JP2005051714A - パケット伝送方法および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる受信特性向上を実現可能なパケット伝送方法を得ること。
【解決手段】本発明のパケット伝送方法にあっては、送信機のヘッダ解析部２が、ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出し、符号化方式決定部３が、想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報に基づいて符号化方式を決定し、送信パケット符号化部５が、決定された符号化方式で前記ＩＰパケットを符号化し、制御情報生成部４が、受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別ＩＤを生成し、多重化部６，変調部７，無線送信部８が、前記符号化結果および前記識別ＩＤを連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現するためのパケット伝送方法に関するものであり、特に、要求されるサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）に応じて適応的に符号化方式を変更するパケット伝送方法に関するものである。

以下、従来のパケット伝送方法について説明する（下記非特許文献１，非特許文献２参照）。Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおけるパケット再送制御は、無線ネットワーク制御装置(ＲＮＣ：Radio Network Controller)におけるデータリンクレイヤ(Ｌ２: Layer 2)のサブレイヤであるＲＬＣ（Radio Link Control）で行われる。また、ＲＬＣで用いられるＡＲＱ方式は、Selective-Repeat（ＳＲ）方式の「Ｔｙｐｅ−Ｉ ＨＡＲＱ」である。

「Ｔｙｐｅ−Ｉ ＨＡＲＱ」は、送信側で情報信号系列に誤り検出符号化，誤り訂正符号化を行い、送信する。一方、受信側では、受信パケットに対して誤り訂正復号を行った後、誤り検出を行う。そして、誤りが検出された場合、パケットを破棄し、再送要求を送信側へ送信する。送信側では、この再送要求に基づいて、同一の符号化方法を用いて再送する。このような手順を誤りが検出されなくなるまで繰り返し実行することによって、信頼性の高い通信を行う。

なお、基地局（ＮｏｄｅＢ）では、物理レイヤ(Ｌ１：Layer 1)における無線送受信機能を有し、Ｌ２のサブレイヤであるＭＡＣ（Medium Access Control）から供給されたデータユニットに対して符号化処理を行うが、送信データの種類や伝送路状態に応じた符号化方式の選択は行っていない。

Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおいては、ＨＳＤＰＡ（High-Speed Downlink Packet Access）と呼ばれるデータトラヒックに適した高速パケット無線アクセス技術が３ＧＰＰで検討され、適応変復調技術を用いた方式が標準化された。

また、音声・画像系トラヒックをＩＰパケット化して伝送するＶｏＩＰ（Voice over IP）技術が注目され、移動通信ネットワークにおいても、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）とコアネットワーク（ＣＮ）のＩＰ化が３ＧＰＰで検討されている。

3GPP規格 TS25.322 Radio Link Control(RLC) protocol specification 3GPP規格 TS25.212 Multiplexing and channel coding

しかしながら、上記、従来のパケット伝送方法においては、上記ＡＲＱ方式が用いられているので、誤り率が高い無線回線を用いてパケット伝送を行う場合に、パケットの再送回数が増加し、スループットおよび伝送レートの低下を招く、という問題があった。特に、音声やストリーム画像等のリアルタイム通信に障害を与える可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を行う場合に、そのパケットに要求されるＱｏＳ制御により、受信特性向上を実現可能なパケット伝送方法、当該移動通信ネットワークを構成する通信装置、を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパケット伝送方法にあっては、移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現するためのパケット伝送方法であって、送信側の通信装置が、たとえば、ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出するヘッダ解析ステップと、想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報に基づいて符号化方式を決定する符号化方式決定ステップと、前記決定された符号化方式で前記ＩＰパケットを符号化する符号化ステップと、受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別情報を生成する識別情報生成ステップと、前記符号化結果および前記識別情報を連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する送信ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、たとえば、送信機が、送信データの特質に応じて符号化方式を選択し、当該符号化方式による符号化結果に受信器にて復号方式を識別するための識別ＩＤを含めて送信する。

