cdma20
00は、同時多発的なサービスの変化するQOS(Quality of Service)条件のバ
ランスをとるためにQOS制御機構を含む。
に伴う一つの問題点は、変化する品質のチャネル上で必要な一定のエラー・レー
トにて高データ・レートの接続を維持する能力である。さらに、高データ・レー
ト・チャネルがアクティブのときにシステム容量を最大限にすることは別の問題
を提起する。従って、可変データ・レートを有する通信システムにおいてデータ
・パケットを再送信するための方法およびシステムであって、高データ・レート
・チャネルのデータ・レートが所定のメトリックに基づいて自動的にシフトアッ
プまたはシフトダウンされる、方法およびシステムが必要とされる。
ただし、本発明自体ならびにその好適な利用形態,さらなる目的および利点につ
いては、添付の図面と共に例示的な実施例についての以下の詳細な説明を参照す
ることによって最も理解されよう。
00は、移動局102,第1基地トランシーバ局(BTS:base transceiver s
tation)104,第2基地トランシーバ局103および集中基地局コントローラ
(CBSC:Centralized Base Station Controller)105を含む。CBSC
105は、トランスコーダ106および選択分配ユニット(selection distribut
ion unit)111を含む。好ましくは、システム100は複数の移動局および基
地トランシーバ局を含むが、図1では明確にするために、一つの移動局および2
つの基地トランシーバ局を示す。好適な実施例では、システム100は符号分割
多元接続(CDMA)システムである。システム100は、シグナリング・メッ
セージを送信し、かつ移動局による正確な配信および受信を必要とする任意の通
信システムでもよい。
る。第2基地局103は、送信機および受信機を含むトランシーバ107を内蔵
する。トランシーバ107,108は、移動ユニット102によって受信される
RF信号を空中で送信する。この送信は当技術分野で周知であり、本出願ではさ
らに詳しく説明しない。基地局103,104から移動ユニット102に送信さ
れる信号は、本明細書では順方向トラヒック・フレーム、もしくは順方向リンク
・メッセージという。トランシーバ107,108は、当技術分野で周知なよう
に、移動ユニット102からメッセージを受信する。このようなメッセージは、
本明細書では逆方向リンク・メッセージという。
できるセルラ電話ユニットである。好適な実施例では、移動ユニット102はデ
ジタル・セルラCDMA電話である。また、移動ユニット102はワイヤレス・
データ端末またはビデオフォンでもよい。移動ユニット102は、当技術分野で
周知なように、送信機および受信機を含むトランシーバ110を内蔵する。移動
ユニット102は、その内蔵されたトランシーバ110により逆方向リンク上で
メッセージを送信し、また基地局103,104によって生成されたメッセージ
を順方向リンク上でその内蔵されたトランシーバ110にて受信することにより
、基地局103,104と通信する。
てパワー制御を管理するための中心位置として機能する。本発明の別の実施例で
は、CBSC105はシステムにおいてパワー制御を管理する。
ロック図を示す。好適な実施例では、図2はIS−95およびcdma2000
階層構造のブロック図を示す。ただし、当業者であれば、CDMAOne,UM
TS,ARIBなどの他の通信システムも同様な階層構造を有することが理解さ
れよう。図2に示すように、IS−95は、音声,パケット・データ,単純な回
線データおよび同時音声/パケット・データ・サービスを提供する階層構造を有
する。なお、「IS−95」という用語は、cdma2000より以前の任意の
規格、すなわちIS−95−AおよびTIA/EIA−95−Bを含む。最も基
本的なレベルでは、cdma2000は、IMT−2000システムのためにI
TUによって規定された汎用構造によるISO/OSI基準モデルの2つの下層
(すなわち、物理層であるレイヤ1と、リンク層であるレイヤ2)に相当するプ
ロトコルおよびサービスを提供する。レイヤ2 204は、リンク・アクセス制
御(LAC:Link Access Control)副層206と、メディア・アクセス制御(
MAC:Medium Access Control)副層208とにさらに分割される。また、同
時多発的なサービスの変化するQOS条件のバランスをとるために、QOS(Qua
lity of Service)制御機構も含まれる。OSIレイヤ3〜7に相当するアプリケ
ーション層および上位層プロトコルは、cdma2000 LACサービスによ
って提供されるサービスを利用する。例としては、シグナリング・サービス,音
