JP4541617B2 - 音声オーバデータ通信システムにおける効率の良いデータ送信のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の背景
１．本発明の分野
本発明は概してワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、音声オーバデータ通信システムにおいてデータフレームを送信するための効率的な方法及び装置を提供することに関する。
【０００２】
２．背景
ワイヤレス通信の分野は、コードレス電話、ページング、ワイヤレスローカルループ、衛星通信システムを含む多くの応用分野を有する。特に重要な応用は、移動申込者のためのセルラ電話システムである。（ここに用いられる“セルラ”システムは、セルラ及びＰＣＳ周波数を含む）。種々のオーバザエアインタフェースは、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を含む。これに関して、種々の国内及び国際標準が確立された。これらは、アドバンスト移動電話サービス（ＡＭＰＳ）、移動体のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）、中間スタンダード９５（ＩＳ−９５）を含む。特に、ＩＳ−９５とその派生（ＩＳ−９５Ａ、ＩＳ−９５Ｂ等、しばしばＩＳ−９５と総称される、ＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ−００８、ＩＳ−９９、ＩＳ−６５７、ＩＳ−７０７その他）は、遠隔通信工業協会（ＴＩＡ）及びその他の既知の標準団体によって公表されている。
【０００３】
ＩＳ−９５標準の採用に関連して構成されたセルラ電話システムは、高度に効率的かつ強固なセルラ電話サービスを提供するために、ＣＤＭＡ信号処理技術を用いている。ＩＳ−９５標準の使用に実質的に従うように構成されたセルラ電話システムの一例は、米国特許５１０３４５９号（ＣＤＭＡセルラ電話システムにおける信号波形を生成するためのシステム及び方法、これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）に開示されている。上記特許は、ＣＤＭＡ基地局における送信あるいはフォワードリンク信号処理を示している。ＣＤＭＡ基地局における受信あるいはリバースリンク信号処理の一例については、米国出願０８／９８７１７２号（１９９７年１２月９日出願、名称：多重チャネル復調器、これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）。ＣＤＭＡシステムにおいて、オーバザエアパワーコントロールは重要な課題である。ＣＤＭＡシステムにおけるパワーコントロールの方法の一例は、米国特許５０５６１０９号（名称：ＣＤＭＡセルラ移動電話システムにおける送信電力を制御するための方法及び装置）に開示されている。これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている。
【０００４】
ＣＤＭＡオーバザエアインタフェースを使用する主な利点は、通信が同じＲＦバンド上で同時に行なわれることである。例えば、所定のセルラ電話システムにおける各移動申込者ユニット（概してセルラ電話）は、ＲＦスペクトルの同じ１．２５ＭＨｚ上でリバースリンク信号を送信することによって同じ基地局と通信することができる。同様にして、そのようなシステムにおける各基地局は、ＲＦスペクトルの他の１．２５ＭＨｚ上でフォワードリンク信号を送信することによって移動ユニットと通信可能である。
【０００５】
同じＲＦスペクトル上で信号を送信することは、セルラ電話システムの周波数再使用の増大及び２つ以上の基地局間でソフトハンドオフを実行する能力の増大を含む種々の利点を含む。増大された周波数再使用は、所定の量のスペクトル上で多数の呼を実行することを可能にする。ソフトハンドオフは、２つ以上の基地局と同時に接続することを含む２つ以上の基地局の包囲エリア間で移動ユニットを移動させる強固な方法である。（これに対して、ハードハンドオフは、第２の基地局と接続することを確立する前に、第１の基地局と接続することを中止することを含む）。ソフトハンドオフを実行する方法の一例は、米国特許５２６７２６１号（名称：ＣＤＭＡセルラ通信システムにおける移動局によるハンドオフ、これは、本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）に開示されている。
【０００６】
ＩＳ−９９及びＩＳ−６５７標準（以下ではＩＳ−７−７と総称する）の下で、ＩＳ−９５準拠の通信システムは、音声及びデータ通信サービスを提供する。データ通信サービスは、ワイヤレスインタフェースを介して、送信器と１つ以上の受信器間でのデジタルデータの交換を可能にする。ＩＳ−７０７標準を使用して概して送信されるデジタルデータの一例は、コンピュータファイルと電子メールとを含む。
【０００７】
ＩＳ−９５及びＩＳ−７０７標準に従って、送信機と受信機間で交換されるデータは、離散パケット（一方では、データパケットあるいはデータフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）である。フレームがデータ通信の間首尾よく送信される確率を増大させるために、ＩＳ−７０７は、首尾よく送信されたフレームを追跡したり、フレームが首尾よく送信されなかったときにフレームの再送を行なうために、無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）を使用する。ＩＳ７０７において、再送は３回まで行なわれ、フレームが首尾よく受信されたことを確実にするために付加的なステップをとることは、より上位のレイヤプロトコルの責任である。
【０００８】
どのフレームが首尾よく受信されたかを追跡するために、ＩＳ−７０７は、送信される各フレームのフレームヘッダとして８ビットシーケンス番号を含めることを実行している。シーケンス番号は、各フレームに対して０から２５６まで増大され、０にリセットされる。シーケンス番号の揃っていないフレームが受信されたときには首尾良く送信できなかったフレームが検出される、あるいは、ＣＲＣチェックサム情報あるいは他のエラー検出方法を使用してエラーが検出される。一度不備のある受信フレームが検出されたなら、受信機は、受信されなかったフレームのシーケンス番号を含む送信システムに否定確認応答メッセージ（ＮＡＫ）を送信する。送信システムは次に、シーケンス番号を含むフレームをもともと送信されたものとして再送する。再送フレームが首尾よく受信されなかったならば、２つのＮＡＫからなる第２の再送要求が送信システムに送信され、今度はフレームを二度送信すべきであることを要求する。フレームが首尾よく受信できなかったならば、３つのＮＡＫからなる第３の再送要求が送信システムに送信され、今度はフレームを３回送信すべきであることを要求する。第３の再送要求の後、フレームがそれでも首尾よく受信されなかったならば、さらなる再送は要求されず、元のデータを再構成するのに用いられる受信機で無視される。
【０００９】
最近、ＩＳ−７０７のデータプロトコルを用いて音声情報を送信する必要性が生じている。例えば、堅牢な通信システムにおいて、音声情報は容易に操作され、データプロトコルを用いてデータ網の間で配布される。そのような状況において、既存のインフラストラクチャに対する変更が必要とならないように既存のデータプロトコルの使用を維持することが望ましい。しかしながら、音声特性の性質によりデータプロトコルを用いて音声を送信するときに問題が発生する。
【００１０】
データプロトコルを用いて音声などの音響情報を送信する主な問題の１つは、ＲＬＰなどのオーバザエアデータプロトコルを用いたフレーム再送に関連した遅延である。２００あるいは３００ミリ秒以上の音声の遅延は、受容できない音声品質を招く。コンピュータファイルなどのデータを送信するときにおける時間遅延は、データの非リアルタイム性のために容易に容認できる。そのため、ＩＳ−７０７のプロトコルは上記したようなフレーム再送方法の使用を可能とし、これは２、３秒以上の送信遅延すなわち潜伏期間を引き起こす。そのような潜伏期間は音声情報の送信にとって容認できないことである。
