JP4008350B2 - リバースリンク・ソフトハンドオフ・ハイブリッド自動再送要求方式のための閉ループ方法 - Google Patents

リバースリンク・ソフトハンドオフ・ハイブリッド自動再送要求方式のための閉ループ方法 Download PDF

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Description

【0001】
(技術分野)
本発明は一般に、通信システムに関し、特に、ハイブリッド自動再送要求方式(ARQ)を組み合わせたソフトハンドオフに関する。
【0002】
(発明の背景)
米国電気通信工業会(Telecommunications Industry Association )は、セルラー方式においてのCDMAの実施に、暫定標準IS−95−A(IS−95)を採用している。CDMAシステムでは、地理的な領域内に分散した複数の基地局のうちの任意の一つ以上の基地局と通信する。各基地局は、異なる符合位相差を有する同一の拡散符号を備えたパイロットチャネルシグナルを継続的に送信する。位相差はパイロットシグナル同士を相互に区別することを可能に、続いて基地局を区別することを可能にする。以下において、基地局のパイロットシグナルを単にパイロットと称する。移動局はパイロットを監視して、受信したパイロットのエネルギーを測定する。
【0003】
IS−95は、移動局と基地局との間の通信のために、多数の状態およびチャネルを定義する。例えば、トラフィック状態(Traffic State )に関する移動局制御(Mobile Station Control )では、基地局は、フォワードトラフィックチャネル(Forward Traffic Channel )を介して移動局と通信し、移動局は、リバーストラフィックチャンネル(Reverse Traffic Channel )を介して基地局と通信する。呼の間、移動局は、集合的にパイロットセットと称される4つのセット、すなわち、アクティブセット(Active Set )、候補セット(Candidate Set) 、隣接セット(Neighbor Set)、および残りのセット(Remaining Set) を常時監視しかつ保持しなければならない。アクティブセットは、移動局に割り当てられたフォワードトラフィックチャネルに関連したパイロットである。候補セットは、現在はアクティブセット内にはないが、特定の移動局によって十分な強度をもって受信されていて、特定の移動局に関連するフォワードトラフィックチャンネルが首尾よく復調され得ることを示すパイロットである。隣接セットは、現在アクティブセットおよび候補セットのいずれでもないが、ハンドオフの候補になり得る。残りのセットは、現在のシステムにおいて、CDMA周波数割当てにおいて、隣接セット、候補セット、およびアクティブセット内のパイロットを除く、可能なパイロットの全てである。
【0004】
移動局は、隣接した基地局のパイロットチャネル(Pilot Channel) において、強度が閾値よりも十分大きいパイロットを常時探査している。移動局は、パイロット強度測定メッセージ(Pilot Strength Measurement Message)を使用してその結果を基地局へ信号送信する。移動局が、一つの基地局によってカバーされる領域から他の領域へ移動するにつれ、基地局は特定のパイロットを候補セットからアクティブセットへ、隣接セットから候補セットへと進展させて、この進展をハンドオフ方向メッセージ(Handoff Direction Message )を介して移動局に通知する。新しいアクティブセット内で新しい基地局との通信を開始する場合、移動局が古い基地局との通信を終了する前に、「ソフトハンドオフ」が発生している。リバースリンクにおいては、一般に、各基地局が独立して、各フレームまたはパケットを復調およびデコードする。二つの基地局によってデコードされたフレーム間の仲介は、交換局に依存している。このようなソフトハンドオフの作動は、複数の利点を有する。品質的にはこの機能は、利用者が一つのセルから隣接するセルへ移動する際の、基地局間のハンドオフの信頼性を向上させる。量的には、ソフトハンドオフはCDMAシステムにおける容量/カバレージを向上させる。
【0005】
CDGフェース−II(無線通信の次段階のための必要条件を定めるサービスプロバイダ共同体)は、リバースリンクに、より高い平均スループット(約600kbps)並びに、高いピーク速度(>1Mbps)を要求している。リバースリンクにおけるこれらの要求に答えるためには、ハイブリッドARQや適応変調および符号化(Adaptive Modulation and Coding) 等の技術が必要となる。
【0006】