声サービス,パケット・データ・アプリケーションおよび回線データ・アプリケ
ーションがある。
くの要因に基づいており、とりわけ、広範な上位層サービスをサポートする必要
性;広い性能範囲で動作するデータ・サービスについて高効率化および低レイテ
ンシ化の必要性;回線およびパケット・データ・サービスの高度なQOS配信に
対するサポート;およびそれぞれが変化するQOS条件を有する同時多発的な音
声,パケット・データおよび回線データ・サービスをサポートする高度なマルチ
メディア・サービスへの要求がある。cdma2000 MAC副層208は、
2つの重要な機能:(1)ベスト・エフォート配信(best effort delivery)、す
なわち、ベスト・エフォート・レベルの信頼性を提供する無線リンク・プロトコ
ル(RLP:Radio Link Protocol)により無線リンク上で然るべく信頼性のあ
る送信;および(2)多重化(multiplexing)およびQOS制御、すなわち、競合
するサービスからの衝突する要求を仲介し、またアクセス要求を適切に優先順位
決定(prioritization)を行うことにより、交渉QOSレベルの実施する、という
2つの重要な機能を提供する。
:Packet Data Gateway)MACは、データ・レート・シフト(data rate shifti
ng)を制御する。PDG MACまたは加入者ユニットMACのいずれかがレー
ト・シフトを開始してもよい。BTSが順方向補助チャネル(F−SCH:Forw
ard Supplemental Channel)レート切り換えを必要とする場合、PDG MAC
は加入者ユニットに自局の受信レートをシフトするように指示する。加入者ユニ
ットが逆方向補助チャネル(R−SCH:Reverse Supplemental Channel)レー
ト切り換えを必要とする場合、加入者ユニットはPDG MACに要求を送信し
、PDG MACは(資源および負荷が許せば)加入者ユニットに切り換えるよ
うに指示する。
かどうかを判定するためのメトリックとして用いられる。送信チャネル利得はパ
ワー制御の関数なので、チャネル品質の確実で高速なメトリックを提供する。た
だし、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、他のチャネル
品質メトリックも利用できることが理解されよう。補助チャネル送信利得がレー
ト依存閾値(rate dependent threshold)を越えると、物理層202はこのイベン
トをMAC208に通知し、MAC208は専用制御チャネル(DCCH:Dedi
cated Control Channel)214を介してレート・シフトダウンを開始する。同
様に、利得が別のレート依存閾値より下に低下すると、レート・シフトアップを
開始できる。好適な実施例では、SCH用に3つのレート、すなわち、460.
8kbps,153.6kbpsおよび76.8kbpsが利用可能である。さ
らに、好ましくは、レート・シフトはシフト毎に1レート逓増する。当業者に理
解されるように、F−SCH送信パワーに基づくレート・シフトは、システム容
量または範囲の増加を行うべきである。必要な信号対雑音比Eb/E0を達成する
ために必要な利得が閾値を越えると、より低いレートへシフトすることにより、
送信パワーの低減および容量の増加が得られる。
により、負荷(loading),QOSなどに基づくよりインテリジェントなレート・
シフトが可能になる。図3は、本発明の方法およびシステムによるPDG MA
C起動型のレート・シフト・トランザクションを示す。順方向リンク上でレート
・シフトダウンを行う場合、あるレートRにて、SCH利得がこのレートの公称
値Gnom(R)を越えたことをBTSが検出すると、このイベントをPDG M
ACに通知する。資源の有無および負荷が許せば、PDG MACは、肯定応答
(acknowledgment)メッセージSHIFT_ACK(RATE)を受信するまで、
20ミリ秒フレーム毎の0ミリ秒および5ミリ秒サブ境界にて、DCCH上でレ
ート・シフトSHIFT(RATE)コマンドを、次の20ミリ秒フレーム境界
から開始して、送信する。また、MAC層208は、最初のSHIFT(RAT
E)フレーム送信以降の20ミリ秒境界上で、F−SCH送信機を新規レートに
設定する。RATEは、次の最低レートである。
MACはF−SCH受信機を新規レートに設定するのに約10〜15ミリ秒を有
する。すなわち、理想的な条件では、レート・シフトによってフレームは失われ
ない。また、F−SCH送信レートを変更する前にSHIFT_ACKを待たな
いことにより、加入者ユニットにおいてSHIFT(RAE)フレームが受信さ
れたが、SHIFT_ACKが損失したとしても、シームレスなレート・シフト
を行うことができる。