【００１１】
受信機からのフレーム再送要求に関した時間遅延によって発生する問題を最小化する方法及び装置が必要とされている。さらに、本発明の方法及び装置は、このようなシステムへの高価なアップグレードを避けるために既存のインフラストラクチャと逆方向にコンパチブルでなければならない。
【００１２】
本発明の要約
本発明は、データフレームを送信機から受信機への送信を首尾よく行なう確立を増大させるための方法及び装置である。これは、概して、低レートあるいは不作動フレーム送信の周期の間に、送信されたデータの重複コピーを送信することによって達成される。
【００１３】
本発明は送信機内に配置された装置であり、当該送信機は、任意の既知の良く知られたデータ送信プロトコルに従ってデータフレームを送信するためのプロセッサを備える。本実施形態においては、中間標準ＩＳ−９９によって規定された、無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）が使用される。送信機はさらに、送信キューと第２のキューとを具備する。情報が送信可能なときに、プロセッサは、送信すべき情報に対応するデータフレームを生成する。このデータフレームは送信キュー内に記憶され、当該データフレームの少なくとも１つのコピーが第２のキュー内に記憶される。送信キュー内のデータフレームは、所定のレートで送信される。続いて、送信のための情報が存在しないならば、データフレームはプロセッサによって生成されず、第２のキューからのデータフレームコピーは送信キュー内に配置される。これによって送信されたデータフレームの冗長度を増大させて、受信機に首尾よく送信する確率を増大させる。
【００１４】
本発明の第２実施形態において、送信機はさらに、各データフレームコピーが第２のキュー内に記憶された経過時間を追跡する経過時間装置をさらに備える。任意のデータフレームコピーに対する経過時間が所定の時間周期よりも大きいかあるいはそれに等しいならば、プロセッサは第２のキューから対応するデータフレームコピーを消去する。
【００１５】
本発明は、送信機と受信機間でデータフレームを首尾よく送信する確率を増大するための方法として記載される。この方法は、送信すべき情報からのデータフレームを生成し、当該データフレームを送信キューに記憶するステップを含む。データフレームの少なくとも１つのコピーが生成されて第２のキュー内に記憶される。続いて、データフレームがプロセッサによって生成されなかったならば、第２のキューからのデータフレームは、送信キューに順次配置され、これによって送信されたデータフレームの冗長度及び受信機に首尾よく送信する確率を増大する。
【００１６】
好ましい実施形態の詳細な説明
ここで記述される実施形態は、ＩＳ−９５、ＩＳ−７０７、ＩＳ−９９中間標準のＣＤＭＡ信号処理技術に従って動作するワイヤレス通信システムに関して説明される。本発明は特にそのような通信システム内での使用に適しているが、本発明はそれに限定されず、離散パケット（一方では、データパケットあるいはデータフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）の形態で情報を送信する種々の他のタイプの通信システムにおいて用いられる。このような通信システムは、ワイヤレス及び有線通信システム、衛星通信システムを含む。さらに、説明の全体に渡って種々の既知のシステムがブロックの形で記載される。これは明瞭さのためにそのようにしている。
【００１７】
今日、使用されている種々のワイヤレス通信システムは、オーバザエアインタフェースを用いる移動ユニットと通信する固定基地局を用いる。そのようなワイヤレス通信システムは、ＡＭＰＳ（アナログ）、ＩＳ−５４（北アメリカＴＤＭＡ）、ＧＳＭ（移動通信ＴＤＭＡのためのグローバルシステム）、そしてＩＳ−９５（ＣＤＭＡ）を含む。好ましい実施形態においては、ワイヤレス通信システムはＣＤＭＡシステムを含む。
【００１８】
図１に示すように、ＣＤＭＡワイヤレス通信システムは概して複数のワイヤレス通信装置１０、複数の基地局１２、基地局コントローラ（ＢＳＣ）１４、移動交換局（ＭＳＣ）１６とを含む。ワイヤレス通信装置１０は概してワイヤレス電話であるが、他方では、ワイヤレス通信装置１０はワイヤレスモデムを備えたコンピュータかあるいは、他の通信装置に対して音響あるいは数値情報を送信したり受信可能な任意の他の装置を備える。基地局１２（図１では固定基地局として示されている）は、移動通信装置、衛星、あるいはワイヤレス通信装置１０からの通信を受信したり送信したりすることが可能な任意の他の装置である。
【００１９】
ＭＳＣ１６は、従来の公衆交換電話通信網（ＰＳＴＮ）１８に接続するように構成されるかあるいはインターネット２０等のコンピュータ通信網に直接接続されている。ＭＳＣ１６はさらにＢＳＣ１４と接続するように構成される。ＢＳＣ１４は帰還ライン（backhaul line）を介して各基地局１２に結合されている。帰還ラインは、Ｅ１／Ｔ１、ＡＴＭ、あるいはＩＰを含む任意の既知のインタフェースに従って構成される。システムには１つ以上のＢＳＣ１４が存在することが可能である。各基地局１２は好ましくは少なくとも１つのセクタ（図示せぬ）を含み、各セクタは基地局１２から半径方向に特定の方向を向いているアンテナを具備している。一方、各セクタはダイバーシチ受信のための２つのアンテナを備えている。各基地局１２は好ましくは、複数の周波数割当て（各周波数割当ては１．２５ＭＨｚのスペクトルを含む）を支持するべく設計されている。
【００２０】
セクタと周波数割当てとの交差点はＣＤＭＡチャネルと呼ばれる。基地局１２は、基地局チャネルサブシステム（ＢＴＳ）１２として知られている。一方、“基地局”は当業界においてＢＳＣ１４と１つ以上のＢＴＳ１２を総称するのに用いられる。この場合、ＢＴＳ１２は、“セルサイト”と呼ばれる。（他方、所定のＢＴＳ１２の工業セクタはセルサイトと呼ばれる）。移動申込者ユニット１０は概して、ワイヤレス電話１０であり、ワイヤレス通信システムは、ＩＳ−９５標準に従って使用されるように構成されたＣＤＭＡシステムである。
【００２１】
セルラ電話システムの一般的な動作の間、基地局１２は、移動ユニット１０の組からのリバースリンク信号の組を受信する。移動ユニット１０は、音声及び／又はデータ通信を送信及び受信する。所定の基地局１２によって受信される各リバースリンク信号は、その基地局１２内で処理される。結果としてのデータは、ＢＳＣ１４に送られる。ＢＳＣ１４は、この資源割当てと、基地局１２間でのソフトハンドオフの統制を含む移動管理機能を提供する。ＢＳＣ１４は、受信データをＭＳＣ１４に送る。ＭＳＣ１４は、ＰＳＴＮ１８と接続するための付加的なルーティングサービスを提供する。同様に、ＰＳＴＮ１８及びインターネット２０は、ＭＳＣ１６と接続し、ＭＳＣ１６は、フォワードリンク信号の組を移動ユニット１０の組に送信するべく基地局１２を制御する。
【００２２】
ＩＳ−９５の教義に従って、図１のワイヤレス通信システムは概して、ＰＳＴＮ１８を介して移動ユニット１０とワイヤレス通信装置間の音声通信を可能にするべく設計されている。しかしながら、例えば、ＰＳＴＮ１８あるいはインターネット２０を介して移動申込者ユニット１０とデータ通信装置間でのデータの送信を可能にする、ＩＳ−７０７及びＩＳ−９９を含む種々の標準が実行された。音声ではなくデータの送信を必要とするアプリケーションの例は、電子メールあるいはテキストページングである。ＩＳ−７０７及びＩＳ−９９は、データをＣＤＭＡ通信システムにおいて動作する送信機と受信機間でどのようにして送信するかを規定する。
【００２３】