適応変調および符号化(AMC)は、変調および誤り訂正方式(FEC)方式を、各使用者の平均的なチャネル条件に適合させる柔軟性を提供する。AMCは、基地局サイトに近接しているか、または他の地理的な利点のためにチャネル品質が良好である使用者に、平均データ速度の大幅な増加を約束する。AMCを使用した機能強化されたGSMシステム(エンハンストGSMシステム)のデータ速度は、AMCのない場合の100kbpsと比較すると、384kbpsにまで高速化されている。同様に、1.25MHz COMAシステムでは、ダウンリンクのピークデータ速度は、AMCのない場合は一般に460kbpsであるが、AMCを介して5Mbpsにまで高速化された速度を提供し得る。しかしながら、AMCはいくつかの不都合を有する。AMCは測定誤差および遅延に敏感である。適切な変調を選択するためには、スケジューラがチャネル品質を認識しなければならない。チャネル見積に誤差があると、スケジューラが誤ったデータ速度を選択し、高すぎる電力で送信してシステム容量を浪費したり、または低すぎる電力で送信してブロック誤り率を上昇させたりする。移動チャネルは常時変動しているため、チャネル測定報告の遅延はチャネル品質見積の信頼性も低下させる。チャネル測定報告の周波数を増大させることによって測定の遅延を克服し得るが、この測定報告は、そうでなければデータを伝送するために使用され得るシステム容量を消費する。
【0007】
ハイブリッドARQ(H−ARQ)は、内在的なリンク適応技術である。それに対して、AMCは、明示的なC/I測定または同様の測定を使用して変調および符号化のフォーマットを設定し、H−ARQにおいて、再送の判定にはリンク層肯定応答が使用される。H−ARQを実行するには、追跡コンバイニング(Chase combining )、速度適合パンクチャードターボ符号(Rate compatible Punctured Turbo codes )、および増加的冗長(Incremental Redundancy)等の多数の方式がある。増加的冗長、即ちH−ARQ−タイプ−IIは、H−ARQ技術のもう一つの実施であり、この実施では、符号化パケット全体の単純な繰り返しを送信する代わりに、デコードが最初の試みにおいて失敗したときに付加的な冗長情報が増分的に送信される。
【0008】
H−ARQ−タイプ−IIIもまた、増加的冗長ARQスキームの類に属する。しかしながらH−ARQ−タイプ−IIIは、各再送が自己デコード可能であり、これはH−ARQ−タイプ−IIにはあてはまらない。追跡コンバイニング(これもまたH−ARQ−タイプ−IIIと称され、一つの冗長バージョンを備える)は、送信器が同一の符号化データパケットを再送するものである。受信器におけるデコーダが、受信されたSNRによって重み付けされたこれらの送信されたパケットの複数の複製を組み合わせる。このようにして、ダイバーシチ(時間)利得が得られる。複数の冗長バージョンを備えるH−ARQ−タイプ−IIIは、各再送に異なるパンクチャービットを使用する。様々なH−ARQを実行する方法の詳細は、一般に当業者に周知であるために本願では解説しない。
【0009】
AMCが組み合わされたH−ARQは、利用者のスループットを非常に増加させ得、システム容量を倍増する可能性がある。実際に、ハイブリッドARQは、付加的な冗長の増分を送信することによってチャネルに適合し、ここで付加的な冗長の増分は、符号化率を高めて、効率よくデータ速度を遅くすることによってチャネルを一致させる。ハイブリッドARQは、チャネル見積のみに依存せず、ARQプロトコルによって発信された誤りにも依存している。目下、H−ARQ機能はBTS内に存在する一方、リバースリンク・ソフトハンドオフはRNCにて実行されている。また基地局は、RNCのみによって通信可能である。
【0010】
従って、リバースリンクにおいて、AMCおよびH−ARQスキームをソフトハンドオフと組み合わせてシステムのスループットおよび利得を最大にする方法が必要である。
【0011】
(好ましい実施態様の概要)
本発明は、ハイブリッドARQスキームを使用してシステムのスループットおよび利得を最大にするソフトハンドオフを実行する方法を提供する。現在の好ましい実施態様において、本方法は、少なくとも一つのRNCと通信し、かつ移動局と通信する複数の基地局を提供する工程と、移動局からのフレームPn,mを、複数の基地局のうちの第一基地局と、複数の基地局のうちの第二基地局とに送信する工程と、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局において、フレームPn,mを処理する工程と、移動局において、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に、フレームPn,mを再送すべきか、または次のフレームPn+1、mを送信すべきかを判定する工程とからなり、フレームPn、mを再送すべきと判定した場合はフレームPn,m+1を送信し、かつ複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局においてH−ARQを使用してフレームPn,mをフレームPn,m+1と組み合わせ、次のフレームPn+1,mを送信すべきと判定した場合は、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に次のフレームを送信する。
【0012】
(好ましい実施態様の説明)