本発明によれば、送信機が、送信データの特質に応じて符号化方式を選択し、当該符号化方式による符号化結果に復号方式を識別するための識別情報を含めて送信する構成とした。これにより、受信機では、受信信号に含まれる識別情報に基づいて送信データの特質に応じた復号方式を選択できるので、通常伝送時の受信特性向上を実現できる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるパケット伝送方法、送信側の通信装置（送信機と呼ぶ）および受信側の通信装置（受信機と呼ぶ）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるパケット伝送方法を実現可能な実施の形態１の送信機（基地局）の構成を示す図であり、この送信機は、送信バッファ１と、ヘッダ解析部２と、符号化方式決定部３と、特許請求の範囲における識別情報生成手段として動作する制御情報生成部４と、符号化手段として動作する送信パケット符号化部５と、送信手段として動作する多重化部（ＭＵＸ）６，変調部７，無線送信部８と、から構成されている。また、上記送信パケット符号化部５は、誤り制御符号化部１１と、レートマッチング処理部１２と、インタリーブ処理部１３と、を備えている。

また、図２は、ＩＰパケットの構造を示す図であり、このＩＰパケットは、ＴＣＰヘッダやＩＰヘッダ等のヘッダ部とユーザデータ部から構成されている。ＩＰヘッダにはＩＰのサービス品質を表すＴＯＳ(Type Of Service)フィールド等が有り、ＴＣＰヘッダには再送制御におけるシーケンス番号や確認応答番号等が含まれている。また、ユーザデータ部には、ディジタル情報に変換された音声や画像やＷＥＢ，Ｅ−ｍａｉｌ，ファイルダウンロード等のデータが含まれている。

ここで、上記送信機の動作について説明する。まず、ＩＰパケットは送信バッファ１に逐次的に入力され、記憶される。そして、送信バッファ１から取り出されたパケットが、ヘッダ解析部２および送信パケット符号化部５に供給される。

ヘッダ解析部２では、パケットのヘッダ部から要求されるサービス品質情報を抽出し、それを符号化方式決定部３に対して出力する。符号化方式決定部３では、後述するテーブルを用いて、受け取ったサービス品質情報を満たすパケットの符号化方法を決定し、それを送信パケット符号化部５に対して通知する。

送信パケット符号化部５では、まず、誤り制御符号化部１１が、通知された符号化方法を用いて、パケットに誤り検出符号を付加し、さらに誤り訂正符号化を行う。誤り検出／訂正符号としては、たとえば、３ＧＰＰ標準化規格TS25.212に示された方式を適用する。つぎに、誤り制御符号化部１１から出力された符号化データ系列は、レートマッチング処理部１２に供給され、レートマッチング処理部１２では、誤り訂正符号化後のビット系列に対して一定周期でビットを繰り返し挿入するか（Repetition）、または、一定周期でビット系列を間引く（Puncture）。ビットの繰り返し挿入および間引くビットの選択については、Repetitionレート（％）で与えられ、繰り返し挿入されるビット位置，間引かれるビット位置は、たとえば、３ＧＰＰ標準化規格TS25.212に示されたアルゴリズムが適用される。つぎに、レートマッチング処理部１２から出力された符号化ビット系列は、インタリーブ処理部１３にて並べ替えられる。

一方で、符号化方式決定部３は、送信パケット符号化部５に通知した符号化方法を制御情報生成部４に対しても通知し、制御情報生成部４では、パイロットビット、および受信機で復号方法を検知できるように識別ＩＤ、を生成し、それを多重化部６に対して出力する。

多重化部６では、送信パケット符号化部５および制御情報生成部４からそれぞれ受け取った情報を連結し、その結果を変調部７に対して出力する。変調部７では、たとえば、３ＧＰＰ標準化規格TS25.213に示された変調処理が行われ、その結果を無線送信部８に対して出力する。最後に、無線送信部８では、ルートナイキストフィルタによる帯域制限、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換、および無線周波数信号への周波数変換、を行った後の信号を、送信アンテナを介して伝送路へ出力する。