データを送信すべくＩＳ−７０７及びＩＳ−９９内に含まれているプロトコルは、各データタイプに関連した特性に起因して、ＩＳ−９５で規定されているように、オーディオ情報を送信するのに用いられるプロトコルとは異なっている。例えば、オーディオ情報を送信している間に容認できるエラーレートは、人間の聴覚上の制限のために比較的高くなっている。ＩＳ−９５に準拠したＣＤＭＡ通信システムにおける一般的な容認可能なフレームエラーレートは１パーセントである。これは、送信フレームの１パーセントはオーディオ品質における認知可能な損失なしにエラー状態で受信される。
【００２４】
データ通信システムにおいて、エラーレートは、音声通信システムにおけるエラーレートよりもはるかに低い。これは、エラー状態で受信された単一のデータビットは、送信される情報に重大な影響を有する。そのようなデータ通信システムにおける一般的なエラーレートは、ビットエラーレート（ＢＥＲ）で表した場合、１０−９程度、すなわち、１０億受信ビットのうちの１受信ビットである。
【００２５】
ＩＳ−７０７あるいはＩＳ−９９に準拠したデータ通信システムにおいて、情報は２０ミリセカンドデータパケット（一方では、データフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）の形態で送信される。エラー状態で受信されたフレーム（エラーフレームあるいは不良フレームとも呼ばれる）は、エラーを含む受信フレームあるいは送信されたが受信されなかったフレームとして定義される。
【００２６】
不良フレームが検出されたときには、不良フレームの再送を要求する再送要求が受信機によって送信される。ＣＤＭＡ準拠のシステムにおいては、再送要求は否定確認応答メッセージ、すなわち、ＮＡＫとして知られる。ＮＡＫは、不良フレームに対応してどのフレームを再送すべきかを送信機に知らせる。送信機がＮＡＫを受信するときに、データフレームの複写コピーがメモリバッファから取り出され、その後、受信機に再送される。
【００２７】
ＩＳ−７０７の教義に従えば、初期のＮＡＫの送信後の所定の時間内に不良フレームが首尾よく受信されなかったならば、第２の再送要求が２つのＮＡＫの形態で送信機に送信される。各ＮＡＫは不良フレームが再送すべきであることを示す。送信される各ＮＡＫに対して１つの再送となる。多重再送の目的は、フレームを首尾よく受信する確率を増大させることである。
【００２８】
不良フレームが第２の再送要求が送信されたときから第２の所定時間内に受信できなかった場合には、第３の再送要求が３つのＮＡＫの形態で受信機によって受信される。各ＮＡＫは、不良フレームを再送すべきであることを示す。この場合、送信される各ＮＡＫに対して１つの再送となる。第３の再送要求が送信された後から第３の所定時間内にフレームを受信できなかった場合には、さらなる再送要求は送信されず、元のデータを再構成するのに用いるために受信機で無視される。より高いレイヤプロトコルは、データフレームが首尾よく受信されたことを確実にするためにさらなるステップを費やす。応答のための元の所定の時間間隔、第２の所定の時間、第３の所定の時間は互いに等しいか、あるいは、それらは異なる時間に設定される。さらに、３つの所定の時間周期は、チャネルの送信品質に応じて動的に調整可能である。これは、データが当業界で既知の技術を用いて受信されるエラーレートを管理することにより測定される。
【００２９】
ＮＡＫが受信機により生成されるとき、１つ以上のフレームの再送を要求する。ＩＳ−９９は、少なくとも１つの制御フィールドと２つのシーケンスフィールドを具備する一般的なＮＡＫメッセージのフォーマットを規定する。本実施形態では、制御フィールドは、４ビットの長さであり、シーケンスフィールドの各々は８ビットの長さである。ＮＡＫは、二進数の‘１１００’に等しい制御フィールドとして規定され、第１のシーケンスフィールドは、再送すべき第１のフレームを規定しており、第２のシーケンス番号は、送信すべき最後のフレームを規定している。第１のシーケンス番号と最後のシーケンス番号との間のすべてのフレームは再送される。例えば、メッセージが第１の制御フィールド内の００１１０１０に続いて制御フィールド内に１１００を含むならば、第２の制御フィールド内の１１１００００１は、現在のメッセージはＮＡＫであり、２６から２２５までのフレームを再送することを規定する。
【００３０】
上記のように規定されたＮＡＫフォーマットは、２５５までのフレームが再送可能であることを規定している。しかし、大抵の環境においては、少数の連続フレームのみがエラー状態で受信される。加えて、メッセージの長さを短くするために他の通信システムが必要となるので、ＮＡＫメッセージが減少することは好ましいことである。本発明の一実施形態において、新たなＮＡＫメッセージは、８ビットから４ビットに短縮されたシーケンスフィールドの１つを有するように規定される。４ビットのフィールドは、再送すべき連続フレームの数を表わし、８ビットのシーケンスフィールド内の識別されたフレームで開始される。例えば、第１のシーケンスフィールドは依然として８ビットの長さであり、再送すべき最初のフレームの数を規定する。第２のシーケンスフィールドは、４ビットの長さであり、再送すべき連続フレームの数を規定し、第１のシーケンスフィールドにおける最初のフレームで開始する。勿論、第１のシーケンスフィールドは、再送すべきフレームの数を規定し、第２のシーケンスフィールドは、最初のフレーム番号を規定するようにしてもよい。他の変形例は、最初のフレームに先だって送信されるべきフレームの数を規定する４ビットのフィールドを含む。短縮化されたシーケンス番号は、再送されると概して予期される連続フレームの数によって、より短いあるいはより長いビット長を代替的にもつ。
【００３１】
上記した再送方法は、エラー状態で最初に受信されたフレームを正しく受信するにあたっての時間遅延を引き起こす。この時間遅延は、フレーム再送に対する多重要求と、受信機が、第１、第２あるいは第３の再送要求が成功したかどうかを確認するための待機するのに費やされた時間によって発生する。通常であれば、この時間遅延はデータ送信にあたって悪影響をもたらさない。しかし、データ通信システムのプロトコルを用いてオーディオ情報を送信するときには、再送要求に関連した時間遅延は聞く者が知覚しうるオーディオ品質の損失を引き起こすので許容できるものではない。
【００３２】
本発明は、最初の時点でフレームが首尾良く送信かつ受信される確率を増大させることにより、全体的な再送プロセス、すなわち、それに関連した遅延を避けることを意図している。概して、送信中に送信容量の過剰があったときに、送信されたデータフレームの重複コピーが送信される。送信すべき情報がないときには、送信容量の過剰が発生し、新たなデータフレームは送信されない。例えば、人間の会話におけるワード間、あるいはシラブル間の沈黙の短時間は、ワイヤレス電話での会話中に情報がほとんどあるいは全然送信されない事態となる。本発明は、過剰容量のそのような時間周期の間に重複したデータフレームコピーが送信されることを可能にして、送信すべき各フレームの冗長度を増大させ、これによって送信の成功の確率を増大させる。
【００３３】
図２は、本発明の一実施形態に従って構成された、ブロックダイヤグラムで表わした送信機２００を示している。そのような送信機２００は、基地局１２あるいは移動ユニット１０内に配置されている。ここで図２は、完全な送信機の単純化されたブロック図であり、他の機能は明瞭さのために省略されている。さらに、図２に示す送信機２００は、どのような特定のタイプの送信変調方法、プロトコル、あるいは標準に限定されることはない。
【００３４】
図２に戻って、概して音声データと呼ばれるオーディオデータが、マイクロホン２０２を用いて送信機２００に入力される。マイクロホン２０２は、アナログ／デジタル変換器Ａ／Ｄ２０４による処理のために音響信号を電気信号に変換する。Ａ／Ｄ２０４は、マイクロホン２０２からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するために既知の技術を使用する。例えば、Ａ／Ｄ２０４は、デジタル化された音声信号を生成するために、マイクロホン２０２からのアナログ音声信号に対して、ローパスフィルタリング、サンプリング、量子化、二進符号化を行なう。