リバースリンク(移動局(MS)から基地局(BTS)へ)上のソフトハンドオフは、任意の符号分割多元接続(CDMA)システムの本質的な構成要素である。一般的なIS−95、IS−2000、または広帯域CDMA(W−CDMA)システムでは、BTSはソフトハンドオフにおいて、MSによって送信されたパケットまたはフレーム(以後、フレームと称する)をデコードする。ソフトハンドオフでは、最大6個の基地局を備え得る。デコードされたフレームの品質情報は、BTSから無線ネットワークコントローラ(RNC)もしくは選択分配ユニット(Selection Distribution Unit)(SDU)へ送信される。RNCは、BTSから受信したフレームのうち最も高品質のフレームを選択する。量的には、ソフトハンドオフは、CDMAシステムにおける容量/カバレージを向上させる。
【0013】
図1を参照すると、本発明の好ましい実施態様による通信システムのブロック図が示される。好ましい実施態様において、通信システム100は、3GGP TSG UTRAN lubインターフェース108を介して、第一BTS104および第二BTS106と結合するRNC102を備える。lubルブインターフェース108は、仕様書#3GT525,430、V3.2.0の一般態様および原理(General Aspects and Principles) に説明されている。第一BTS104および第二BTS106は、MS110と結合している。本発明に使用し得るBTSおよびMSは、モトローラ社[ 米国イリノイ州アーリントンハイツ] から入手可能である。本発明に使用し得るRNCは、アルカテル社(Alcatel)[ フランス国] 、ノーテル社(Nortel)[ 米国テキサス州ダラス] など数カ所から購入可能である。本願において説明するように、リバースリンク通信の間、MS110は、フレームPn,mをBTS104,106へ送信する。選択された用語において、nはフレームの数、mは、同一フレームがMS110からBTS104またはBTS106へ送信された回数を表す。例えば、P , は、BS110から、BTS104またはBTS106に2回送信された(再送された)第一フレームを表す。
【0014】
フレームの構成は、図1に示すように、(1)現在のフレームを以前格納したフレームといつ組み合わせるか、または現在のバッファをいつフラッシュ(消去)するかを、BTSに指示するフラッシュ(F)ビット、(2)データ、(3)フレームが首尾よくデコードされたか否か(即ち、フレームが任意の誤りを含むか否か)を示す周期的冗長検査(cyclic redundancy check )(CRC)ビット、および(4)チャネルデコーダメモリをフラッシュするテールビット(T)を備える。フレームに含まれる情報を、本願ではソフト情報と称する。本発明によれば、BTS104,106は、H−ARQスキームを使用して、複数の再送からのフレームを組み合わせる。
【0015】
現在の好ましい実施態様において、BTS104,106は、MS110からフレームP1,1を受信した後、フレームを処理して、フレームに誤りが含まれるか否かをフォワードコントロ−ルチャネルを介してMS110に通信する。BTS104,106の双方が、フレームが誤りを含むと通信した場合、MS110は同じフレームP , をFビットセットと共にBTS104,106の双方に再送して、再送したフレームP1,2を元の格納された格納フレームP1,1と組み合わせるようBTS104,106に指示する。BTS104, 106の一つがフレームP1,1が誤りを含むと通信した場合、あるいはBTS104、106の双方ともフレームP1,1が誤りを含むと通信しない場合、MS110は次のフレームP2,1をFビットセットと共にBTS104,106に送信して、以前のフレームP1,1をメモリから消去して、以前のフレームを現在のフレームP2,1と組み合わせないようにBTS104,106の双方に指示する。本発明の方法の好ましい実施態様を、図2のフローチャートを参照してより詳細に記述する。
【0016】
図2は、本発明のリバースリンク・ソフトハンドオフ方式の好ましい実施態様のフローチャートである。フローチャートは4つのケース、すなわち、(1)BTSの双方が、MSによって送信されたフレームを首尾よくデコードする(誤りは検知されない)ケース、(2)BTSの双方が、フレームを誤ってデコードするケース、(3)第一BTSがフレームを首尾よくデコードし、第二BTSがフレームを誤ってデコードするケース、(4)第一BTSがフレームを誤ってデコードし、第二BTSがフレームを首尾よくデコードするケース、から構成されている。
【0017】
ケース1から説明を開始すると、ブロック202で、MS110は、現在の例でP1,1であるフレームPn,mを、第一BTSおよび第二BTS106へ送信する。ブロック204で、第一BTS104はフレームP1,1を処理する。図3に示すように好ましい実施態様では、BTS104はフレームP1,1(ブロック301)をデコードし、フレームP1,1(ブロック303)の品質標識であるCRCを検査し、フレームP1,1(ブロック305)を格納する。CRC品質標識は、フレームに誤りがあるか否かを示す。再び図2を参照すると、ブロック206で、第二BTSもまたフレームP1,1を処理する。図3に示すように好ましい実施態様では、BTS106はフレームP1,1(ブロック302)をデコードし、フレームP1,1(ブロック304)の品質標識であるCRCを検査し、フレームP1,1(ブロック306)を格納する。次に、判定ブロック208,210で、第一BTS104および第二BTS106の双方は、処理によって首尾よい結果が生み出されたか否か(例、CRCが、フレームP1,1の首尾よいデコードを示すか否か)を判定する。