図３は、符号化方式決定部３で参照されるテーブルの一例を示す図である。ここでは、ヘッダ解析部２から通知されるサービス品質情報に対応した符号化方式が記録されている。なお、想定される各サービス品質情報とそれぞれに対応する符号化方式は、事前に関連付けが行われているものとする。たとえば、音声等の低遅延品質を要求するパケットデータでは、サービス品質情報０００が入力され、符号化方式＝｛ＣＲＣ無し，符号化率１／２の畳み込み符号，Repetitionレート0.8のレートマッチング｝を送信パケット符号化部５に対して出力する。

図４は、本発明にかかるパケット伝送方法を実現可能な受信機（移動局）の構成を示す図であり、この受信機は、無線受信部２１と、復調部２２と、特許請求の範囲における復号手段として動作する受信パケット復号部２３と、再送制御情報生成部２４と、受信バッファ２５と、から構成されている。また、上記受信パケット復号部２３は、デインタリーブ処理部３１と、レートデマッチング部３２と、誤り制御復号部３３と、を備えている。

まず、アンテナで受信した無線周波数信号は、無線受信部２１に供給され、ここでは、ベースバンド信号への周波数変換が行われる。復調部２２では、受信ベースバンド信号を復調し、さらに、復号方法を識別するための識別ＩＤを抽出し、図３に示すテーブルから当該識別ＩＤに対応する符号化処理を検索する。なお、想定される各識別ＩＤとそれぞれに対応する符号化方式は、事前に関連付けが行われているものとする。

受信パケット復号部２３では、デインタリーブ処理部３１およびレートデマッチング処理部３２が、送信側のインタリーブ処理部１３およびレートマッチング処理部１２と逆の処理を行い、さらに、誤り制御復号部３３が、前記符号化処理に対応した誤り訂正復号処理、現在の伝送路状態を推定するための誤り訂正ビット数の算出、およびブロック誤り検出処理を行い、当該復号結果を受信バッファ２５に対して出力する。

このように、本実施の形態では、送信機が、送信データの特質に応じて符号化方式を選択し、当該符号化方式による符号化結果に復号方式を識別するための識別ＩＤを含めて送信することとした。その結果、受信機では、受信信号に含まれる識別ＩＤに基づいて送信データの特質に応じた復号方式を選択できるので、通常伝送時の受信特性向上を実現できる。

また、受信パケット復号部２３では、上記誤り訂正数およびブロック誤り検出の有無については再送制御情報生成部２４に対して出力する。なお、受信パケット復号部２３にて反復復号を適用できる場合には、上記誤り訂正数の代わりに、繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移を求めることとしてもよいし、または、上記誤り訂正数と、繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移と、の両方を求めることとしてもよい。

再送制御情報生成部２４では、ブロック誤りの有無に応じて、ＡＣＫ（positive ACKnowledgement），ＮＡＣＫ（Negative Acknowledgement）の識別子を生成し、誤り訂正数に応じた再送時のサービス品質情報を図３のテーブルから選択し、それらを送信機に対してフィードバッグする。

そして、送信機では、たとえば、ＮＡＣＫを受信した場合、同時に指示されたサービス品質情報に基づいて符号化方式を決定し、当該符号化方式で対応するパケットを符号化して再送する。このように、本実施の形態では、再送要求を受け取った送信機が、受信機から送られてくるサービス品質情報によって再送時の符号化方式を選択することとしたので、再送時の受信特性向上を実現できる。