【００３５】
デジタル化された音声信号は次に、ボコーダ２０６に供給される。ボコーダ２０６は、送信に要求される帯域を最小化するためにデジタル化音声信号を圧縮するための既知の装置である。ボコーダ２０６は、一方ではデータパケット、データフレームあるいは単にフレームと呼ばれるボコーダフレームを概して一定の時間間隔（例えば本実施形態では２０ミリ秒）で生成する。しかしながら、他の任意の時間間隔でも良い。
【００３６】
多くのボコーダが信号圧縮を最大化する１つの方法は、音声信号の沈黙期間を検出することによる。例えば、人間の会話におけるセンテンス、ワード、あるいはシラブル間の一時停止は、その中に情報をほとんどあるいは全然含まないデータフレームを生成することによって、音声信号の帯域を圧縮する機会を多くのボコーダに与える。そのようなデータフレームは、概して低レートのフレームとして知られる。
【００３７】
ボコーダは、それらが生成するデータフレーム内に可変のデータレートを提供することによりさらに機能を強化している。そのような可変レートのボコーダの一例は、米国特許ＮＯ．５４１４７９６号（以下、 ’７９６特許）（発明の名称：可変レートボコーダ）に見られる。この特許は、本発明の譲り受け人に譲渡され、ここに参考文献として取り込まれている。送信のための情報がほとんどあるいは全然ない場合、可変レートボコーダは、減少したデータレートでデータフレームを生成し、これによって、ワイヤレス通信システムの送信容量を増大させる。 ’７９６特許により記載された可変レートのボコーダにおいては、データフレームは、通信システムにおいて使用される最大のデータレートのフル、１／２、１／４、あるいは１／８でのデータレートを備える。
【００３８】
通常の音声通信において、ボコーダフレームとして知られる、ボコーダ２０６からのデータフレームは、デジタル変調し、その後、ワイヤレス通信のためにアップコンバートするために、キューあるいはシーケンシャルメモリに入力される。しかしながら、いつかの応用においては、音声信号をボコーダフレームではなくデータパケットとして送信することが望ましい。データパケットは、例えば公開鍵暗号化方法を用いた音声暗号化などへの応用に対しては容易に操作可能である。データパケットは、インターネットなどの大型の相互連結からなるコンピュータ通信網間で容易に送信することができる。
【００３９】
本実施形態において、ボコーダ２０６からのボコーダフレームは、フォーマット変換装置２０８に送られて、ワイヤレス通信に用いられる特殊のタイプのデータプロトコルに適したデータパケットに変換される。例えば、本実施形態において、ボコーダ２０６からのフレームは、ＴＣＰ／ＩＰフレームにフォーマット変換される。ＴＣＰ／ＩＰは、インターネットなどの大型のコンピュータ通信網を介してデータを送信するのに用いられる一対の既知のデータプロトコルである。他の既知のデータプロトコルを用いることも可能である。フォーマット変換装置２０８は、デスクリートなあるいは集積されたハードウェア装置であるか、あるいは、ボコーダフレームを入手可能な特定のデータプロトコルに適したデータパケットに変換するべく特別に設計されたソフトウェアプログラムを走らせるマイクロプロセッサを備える。
【００４０】
フォーマット変換装置２０８は、データ源２２２から、オーディオ情報ではなくデータを受信する。データ源２２２の例としては、ファクシミリマシン、デジタルカメラ、コンピュータファイル、電子メール装置など、である。データ源２２２からのデータは、ボコーダ２０６からのボコーダフレームのようなデータフレームにフォーマット変換されるか、あるいは、全くフォーマット変換されない。フォーマット変換装置２０８は、ＴＣＰ／ＩＰなどの通信システムにより使用されるデータ送信プロトコルに従って、データ源２２２からのデータを変換する。他の実施形態においては、データ源２２２は、データ源２２２からのデータを変換するのに専用に用いられるフォーマット変換装置２０８のみにデータを送り、第２のフォーマット変換装置２０８は、ボコーダ２０６からのボコーダフレームを処理する。
【００４１】
フォーマット変換装置２０８は、到来するデータについて他のデータ処理を提供する。例えば、到来データは、フォーマット変換装置２０８によって、多くの既知の技術の一つを用いてデジタル暗号化される。到来データを暗号化した後、フォーマット変換装置２０８は、選択されたデータプロトコルに従って暗号化データをデータパケットに変換する。
【００４２】
図３は、可変レートボコーダフレームがフォーマット変換装置２０８によりどのようにしてＴＣＰフレームに変換されるかを示している。データストリーム３００は、一連の連続するボコーダフレームとして示される、ボコーダ２０６の出力を示す。各ボコーダフレームは２０ミリ秒のフレーム長をもつ。他のボコーダは、より大きいあるいはより小さい時間周期のフレーム長を持つボコーダフレームを生成することができることは勿論である。
【００４３】
図３に示すように、各ボコーダフレームは、特定のフレームに対するデータレートによって、多くの情報ビットを含む。図３の例では、ボコーダフレームは、フルレートフレームに対して１９２に等しいデータビット、ハーフレートフレームに対して９６ビット、１／４レートフレームに対しては４８ビット、１／８レートフレームに対しては２４ビットを含む。上記したように、高いデータレートをもつフレームは、会話している（voice activity）期間を表わし、より低いデータレートをもつフレームは会話がより少ないかあるいは沈黙している期間を表わす。
【００４４】
ＴＣＰフレームは、各フレーム内に含まれるビットの数によって測定される周期を有することにより特徴付けられる。図３に示すように、一般的なＴＣＰフレーム長は５３６ビットであるが、他のＴＣＰフレームはより大きなあるいはより小さな数のビットをもつ。フォーマット変換装置２０８は、ボコーダ２０６により生成された各ボコーダフレームに含まれるビットによってＴＣＰフレームを順番に満たす。例えば、図３において、ボコーダフレーム３０２内に含まれる１９２ビットが最初にＴＣＰフレーム３１８内に配置され、次にボコーダフレーム３０４からの９６ビットが配置されるという作業が５３６ビットがすべてＴＣＰフレーム３１８内に配置されるまで行なわれる。ここでボコーダフレーム３１２は、ＴＣＰフレーム３１８を５３６ビットで満たす必要があるときには、ＴＣＰフレーム３１８とＴＣＰフレーム３２０との間で分割される。
【００４５】
可変レートボコーダフレームの性質により、ＴＣＰフレームはプロセッサ２０８により一定の間隔で生成されない。例えば、送信のための情報がない場合、例えば、音声情報がマイクロホン２０２に供給されない場合には、ボコーダ２０６により長い期間の低レートボコーダフレームが生成される。従って、ＴＣＰフレームに必要となる５３６ビットを満たすには、多くの低レートボコーダフレームが必要となる。これにより、ＴＣＰフレームはより低速で生成される。逆に、マイクロホン２０６により多くの会話が入力される場合には、一連の高レートボコーダフレームがボコーダ２０６により生成される。それゆえ、ＴＣＰフレームに必要な５３６ビットを満たすためには比較的少ないボコーダフレームで十分である。これにより、ＴＣＰフレームはより高速で生成される。
【００４６】
フォーマット変換装置２０８からのフォーマット変換されたデータフレーム（この例ではＴＣＰフレーム）は、プロセッサ２１０に供給される。プロセッサ２１０は、インテル系列のマイクロプロセッサに基づいた概して既知のデジタルマイクロプロセッサであるか、あるいは、タイマ、カウンタ、メモリそして当業界で知られた既知の他の装置などの他の周辺支援装置を備えた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で構成されたマイクロプロセッサである。