BTS104,106の双方がフレームP1,1を首尾よくデコードした場合、BTS104,106の双方は、好ましい実施態様においては、ACKであるサクセスメッセージをMS110(ブロック212,215)に送信する。その後、MS110は、BTS104,106(ブロック216,219)から送信されたACKSをデコードし、続いて判定ブロック220で、ACKがBTS104,106の双方からデコードされたか否かを判定する。ケース1では、ACKは、BTS104,106の双方からデコードされたため、MSは、次のフレームP2,1のフラッシュビット(F=1)をBTS104,106(ブロック230)の双方へ送信されるように設定する。Fビットの“1”の設定は、BTS104,106に、受信する次のフレームP1,2と格納されたフレームP1,1を組み合わせないように指示する。従ってBTS104,106は、フレームP1,1をメモリからクリアする。
【0018】
ケース2では、ステップ202,ステップ204およびステップ206は、上述したように実行される。判定ブロック208,210で、BTS104,106の双方は、フレームP1,1が誤ってデコードされたことを判定する。ブロック213,214で、BTS104,106は、好ましい実施態様においてはNACKであるエラーメッセージをMS110に送信する。その後、ブロック207, 218で、MS110はNACKをデコードする。続いてフローは、判定ブロック220の“NO”経路を通って、判定ブロック222へと継続する。判定ブロック222で、MSは、MSがBTS104,106の双方からのNACKをデコードしたことを判定して、フラッシュビット(F=0)をクリアしてBTS104,106の双方へ次のフレームP1,2(第一フレームの再送)を送信する(ブロック228)。Fのクリアは、BTS104,106に、TS104,106が受信する次のフレームP1,2を格納フレームP1,1と組み合わせるよう指示する。従って、BTS104,106は、フレームP1,1をメモリからクリアしない。ケース2では、フレームのデコードを失敗し、失敗したフレームを格納し、失敗したフレームを再送し、失敗したフレームを組み合わせる上述の工程は、BTS104,106の少なくとも一つがフレームを首尾よくデコードするまでか、または予め設定したタイムアウト時間に到達するまで連続する。本発明によれば、BTS104,106は、フレームを組み合わせるのに、前に開示したH−ARQスキームの一つを使用する。
【0019】
ケース3では、ステップ202,ステップ204およびステップ206は、上記のケース1において記述したものと同様に実行される。判定ブロック208で、第一BTS104が、フレームP1,1が首尾よくデコードされたことを判定する。判定ブロック210で、第二BTS106が、フレームP1,1が誤ってデコードされたことを判定する。ブロック213で、第一BTS104はMS110にACKを送信する。ブロック214で、第二BTS106がMS110にNACKを送信する。ブロック216で、MS110は、第一BTS104から送信されたACKをデコードし、ブロック218で、第二BTS106から送信されたNACKをデコードする。フローは、判定ブロック220,222の“NO”経路を通って、判定ブロック224へと継続する。判定ブロック224で、MS110は、MS110が、第一BTS104からのACKおよび第二BTS106からのNACKをデコードしたことを判定する。ブロック230で、MSは、次のフレームP2,1のFビットを一(F=1)に設定する。BTS104の一つがフレームP1,1を首尾よくデコードしたために、BTS104,106の双方はフレームP1,1をメモリから消去して、次のフレームP2,1をフレームP1,1と組み合わせない。
【0020】
ケース4では、ステップ202,ステップ204およびステップ206は、上記のケース1において記述したものと同様に実行される。判定ブロック208で、第一BTS104が、フレームP1,1が誤ってデコードされたことを判定する。判定ブロック210で、第二BTS106が、フレームP1,1が首尾よくデコードされたことを判定する。ブロック215で、第二BTS106はMS110にACKを送信する。ブロック217で、MS110は、第一BTS104から送信されたNACKをデコードし、ブロック219で、第二BTS106から送信されたACKをデコードする。フローは、判定ブロック220,222の“NO”経路を通って、判定ブロック226へと継続する。判定ブロック226で、MS110は、MS110が第一BTS104からのNACKおよび第二BTS106からのACKをデコードしたことを判定する。ブロック230で、MSは、次のフレームP2,1のFビットを一(F=1)に設定する。BTS106の一つがフレームP1,1を首尾よくデコードしたために、BTS104,106の双方は、フレームP1,1をメモリから消去して、次のフレームP2,1をフレームP1,1と組み合わせない。
【0021】