以上、本実施の形態においては、送信機が、送信データの特質に応じて符号化方式を選択し、当該符号化方式による符号化結果に復号方式を識別するための識別ＩＤを含めて送信する。そして、受信機が、受信信号に含まれる識別ＩＤに基づいて復号方式を選択し、当該復号方式による復号結果に基づいて、たとえば、誤り訂正数に応じた再送時のサービス品質情報をフィードバックする。さらに、再送要求を受け取った送信機が、受信機から送られてくるサービス品質情報で表された伝送路状態によって再送時の符号化方式を選択する。これにより、通常伝送時および再送時の受信特性向上を実現でき、結果として再送回数増加を抑制できる。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかるパケット伝送方法を実現可能な実施の形態２の送信機（基地局）の構成を示す図であり、この送信機は、特許請求の範囲における分割手段として動作する送信バッファ４１と、符号化手段として動作する複数の送信パケット符号化部５と、を備えている。なお、先に説明した実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、先に説明した実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。

まず、ＩＰパケットは、送信バッファ４１に逐次的に入力され、記憶される。送信バッファ４１では、ヘッダ解析部２にてサービス品質情報を抽出する過程で算出されるヘッダ部とデータ部との境界情報に基づいて、ＩＰパケットを、ヘッダ部と一つまたは複数のデータ部分に分割し、それぞれを複数の送信パケット符号化部５に対して出力する（図５では一例として３つに分割する場合を記載）。ここでは、たとえば、ＩＰパケット５１を、ヘッダ情報５２，ユーザデータ５３，５４に分割する。

符号化方式決定部３では、ヘッダ解析部２から通知されたサービス品質情報に基づいて、ヘッダ部と各データ部分に対応する符号化方式をそれぞれ決定する。実際には、サービス品質＋データ種別(ヘッダ情報，ユーザデータ)に基づいて、たとえば、図３に相当するテーブルを参照して決定する。そして、ヘッダ情報５２，ユーザデータ５３，５４は、それぞれ送信パケット符号化部５にて符号化処理が行われた後、多重化部６にて連結される。

このように、本実施の形態においては、ＩＰパケットを分割して符号化することにより、分割後のデータ毎に誤り耐性強度を変化させることができる。したがって、ヘッダ部／ユーザデータ部やユーザデータ内においてデータの特質（重要度）に応じた符号化を行うため、音声等の低遅延伝送が達成できる（音声再生に最低限必要な情報ブロックの符号化変更で伝送路誤り耐性を高めることができる。）。

以上のように、本発明にかかるパケット伝送方法および通信装置は、移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信に有用であり、特に、要求されるサービス品質（ＱｏＳ）に応じて適応的に符号化方式を変更するパケット伝送に適している。

本発明にかかるパケット伝送方法を実現可能な実施の形態１の送信機の構成を示す図である。 ＩＰパケットの構造を示す図である。 符号化方式決定部で参照されるテーブルの一例を示す図である。 移動局（受信機）の構成を示す図である。 本発明にかかるパケット伝送方法を実現可能な実施の形態２の送信機の構成を示す図である。

符号の説明

１，４１ 送信バッファ
２ ヘッダ解析部
３ 符号化方式決定部
４ 制御情報生成部
５ 送信パケット符号化部
６ 多重化部（ＭＵＸ）
７ 変調部
８ 無線送信部

Claims (10)