【００４７】
プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのＴＣＰフレームを受信して、所定のオーバザエア送信プロトコルに従ってそれらを再変換する。例えば、中間標準ＩＳ−９５に基づくＣＤＭＡ通信システムにおいては、データパケットは、中間標準ＩＳ−９９及びＩＳ−７０７に記載されているように既知の無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）を用いて送信される。ＲＬＰはデータが２０ミリ秒フレーム内に送信されることを規定しており、ＲＬＰフレームと呼ばれる。ＩＳ−９９に従って、ＲＬＰフレームは、ＲＬＰフレームシーケンスフィールドと、ＲＬＰフレームタイプフィールドと、データ長フィールドと、フォーマット変換装置２０８により供給されるＴＣＰフレームからの情報を記憶するためのデータフィールドと、ビットを詰め込むための可変の数を配置するためのフィールドとを備える。
【００４８】
プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのＴＣＰフレームを受信して、概して、（図示せぬ）バッファ内にＴＣＰフレームを記憶する。次に、当業界で既知の技術を用いて、ＴＣＰフレームからＲＬＰフレームが生成される。ＲＬＰフレームがプロセッサ２１０により生成されるとき、それらは送信キュー２１２に配置される。送信キュー２１２は、送信に先だって、概して先入れ先だしの手順でＲＬＰフレームを記憶するための記憶装置である。送信キュー２１２は、一定レートのＲＬＰフレームがプロセッサ２１０により概して供給されない場合であっても、ＲＬＰフレームを送信するための安定した源を提供する。送信キュー２１２は、概して１００のデータパケットあるいはそれ以上の多重データパケットを記憶可能なメモリ装置である。そのようなメモリ装置は当業界で一般に用いられている。
【００４９】
送信キュー２１２にＲＬＰフレームが存在する限り、安定したストリームのデータパケットが送信可能であり、送信におけるギャップは発生しない。しかしながら、プロセッサ２１０が、少なくとも１つのＲＬＰフレームが送信キュー２１２内に記憶されるようにするために、ＲＬＰフレームを平均レートで供給しないならば、所定のデータ通信プロトコルを乱すギャップが発生する。これは、ＴＣＰフレームが、マイクロホン２０２あるいはデータ源２２２から送信される情報がわずかか全くない場合を意味する、最小レートで生成されない場合に発生する。本発明の通信システムは、プロセッサ２１０に対してＴＣＰフレームの欠如が存在するときに一般的にアイドルフレームと呼ばれるフレームを生成するプロセッサ２１０を備えることによって、この問題を克服している。アイドルフレームはデータフィールド内に情報ビットを含んでいないものである。
【００５０】
本発明は、アイドルフレームの代わりに重複ＲＬＰフレームを送信することによりＲＬＰフレーム送信の成功の確率を増大する。プロセッサ２１０がＲＬＰフレームを生成するときに、これらのフレームの少なくとも一部は複写されて第２キュー２１４に記憶される。本発明の一実施形態において、プロセッサ２１０によって生成される各ＲＬＰフレームは複写されて第２キュー２１４内に記憶される。第２キュー２１４は、プロセッサ２１０により生成されたＲＬＰフレームのコピーを記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶装置である。第２キュー２１４は、送信キューと同様に、先入れ先だしの手順でデータフレームコピーを記憶する。すなわち、第２キュー２１４に最初に記憶されたデータフレームコピーは以下に説明するように、必要に応じて最初に送信キュー２１２内に配置される。
【００５１】
上記したように、本発明の一実施形態において、プロセッサ２１０により生成されるすべてのデータフレームは複写されて第２キュー２１４内に記憶される。本発明の以下の説明はこの実施形態に関連する。しかしながら、他の実施形態ではプロセッサ２１０により生成されたすべてのデータフレームが複写されて第２キュー２１４に記憶されることはないことに注意されたし。他の実施形態では例えば、１つおき毎のデータフレームが複写されるかあるいは、所定数の連続するデータフレームが複写されて記憶される。あるいは他の実施形態では、各データフレームあるいは選択されたフレームの多重コピーが生成されて第２キュー２１４に記憶される。最後に、本発明では、送信キュー２１２と第２キュー２１４とは順次満たされることを仮定する。しかしながら、これは必須なことではない。データフレームが、それらが受信機で生成される順番により再構成可能な限り、データフレームは、任意の適当な構成により記憶される。
【００５２】
プロセッサ２１０がデータフレーム、すなわち、ＲＬＰフレームを生成するとき、各データフレームのコピーが第２キュー２１４内に記憶される。マイクロホン２０２あるいはデータ源２２２からの送信すべき情報がないならば、言いかえると、プロセッサ２１０がデータフレームを生成するためのデータがないときには、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からのデータフレームコピーを、使用している特定の送信プロトコルにより規定されたフレーム長に概して等しい所定の時間間隔で、送信キュー２１２に配置する。例えば、ＩＳ−７０７におけるＲＬＰプロトコルでは、各フレームは２０ミリ秒の長さである。従って、プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からの処理すべきデータを持たない限り、第２キュー２１４からのデータフレームコピーを２０ミリ秒ごとに送信キュー２１２に配置する。
【００５３】
図４は、データフレームコピーがどのようにして第２キュー２１４から送信キュー２１２に配置されるかを示している。この例では、送信キュー２１２と第２キュー２１４とは空の状態で始まり、データフレームは右側に示される位置１を始めとして順次満たされる。しかしながら、本発明は、送信キュー２１２や第２キュー２１４が空の状態かどうかにかかわらず同様の方法で動作する。
【００５４】
フォーマット変換装置２０８からの送信すべき情報、すなわち、ＴＣＰフレームが存在するときに、プロセッサ２１０は、データフレーム、すなわち、本実施形態では２０ミリ秒のＲＬＰフレームを生成する。プロセッサ２１０はまず、データフレーム４００を生成してそれを、この例では位置１の送信キュー２１２に順次配置する。データフレーム４００のコピー、データフレームコピー４０８がプロセッサ２１０によって生成され、データフレームコピー４０８は、この例では位置１の第２キュー２１４に順次記憶される。次に、プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８により供給される利用可能なデータからデータフレーム４０２と、データフレーム４０２のコピー、データフレームコピー４１０を生成して、データフレーム４０２を位置２の送信キュー２１２に順次配置するとともに、データフレームコピー４１０を位置２の第２キュー２１４に順次配置する。
【００５５】
次に、この例ではフォーマット変換装置２０８からの送信すべきデータが存在しないので、アイドルフレームを生成する代わりに、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からの第１の利用可能なデータフレームコピー、この例ではデータフレームコピー４０８を、位置３の送信キュー２１２内に順次配置する。概して、いったんデータフレームコピー４０８が送信キュー２１２内に配置されたならば、それは第２キュー２１４から消去されて、他のデータフレームコピーを記憶できるように第２キュー２１４内部のメモリ空間を自由にする。これは、当業界で既知の多くの異なる方法の一つにより達成することができる。例えば、第２キュー２１４内部の残りのデータフレームコピーをシフトさせて、データフレームコピー４１０が第２キュー２１４内部の第１の位置を占有し、データフレームコピー４１２が第２キュー２１４内部の第２の位置を占有する、などの方法が考えられる。第２キュー２１４内部のメモリ空間を自由にするための他の方法は、データフレームコピーが送信キュー２１２内部に配置された後、送信キュー２１２内部に配置すべき次のデータフレームコピーを指し示すポインタを使用し、それがプロセッサ２１０から生成されたときに、その位置を新たなデータフレームコピーで上書きすることである。