がレート依存閾値Gup(R)より下に低下すると、BTSはこのイベントをPD
Gに通知する。順方向リンク上でレート・シフトダウンを行う場合について上で
説明した同じ手順に従って、PDG MACは加入者ユニットに次の高いレート
に切り換えるように指示する。
ート・シフト・トランザクションを示す。逆方向リンク上で加入者ユニット起動
型のレート・シフトダウンを行う場合、あるレートRにて、R−SCHパワー制
御導出の送信利得がこのレートの公称値Gnom(R)を越えたことを加入者ユニ
ット物理層が検出すると、このイベントを加入者ユニットMACに通知する。そ
の後、加入者ユニットMACは、レート・シフト要求SHIFT_REQ(RA
TE)をPDG MACに送信する。加入者ユニットは、応答、すなわちレート
・シフト肯定応答メッセージSHIFT(RATE)を受信するまで、SHIF
T_REQ(RATE)を送信し続ける。PDGがシフトダウンを許可すると、
次の最低レートに等しいRATEを設定し、それ以外の場合には、現レートに等
しいRATEを設定する。次に、PDGは、順方向リンク上でレート・シフトダ
ウンを行う場合について上で説明した手順を利用して、SHIFT(RATE)
を送信する。
方向リンク上でPDG起動型のレート・シフトダウンを行う場合、R−SCH固
定エラー・レートが所定の制限を越えると、PDGは加入者ユニットにシフトダ
ウンするように指示する。これにより、加入者ユニットが過剰な利得によりレー
ト・シフトを要求しない場合でも、レート・シフトを行うことが可能になる。こ
の場合、PDG MACは、順方向リンク上でレート・シフトダウンを行う場合
について上で説明した手順を利用してSHIFT(RATE)を送信する。
SCH送信利得がレート依存閾値Gup(R)より下に低下すると、加入者ユニッ
ト物理層はこのイベントを加入者ユニットMACに通知する。そして、加入者ユ
ニットMACはレート・シフト要求SHIFT_REQ(RATE)をPDG
MACに送信する。加入者ユニットは、応答SHIFT(RATE)が受信され
るまで、SHIFT_REQ(RATE)を送信し続ける。PDGがアップシフ
トを許可すると、次の最高レートに等しいRATEを設定し、それ以外の場合に
は、現レートに等しいRATEを設定する。次に、PDGは、順方向リンク上で
レート・シフトダウンを行う場合について上で説明した手順を利用してSHIF
T(RATE)を送信する。
ンドを受信して、予定通りに新規レートに切り換えると想定する。加入者ユニッ
トがコマンドを受信したが、SHIFT_ACKフレームを失うと、リンクの両
側は依然として同じレートで動作する。PDGメディア・アクセス・チャネルは
、SHIFT(RATE)コマンドを送信し続ける。DCCHが確実な場合、コ
マンドは加入者ユニットに短時間で着信し、この場合、SHIFT_ACKが再
送信される。DCCHが不確実で、SHIFT_ACKが着信しなかった場合、
メディア・アクセス・チャネルはタイムアウト期間後に呼切断(call tear down)
を開始する。なお、この場合、SHIFT(RATE)は加入者ユニットに着信
しない可能性が最も高く、これはDCCHが動作状態ではなく、呼を終了すべき
であることを意味する。
ンドを受信して、予定通りにレートに切り換えると想定する。SHIFT(RA
TE)フレームがDCCH上で失われると、加入者ユニットは新規レートに切り
換えない。この結果、リンクの両側が異なるレートで動作しているので、フレー
ム消去(frame erasers)が生じる。メディア・アクセス・チャネルは、DCCH
上でSHIFT(RATE)コマンドを送信し続ける。DCCHが確実な場合、
加入者ユニットはコマンドを受信し、自局のF−SCH受信機を新規レートに切
り換える。レート不整合中に失ったパケットは、再送信手順を介して復元される
。SHIFT(RATE)が加入者ユニットに着信しないようなDCCHリンク
の場合、SHIFT_ACKは受信されない。タイムアウト期間後に、メディア
・アクセス・チャネルはDCCHが失ったことを想定して、呼切断を開始する。
入者ユニット起動型のレート・シフトは生じない。SHIFT(REQ(RAT
E)が最終的に受信され、レート・シフトが行われるか、あるいはDCCHが不
確実なため、最終的に呼切断を生じさせるかのいずれかである。
いられる利得閾値について説明する。ただし、当業者であれば、本発明の精神お
よび範囲から逸脱せずに他の利得閾値も利用できることが理解されよう。順方向
リンク利得閾値は、システム(RF)容量を増加し、かつ所望のQOSを維持す
るために、レート依存である。また、PDGは、最大RF容量に近づくようにシ
ステムを微調整するために、閾値を動的に調整することも可能である。逆方向リ