1. 移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現するためのパケット伝送方法において、
   送信側の通信装置が、
   ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出するヘッダ解析ステップと、
   想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報に基づいて符号化方式を決定する符号化方式決定ステップと、
   前記決定された符号化方式で前記ＩＰパケットを符号化する符号化ステップと、
   受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別情報を生成する識別情報生成ステップと、
   前記符号化結果および前記識別情報を連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する送信ステップと、
   を含むことを特徴とするパケット伝送方法。
2. 受信側の通信装置が、
   想定される各識別情報とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、所定の受信処理を施して復調後の受信信号から前記識別情報を抽出し、当該識別情報に対応する符号化方式を検索する復調ステップと、
   前記符号化方式に対応した復号方式で前記復調後の受信信号を復号し、当該復号結果と復号処理で得られる所定の伝送路状態とを出力する復号ステップと、
   正常に受信したかどうかを示す情報、および前記所定の伝送路情報に応じた再送時のサービス品質情報を、送信側に対してフィードバッグする再送制御情報生成ステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット伝送方法。
3. 前記所定の伝送路状態として、誤り訂正数、前記復号ステップにて反復復号を適用できる場合には繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移、または、前記誤り訂正数と前記繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移との両方、を求めることを特徴とする請求項２に記載のパケット伝送方法。
4. 前記送信側の通信装置が、
   受信側から正常に受信できなかったことを示す情報を受信した場合、同時に通知されるサービス品質情報に基づいて再送時の符号化方式を決定し、当該符号化方式により対応するパケットを符号化して再送する再送ステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載のパケット伝送方法。
5. 移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現するためのパケット伝送方法において、
   送信側の通信装置が、
   ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出するヘッダ解析ステップと、
   前記ヘッダ解析ステップにてサービス品質情報を抽出する過程で得られるヘッダとデータ部との境界情報に基づいて、前記ＩＰパケットを、ヘッダと一つまたは複数のデータ部分に分割する分割ステップと、
   想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報および分割後のデータ種別に基づいて、分割後のヘッダおよび各データ部分に対応する符号化方式を個別に決定する符号化方式決定ステップと、
   前記決定された符号化方式で分割後のヘッダおよび各データ部分を個別に符号化する符号化ステップと、
   受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別情報を生成する識別情報生成ステップと、
   前記符号化結果および前記識別情報を連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する送信ステップと、
   を含むことを特徴とするパケット伝送方法。
6. 移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現する送信側の通信装置において、
   ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出するヘッダ解析手段と、
   想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報に基づいて符号化方式を決定する符号化方式決定手段と、
   前記決定された符号化方式で前記ＩＰパケットを符号化する符号化手段と、
   受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別情報を生成する識別情報生成手段と、
   前記符号化結果および前記識別情報を連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
7. さらに、受信側から正常に受信できなかったことを示す情報を受信した場合、同時に通知されるサービス品質情報に基づいて再送時の符号化方式を決定し、当該符号化方式により対応するパケットを符号化することによって、再送制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
8. 移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現する送信側の通信装置において、
   ＩＰパケットのヘッダからサービス品質情報を抽出するヘッダ解析手段と、
   前記ヘッダ解析ステップにてサービス品質情報を抽出する過程で得られるヘッダとデータ部との境界情報に基づいて、前記ＩＰパケットを、ヘッダと一つまたは複数のデータ部分に分割する分割手段と、
   想定される各サービス品質とそれぞれに対応する符号化方式とを事前に関連付けておき、前記抽出されたサービス品質情報および分割後のデータ種別に基づいて、分割後のヘッダおよび各データ部分に対応する符号化方式を個別に決定する符号化方式決定手段と、
   前記決定された符号化方式で分割後のヘッダおよび各データ部分を個別に符号化する符号化手段と、
   受信側で前記符号化方式に対応する復号方式を検知できるように識別情報を生成する識別情報生成手段と、
   前記符号化結果および前記識別情報を連結し、その結果に対して所定の送信処理を施して伝送路へ送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
9. 移動通信ネットワークを利用したＩＰパケット通信を実現する受信側の通信装置において、
   送信側から送られてくる、符号化方式に対応する復号方式を検知するための各識別情報と、それぞれに対応する符号化方式と、を事前に関連付けておき、所定の受信処理を施して復調後の受信信号から前記識別情報を抽出し、当該識別情報に対応する符号化方式を検索する復調手段と、
   前記符号化方式に対応した復号方式で前記復調後の受信信号を復号し、当該復号結果と復号処理で得られる所定の伝送路状態とを出力する復号手段と、
   正常に受信したかどうかを示す情報、および前記所定の伝送路情報に応じた再送時のサービス品質情報を、送信側に対してフィードバッグする再送制御情報生成手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
10. 前記所定の伝送路状態として、誤り訂正数、前記復号ステップにて反復復号を適用できる場合には繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移、または、前記誤り訂正数と前記繰り返す復号毎の誤り率およびその状態遷移との両方、を求めることを特徴とする請求項９に記載の通信装置。

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