【００５６】
図４に戻って、フォーマット変換装置２０８からのデータが依然として存在しないならば、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からの次の利用可能なデータフレームコピーを送信キュー２１２に配置する。図４に示すように、第２キュー２１４、位置２からのデータフレームコピー２１２は、位置４の送信キュー２１２に配置される。プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのデータがある限り、データフレームの生成を継続し、当該データフレームを送信キュー２１４に配置して、各データフレームのコピーを生成し、そのコピーを第２キュー２１４内に記憶する。フォーマット変換装置２０８からのデータの欠如により代表されるように、送信すべきデータが存在しないならば、データフレームコピーはプロセッサ２１０により第２キュー２１４から取り出されて送信キュー２１２に順次配置される。
【００５７】
上記したように、データフレームは、本実施形態では２０ミリ秒に等しい所定の時間間隔で送信キュー２１４から除去される。図２に戻って、データフレームは次に、デジタル変調器２１６に供給される。デジタル変調器２１６は、例えば、ＡＭＰＳ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、あるいは通信システムにおける他の選択された変調技術に従ってデータフレームを変調する。この実施形態では、デジタル変調器２１６は、ＩＳ−９５の教義に従って動作する。データフレームが変調された後、それらはＲＦ送信機２１８に供給されてアップコンバートされた後、当業界で既知の技術を用いて送信される。
【００５８】
本発明の第２実施形態において、データフレームコピーは、所定の時間間隔の間、第２キュー２１４内に記憶される。所定の時間よりも大きい時間が経過して第２キュー２１４内に記憶されたデータフレームコピーは、第２キュー２１４から消去され、他のデータフレームコピーをその代わりに記憶することを可能にする。概して、所定の時間間隔は、送信機２００と、送信機２００との通信を行なう受信機間の往復時間遅延に等しい。往復時間遅延は概して、データフレームが送信機と受信機間を往来するのに要する時間の量である。本実施形態では、この時間は、受信機が１つまたはそれ以上のフレームが首尾良く受信できなかったことを送信機２００に通知するための時間を可能にする。所定の時間間隔の後にデータフレームが消去される理由は、送信が成功したならばそれらはもはや必要ではないからである。
【００５９】
ＲＬＰを含む、多くのワイヤレス送信プロトコルにおいては、否定確認応答（ＮＡＫ）メッセージが受信機から送信機２００に送信されて、首尾良く受信できなかったフレームを識別する。ＮＡＫに応答して、概して、識別されたフレームは少なくとも一回以上、送信機２００によって再送される。すなわち、データフレームコピーは、対応するデータフレームが首尾良く受信されたことが明らかになるまで、第２キュー内に保持される。ＮＡＫが送信機２００により受信された場合には上記したように、データフレームコピーは、第２キュー２１４から取り出されて送信キュー２１２に配置することにより再送される。再送されたコピーは概して、所定の時間間隔が経過するまで第２キュー２１４に保持される。このシーケンスは必要に応じて反復される。
【００６０】
図２に戻って、経過時間装置２００は、各データフレームコピーが第２キュー２１４内に記憶されてから経過した時間を追跡する。経過時間装置２２０は経過した記憶時間を追跡するために、カウンタ、タイマー、クロック、メモリ、コンパレータ手段、あるいは上記の任意の組み合わせを備える。他の例において、経過時間装置２２０は、プロセッサ２１０に組み込まれる。データフレームコピーがプロセッサ２１０によって生成されて第２キュー２１４に記憶されるとき、経過時間インジケータ２２０はプロセッサ２１０により通知され、経過時間装置２２０は、データフレームコピーが第２キュー２１４に記憶されてからの経過時間の追跡を開始する。これは、概して、当業界で既知の１つあるいはそれ以上のカウンタにより実現される。第１の実施形態では、データフレームコピーが第２キュー２１４内に、所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい時間間隔の間記憶されたとき、それに関連するデータフレームは首尾良く送信されたとみなして、第２キュー２１４から消去される。
【００６１】
図５は、本発明の方法の一実施形態を詳細に示すブロック図である。ステップ５００において、プロセッサ２０８は、フォーマット変換装置２０８からの送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。データは概して、既知のＴＣＰ／ＩＰプロトコルなどのような特定のデータ通信プロトコル用にフォーマット変換された、データパケットの形態でプロセッサ２１０に供給される。
【００６２】
ステップ５００において送信すべきデータが存在するならば、プロセッサ２１０は、ステップ５０２として示すように、概して既知のＲＬＰプロトコルなどのようなワイヤレス送信プロトコルに従ってデータフレームと、当該データフレームのコピーを生成する。他の実施形態では、生成される各データフレームに対して１つ以上のデータフレームコピーが生成される。
【００６３】
ステップ５０２においてプロセッサ２１０によりデータフレームと当該データフレームのコピーが生成された後、データフレームはステップ５０４で示されるように送信キュー２１２内に記憶され、そのデータフレームコピーがステップ５０６で示されるように第２キュー２１４内に記憶される。
【００６４】
本実施形態において、経過時間装置２２０は、ステップ５０８に示されるように、データフレームコピーが第２キュー２１４内に記憶されてからの経過時間の追跡を開始する。所定の時間間隔、本実施形態では往復遅延時間の後、データフレームコピーは第２キュー２１４から消去される。
【００６５】
ステップ５１０において、プロセッサ２１０は、経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きいかどうかを決定する。本実施形態では、経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合には、経過時間に関連したデータフレームコピーは、ステップ５１２に示すように、第２キュー２１４から消去する。
【００６６】
一方、経過時間が所定の時間間隔に等しくなくそれよりも大きくない場合にはステップ５００が再びプロセッサ２１０によって実行され、送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。ここで、経過時間が所定の時間に等しいか或いはそれよりも大きいかどうかを決定するプロセスは、図５に示すようなシーケンスにおいて実行される。あるいは、第２のプロセッサあるいは経過時間装置２２０によって他のステップと同時に実行される。
【００６７】