ンク上では、利得閾値はレート依存ではなく、移動体のパワー増幅器飽和を回避
するように選択される。また、現レートをある低いパワー閾値以下に維持できな
い場合には、節電モード中にこの閾値を低下する(すなわち、バッテリ寿命を節
約するためにより低いレートにシフトする)ことが望ましい。
9600bpsにおける利得に対して、該利得での公称必要利得に基づく。
ート・シフトアップ利得閾値Gup(R)が存在する。あるレートRにおける必要
送信利得がG(R)であるとすると、新規(より高い)レートRupにおける必要
利得は次式によって与えられる:
ートにおける公称利得よりもある差分(margin)だけ小さいことである。
)は次式によって与えられる:
す。
御のプロセスを示す機能フロー図を示す。図6に示すように、ブロック602に
て、メディア・アクセス・チャネルは、データ・フレームの最後で必要なレート
変更を確認する。ブロック604にて、メトリックが図7のシフトアップ・ライ
ン702より下であるかどうか判定が行われる。メトリックがシフトアップ・ラ
イン702より下である場合、ブロック606にて、シフトアップ・フラグがセ
ットされ、レートはシフトアップされる。次に、ステップ608にて、シフト・
レートDCCHメッセージが送信され、フローはブロック602に戻る。メトリ
ックがシフトアップ・ライン702よりも下ではない場合、ブロック610にて
、シフトアップ・フラグがセットされているかどうか判定が行われる。シフトア
ップ・フラグがセットされている場合、フローはブロック608に進み、上記の
ように継続する。シフトアップ・フラグがセットされていない場合、ブロック6
12にて、メトリックが図7のシフトダウン・ライン704よりも上であるかど
うか判定が行われる。メトリックがシフトダウン・ライン704よりも上である
場合、ブロック614にて、シフトダウン・フラグがセットされ、レートはシフ
トダウンされる。次に、ブロック616にて、シフト・レートDCCHメッセー
ジが送信され、フローはブロック602に戻る。メトリックがシフトダウン・ラ
イン704よりも上ではない場合、ブロック618にて、シフトダウン・フラグ
がセットされているかどうか判定が行われる。シフトダウン・フラグがセットさ
れている場合、フローは上記のようにブロック616に進む。シフトダウン・フ
ラグがセットされていない場合、フローはブロック602に戻る。
制御のプロセスを示す機能フロー図を示す。図8に示すように、ブロック802
にて、メディア・アクセス制御は受信したDCCHメッセージを確認する。ブロ
ック804にて、シフト・レート・メッセージを受信したかどうか判定が行われ
る。シフト・レート・メッセージがある場合、ブロック806にて、シフト・レ
ート・フラグがセットされ、レート・シフトは次のデータ・フレーム境界で生じ
るように設定される。次に、フローはブロック802に戻る。シフト・レート・
メッセージがない場合、ブロック808にて、シフト・レート肯定応答を受信し
たかどうか判定が行われる。シフト・レート肯定応答を受信している場合、ブロ
ック810にて、シフト・レート・フラグはリセットされる。シフト・レート肯
定応答を受信していない場合、フローはブロック802に戻る。
レートの20ミリ秒データ・フレームは、4つの部分(すなわち、量子(quantum
)1〜量子4)を含む。再送信ハーフ・レートは2つの20ミリ秒フレームを含
み、それぞれは2つの部分(すなわち、フレーム1は量子1および量子2;フレ
ーム2は、量子3および量子4)を含む。再送信クォータ・レートは4つの20
ミリ秒フレームを含み、それぞれは1つの部分(すなわち、フレーム1は量子1
;フレーム2は量子2;など)を含む。なお、好適な実施例では、制御チャネル
・フレームDCCHはデータ・フレーム・サイズよりも小さいか等しいことに留
意されたい。
送信しなければならない発行済みのNACKフレームが存在する場合、加入者ユ
ニット無線リンク・プロトコルはV(R)(次に予定されるフレーム(next expe
cted frame))をV(N)(次に予定される順番のフレーム(next expected in s
equence frame))に戻して、加入者ユニットのV(R)に等しいV(S)にて新
規レート・フレームを開始する(すなわち、加入者ユニットによって順番に受信
した最後のフレームまで戻る)ようにPDG無線リンク・プロトコルに通知しな
ければならない。例えば、レート切り換え前に、フレーム0,1,2,4が加入
者ユニットによって受信され、フレーム3が存在する前にレートが切り換えられ
た場合、受信機はV(R)=V(N)=3にセットし、SHIFT_ACKパケ
ットにV(R)を入れる。次に、PDG無線リンク・プロトコルは、パケット3
から新規レートにて送信を開始する。これを行わないと、パケット・シーケンス