上述した4つのケースの全てにおいて、BTS104,106がMS110から受信したフレームを処理した後、BTSは、フレームをフレームの品質標識と共にRNC102に送信する。RNCは、最も品質の良いフレームを選択するであろう。H−ARQをソフトハンドオフと組み合わせることによって、スループット容量の増加、カバレージの増大、移動局バッテリー寿命の長期化を含む多数の利点が提供される。
【0022】
当業者は、本発明の装置および本装置の構成において様々な改良および変更を為し得ることを理解するであろう。例えば、本発明の方法は、2個より多い基地局を備えた通信システムに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 H−ARQ方法を使用してリバースリンク・ソフトハンドオフを実行し得る本発明の通信システムのブロック図。
【図2】 本発明のソフトハンドオフ方法のフローチャート。
【図3】 図2のフローチャートにおける処理ブロックのフローチャート。

Claims (10)

  1. ハイブリッドARQを使用してソフトハンドオフを実行する方法であって、
    a.少なくとも一つのRNCと通信し、かつ移動局と通信する複数の基地局を提供する工程と、
    b.移動局からのフレームPn,mを、複数の基地局のうちの第一基地局と複数の基地局のうちの第二基地局とに送信する工程と、
    c.複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局において、フレームPn,mを処理する工程と、
    d.移動局において、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局にフレームPn,mを再送すべきか、または次のフレームPn+1 , を送信すべきかを判定する工程とからなる方法であって、フレームPn,mを再送すべきと判定した場合はフレームPn,m+1を送信し、かつ複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局においてH−ARQを使用してフレームPn,mをフレームPn,m+1と組み合わせ、次のフレームPn+1 , を送信すべきと判定した場合は、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に次のフレームを送信する方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、前記フレームPn,mを処理する工程は、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局においてフレームPn,mをデコードする工程からなる方法。
  3. 請求項1に記載の方法であって、前記フレームPn,mを処理する工程は、複数の基地局のうちの第一基地局においてフレームPn,mに誤りが含まれるか否かを示す第一品質基準を判定し、複数の基地局のうちの第二基地局においてフレームP , に誤りが含まれるか否かを示す第二品質基準を判定する工程からなる方法。
  4. 請求項3に記載の方法であって、前記第一品質基準を判定する工程は、第一CRCを検査する工程からなる方法。
  5. 請求項3に記載の方法であって、前記第二品質基準を判定する工程は、第二CRCを検査する工程からなる方法。
  6. 請求項1に記載の方法であって、前記フレームPn,mを処理する工程は、フレームPn,mのソフト情報を格納する工程からなる方法。
  7. 請求項6に記載の方法であって、前記複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に、フレームPn,mを再送すべきか、または次のフレームPn+1 , を送信すべきかを判定する工程は、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局の少なくとも一つがフレームPn,mを正確にデコードした場合に次のフレームPn+1 , を送信することを決定する工程からなる方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって、移動局がフラッシュビットを“1”に設定する工程をさらに含み、フラッシュビットの“1”の設定は、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に、Pn,mのソフト情報をメモリからクリアするよう指示する方法。
  9. 請求項8に記載の方法であって、複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局においてフレームPn,mのソフト情報を消去する工程をさらに含む方法。
  10. 請求項1に記載の方法であって、前記複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に、フレームPn,mを再送するかまたは次のフレームPn+1 , を送信するかを判定する工程は、前記基地局の双方ともがフレームPn,mを正確にデコードしない場合フレームPn,mを再送することを決定し、フラッシュビットを“0”に設定することによって、フレームPn,mを再送されたフレームPn,m+1と組み合わせるよう複数の基地局のうちの第一基地局および第二基地局に指示する方法。
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