ステップ５００において、送信すべきデータが存在しないならば、すなわち、フォーマット変換装置２０８によりデータがプロセッサ２１０に供給されないならば、プロセッサは第２キュー２１４からデータフレームコピーを取り出してそれを送信キュー２１２に配置する（それぞれステップ５１４、５１６）。次にプロセッサ２１０によりステップ５００が反復されて送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態が示され説明された。しかしながら、当業者ならば、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなしに、ここに開示された実施形態に対する種々の変形例を考え出すことが可能であることは明らかである。従って、本発明は、以下の請求の範囲に従う以外に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が使用されるワイヤレス通信システムのブロック図である。
【図２】 図１のワイヤレス通信システムで使用される送信機のブロック図である。
【図３】 ボコーダフレームが、図２の送信機内に配置されたフォーマット変換装置によってどのようにしてＴＣＰフレームに変換されるかを示す図である。
【図４】 第２キューからのデータフレームコピーがどのようにして送信キューに配置されるかを示す図である。
【図５】 本発明の教義に従って送信中での図２の送信機の動作を詳細に示すフロー図である。
【符号の説明】
１０ ワイヤレス通信装置
１２ 基地局
１４ 基地局コントローラ
１６ 移動交換局
１８ ＰＳＴＮ
２０ コンピュータネットワーク
発明の背景
１．本発明の分野
本発明は概してワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、音声オーバデータ通信システムにおいてデータフレームを送信するための効率的な方法及び装置を提供することに関する。
【０００２】
２．背景
ワイヤレス通信の分野は、コードレス電話、ページング、ワイヤレスローカルループ、衛星通信システムを含む多くの応用分野を有する。特に重要な応用は、移動申込者のためのセルラ電話システムである。（ここに用いられる“セルラ”システムは、セルラ及びＰＣＳ周波数を含む）。種々のオーバザエアインタフェースは、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を含む。これに関して、種々の国内及び国際標準が確立された。これらは、アドバンスト移動電話サービス（ＡＭＰＳ）、移動体のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）、中間スタンダード９５（ＩＳ−９５）を含む。特に、ＩＳ−９５とその派生（ＩＳ−９５Ａ、ＩＳ−９５Ｂ等、しばしばＩＳ−９５と総称される、ＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ−００８、ＩＳ−９９、ＩＳ−６５７、ＩＳ−７０７その他）は、遠隔通信工業協会（ＴＩＡ）及びその他の既知の標準団体によって公表されている。
【０００３】
ＩＳ−９５標準の採用に関連して構成されたセルラ電話システムは、高度に効率的かつ強固なセルラ電話サービスを提供するために、ＣＤＭＡ信号処理技術を用いている。ＩＳ−９５標準の使用に実質的に従うように構成されたセルラ電話システムの一例は、米国特許５１０３４５９号（ＣＤＭＡセルラ電話システムにおける信号波形を生成するためのシステム及び方法、これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）に開示されている。上記特許は、ＣＤＭＡ基地局における送信あるいはフォワードリンク信号処理を示している。ＣＤＭＡ基地局における受信あるいはリバースリンク信号処理の一例については、米国出願０８／９８７１７２号（１９９７年１２月９日出願、名称：多重チャネル復調器、これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）。ＣＤＭＡシステムにおいて、オーバザエアパワーコントロールは重要な課題である。ＣＤＭＡシステムにおけるパワーコントロールの方法の一例は、米国特許５０５６１０９号（名称：ＣＤＭＡセルラ移動電話システムにおける送信電力を制御するための方法及び装置）に開示されている。これは本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている。
【０００４】
ＣＤＭＡオーバザエアインタフェースを使用する主な利点は、通信が同じＲＦバンド上で同時に行なわれることである。例えば、所定のセルラ電話システムにおける各移動申込者ユニット（概してセルラ電話）は、ＲＦスペクトルの同じ１．２５ＭＨｚ上でリバースリンク信号を送信することによって同じ基地局と通信することができる。同様にして、そのようなシステムにおける各基地局は、ＲＦスペクトルの他の１．２５ＭＨｚ上でフォワードリンク信号を送信することによって移動ユニットと通信可能である。
【０００５】
同じＲＦスペクトル上で信号を送信することは、セルラ電話システムの周波数再使用の増大及び２つ以上の基地局間でソフトハンドオフを実行する能力の増大を含む種々の利点を含む。増大された周波数再使用は、所定の量のスペクトル上で多数の呼を実行することを可能にする。ソフトハンドオフは、２つ以上の基地局と同時に接続することを含む２つ以上の基地局の包囲エリア間で移動ユニットを移動させる強固な方法である。（これに対して、ハードハンドオフは、第２の基地局と接続することを確立する前に、第１の基地局と接続することを中止することを含む）。ソフトハンドオフを実行する方法の一例は、米国特許５２６７２６１号（名称：ＣＤＭＡセルラ通信システムにおける移動局によるハンドオフ、これは、本発明の譲受人に譲渡されており、参考文献としてここに含まれている）に開示されている。
【０００６】
ＩＳ−９９及びＩＳ−６５７標準（以下ではＩＳ−７−７と総称する）の下で、ＩＳ−９５準拠の通信システムは、音声及びデータ通信サービスを提供する。データ通信サービスは、ワイヤレスインタフェースを介して、送信器と１つ以上の受信器間でのデジタルデータの交換を可能にする。ＩＳ−７０７標準を使用して概して送信されるデジタルデータの一例は、コンピュータファイルと電子メールとを含む。
【０００７】
ＩＳ−９５及びＩＳ−７０７標準に従って、送信機と受信機間で交換されるデータは、離散パケット（一方では、データパケットあるいはデータフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）である。フレームがデータ通信の間首尾よく送信される確率を増大させるために、ＩＳ−７０７は、首尾よく送信されたフレームを追跡したり、フレームが首尾よく送信されなかったときにフレームの再送を行なうために、無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）を使用する。ＩＳ７０７において、再送は３回まで行なわれ、フレームが首尾よく受信されたことを確実にするために付加的なステップをとることは、より上位のレイヤプロトコルの責任である。
【０００８】
どのフレームが首尾よく受信されたかを追跡するために、ＩＳ−７０７は、送信される各フレームのフレームヘッダとして８ビットシーケンス番号を含めることを実行している。シーケンス番号は、各フレームに対して０から２５６まで増大され、０にリセットされる。シーケンス番号の揃っていないフレームが受信されたときには首尾良く送信できなかったフレームが検出される、あるいは、ＣＲＣチェックサム情報あるいは他のエラー検出方法を使用してエラーが検出される。一度不備のある受信フレームが検出されたなら、受信機は、受信されなかったフレームのシーケンス番号を含む送信システムに否定確認応答メッセージ（ＮＡＫ）を送信する。送信システムは次に、シーケンス番号を含むフレームをもともと送信されたものとして再送する。再送フレームが首尾よく受信されなかったならば、２つのＮＡＫからなる第２の再送要求が送信システムに送信され、今度はフレームを二度送信すべきであることを要求する。フレームが首尾よく受信できなかったならば、３つのＮＡＫからなる第３の再送要求が送信システムに送信され、今度はフレームを３回送信すべきであることを要求する。第３の再送要求の後、フレームがそれでも首尾よく受信されなかったならば、さらなる再送は要求されず、元のデータを再構成するのに用いられる受信機で無視される。