順序は保持されない。
子パケット・サイズ(atomic packet size)を想定する。利用可能なSCHレート
は、460.8,153.6および76.8kbpsである。従って、原子パケ
ット・サイズPは、76.8kbpsのサイズである。そこで、153.6kb
psでは、2Pパケットが20ミリ秒フレーム内で送信され、460.8kbp
sでは、6Pパケットが送信される。この方式を利用して、レート切り換えは無
線リンク・プロトコルに対して透過的にすべきである。
括的であったり、あるいは本発明を開示した厳密な形態に限定することを意図す
るものではない。上記の教示に鑑み、明白な修正または変形が可能である。実施
例は、発明の原理およびその実際的な応用を最良に説明するため、また当業者が
さまざまな実施例にて、また想定される特定の用途に適したさまざまな修正で本
発明を利用できるように選ばれ、説明した。このような一切の修正および変形は
、公正,合法的かつ公平な権限のある広さに従って解釈したときに特許請求の範
囲によって決定される本発明の範囲内である。
ック図を示す。
ェイ・メディア・アクセス制御起動型のレート・シフト・トランザクションを示
す。
アクセス制御起動型のレート・シフト・トランザクションを示す。
ト制御のプロセスを示す機能フロー図を示す。
ト制御のプロセスを示す機能フロー図を示す。
れるチャネル利得のブロック図を示す。
Claims (8)
- 【請求項1】 可変データ・レートを有する通信システムにおいてデータ・
パケットを再送信するための方法であって: 最低レート・パケットのサイズに等しい原子パケット・サイズにデータをパケ
ット化する段階; データ・パケットが、該データ・パケットが最初に送信されたレートとは異な
るレートでの再送信を必要とするかどうかを判定する段階;および 前記原子パケット・サイズの倍数に基づいて、レートを動的に変更する段階; からなることを特徴とするデータ・パケットを再送信するための方法。 - 【請求項2】 動的に変更する前記段階は: 加入者ユニットによって順番に受信した最後のフレームを判定する段階;およ
び 次に予定される順番のフレームに等しいフレームから、新規レートにて送信す
る段階; を含むことを特徴とする請求項1記載のデータ・パケットを再送信するための
方法。 - 【請求項3】 受信した最後のフレームを判定する前記段階は、前記次に予
定される順番のフレームに等しい次に予定されるフレームを設定する段階を含む
ことを特徴とする請求項2記載のデータ・パケットを再送信するための方法。 - 【請求項4】 加入者ユニットによって順番に受信した最後のフレームにて
新規レート・フレームを開始する段階を含むことを特徴とする請求項3記載のデ
ータ・パケットを再送信するための方法。 - 【請求項5】 可変データ・レートを有する通信システムにおいてデータ・
パケットを再送信するためのシステムであって: 最低レート・パケットのサイズに等しい原子パケット・サイズにデータをパケ
ット化する手段; データ・パケットが、該データ・パケットが最初に送信されたレートとは異な
るレートでの再送信を必要とするかどうかを判定する手段;および 前記原子パケット・サイズの倍数の関数としてレートを動的に変更する手段; からなることを特徴とするデータ・パケットを再送信するためのシステム。 - 【請求項6】 動的に変更する前記手段は: 加入者ユニットによって順番に受信した最後のフレームを判定する手段;およ
び 次に予定される順番のフレームに等しいフレームから、新規レートにて送信す
る手段; を含むことを特徴とする請求項5記載のデータ・パケットを再送信するための
システム。 - 【請求項7】 受信した最後のフレームを判定する前記手段は、前記次に予
定される順番のフレームに等しい次に予定されるフレームを設定する手段を含む
ことを特徴とする請求項6記載のデータ・パケットを再送信するためのシステム
。 - 【請求項8】 加入者ユニットによって順番に受信した最後のフレームにて
新規レート・フレームを開始する手段を含むことを特徴とする請求項7記載のデ
ータ・パケットを再送信するためのシステム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/504,649 US6414938B1 (en) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Method and system for retransmitting data packets in a communication system having variable data rates |
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