【０００９】
最近、ＩＳ−７０７のデータプロトコルを用いて音声情報を送信する必要性が生じている。例えば、堅牢な通信システムにおいて、音声情報は容易に操作され、データプロトコルを用いてデータ網の間で配布される。そのような状況において、既存のインフラストラクチャに対する変更が必要とならないように既存のデータプロトコルの使用を維持することが望ましい。しかしながら、音声特性の性質によりデータプロトコルを用いて音声を送信するときに問題が発生する。
【００１０】
データプロトコルを用いて音声などの音響情報を送信する主な問題の１つは、ＲＬＰなどのオーバザエアデータプロトコルを用いたフレーム再送に関連した遅延である。２００あるいは３００ミリ秒以上の音声の遅延は、受容できない音声品質を招く。コンピュータファイルなどのデータを送信するときにおける時間遅延は、データの非リアルタイム性のために容易に容認できる。そのため、ＩＳ−７０７のプロトコルは上記したようなフレーム再送方法の使用を可能とし、これは２、３秒以上の送信遅延すなわち潜伏期間を引き起こす。そのような潜伏期間は音声情報の送信にとって容認できないことである。
【００１１】
受信機からのフレーム再送要求に関した時間遅延によって発生する問題を最小化する方法及び装置が必要とされている。さらに、本発明の方法及び装置は、このようなシステムへの高価なアップグレードを避けるために既存のインフラストラクチャと逆方向にコンパチブルでなければならない。
【００１２】
本発明の要約
本発明は、データフレームを送信機から受信機への送信を首尾よく行なう確立を増大させるための方法及び装置である。これは、概して、低レートあるいは不作動フレーム送信の周期の間に、送信されたデータの重複コピーを送信することによって達成される。
【００１３】
本発明は送信機内に配置された装置であり、当該送信機は、任意の既知の良く知られたデータ送信プロトコルに従ってデータフレームを送信するためのプロセッサを備える。本実施形態においては、中間標準ＩＳ−９９によって規定された、無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）が使用される。送信機はさらに、送信キューと第２のキューとを具備する。情報が送信可能なときに、プロセッサは、送信すべき情報に対応するデータフレームを生成する。このデータフレームは送信キュー内に記憶され、当該データフレームの少なくとも１つのコピーが第２のキュー内に記憶される。送信キュー内のデータフレームは、所定のレートで送信される。続いて、送信のための情報が存在しないならば、データフレームはプロセッサによって生成されず、第２のキューからのデータフレームコピーは送信キュー内に配置される。これによって送信されたデータフレームの冗長度を増大させて、受信機に首尾よく送信する確率を増大させる。
【００１４】
本発明の第２実施形態において、送信機はさらに、各データフレームコピーが第２のキュー内に記憶された経過時間を追跡する経過時間装置をさらに備える。任意のデータフレームコピーに対する経過時間が所定の時間周期よりも大きいかあるいはそれに等しいならば、プロセッサは第２のキューから対応するデータフレームコピーを消去する。
【００１５】
本発明は、送信機と受信機間でデータフレームを首尾よく送信する確率を増大するための方法として記載される。この方法は、送信すべき情報からのデータフレームを生成し、当該データフレームを送信キューに記憶するステップを含む。データフレームの少なくとも１つのコピーが生成されて第２のキュー内に記憶される。続いて、データフレームがプロセッサによって生成されなかったならば、第２のキューからのデータフレームは、送信キューに順次配置され、これによって送信されたデータフレームの冗長度及び受信機に首尾よく送信する確率を増大する。
【００１６】
好ましい実施形態の詳細な説明
ここで記述される実施形態は、ＩＳ−９５、ＩＳ−７０７、ＩＳ−９９中間標準のＣＤＭＡ信号処理技術に従って動作するワイヤレス通信システムに関して説明される。本発明は特にそのような通信システム内での使用に適しているが、本発明はそれに限定されず、離散パケット（一方では、データパケットあるいはデータフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）の形態で情報を送信する種々の他のタイプの通信システムにおいて用いられる。このような通信システムは、ワイヤレス及び有線通信システム、衛星通信システムを含む。さらに、説明の全体に渡って種々の既知のシステムがブロックの形で記載される。これは明瞭さのためにそのようにしている。
【００１７】
今日、使用されている種々のワイヤレス通信システムは、オーバザエアインタフェースを用いる移動ユニットと通信する固定基地局を用いる。そのようなワイヤレス通信システムは、ＡＭＰＳ（アナログ）、ＩＳ−５４（北アメリカＴＤＭＡ）、ＧＳＭ（移動通信ＴＤＭＡのためのグローバルシステム）、そしてＩＳ−９５（ＣＤＭＡ）を含む。好ましい実施形態においては、ワイヤレス通信システムはＣＤＭＡシステムを含む。
【００１８】
図１に示すように、ＣＤＭＡワイヤレス通信システムは概して複数のワイヤレス通信装置１０、複数の基地局１２、基地局コントローラ（ＢＳＣ）１４、移動交換局（ＭＳＣ）１６とを含む。ワイヤレス通信装置１０は概してワイヤレス電話であるが、他方では、ワイヤレス通信装置１０はワイヤレスモデムを備えたコンピュータかあるいは、他の通信装置に対して音響あるいは数値情報を送信したり受信可能な任意の他の装置を備える。基地局１２（図１では固定基地局として示されている）は、移動通信装置、衛星、あるいはワイヤレス通信装置１０からの通信を受信したり送信したりすることが可能な任意の他の装置である。
【００１９】
ＭＳＣ１６は、従来の公衆交換電話通信網（ＰＳＴＮ）１８に接続するように構成されるかあるいはインターネット２０等のコンピュータ通信網に直接接続されている。ＭＳＣ１６はさらにＢＳＣ１４と接続するように構成される。ＢＳＣ１４は帰還ライン（backhaul line）を介して各基地局１２に結合されている。帰還ラインは、Ｅ１／Ｔ１、ＡＴＭ、あるいはＩＰを含む任意の既知のインタフェースに従って構成される。システムには１つ以上のＢＳＣ１４が存在することが可能である。各基地局１２は好ましくは少なくとも１つのセクタ（図示せぬ）を含み、各セクタは基地局１２から半径方向に特定の方向を向いているアンテナを具備している。一方、各セクタはダイバーシチ受信のための２つのアンテナを備えている。各基地局１２は好ましくは、複数の周波数割当て（各周波数割当ては１．２５ＭＨｚのスペクトルを含む）を支持するべく設計されている。
【００２０】
セクタと周波数割当てとの交差点はＣＤＭＡチャネルと呼ばれる。基地局１２は、基地局チャネルサブシステム（ＢＴＳ）１２として知られている。一方、“基地局”は当業界においてＢＳＣ１４と１つ以上のＢＴＳ１２を総称するのに用いられる。この場合、ＢＴＳ１２は、“セルサイト”と呼ばれる。（他方、所定のＢＴＳ１２の工業セクタはセルサイトと呼ばれる）。移動申込者ユニット１０は概して、ワイヤレス電話１０であり、ワイヤレス通信システムは、ＩＳ−９５標準に従って使用されるように構成されたＣＤＭＡシステムである。
【００２１】
セルラ電話システムの一般的な動作の間、基地局１２は、移動ユニット１０の組からのリバースリンク信号の組を受信する。移動ユニット１０は、音声及び／又はデータ通信を送信及び受信する。所定の基地局１２によって受信される各リバースリンク信号は、その基地局１２内で処理される。結果としてのデータは、ＢＳＣ１４に送られる。ＢＳＣ１４は、この資源割当てと、基地局１２間でのソフトハンドオフの統制を含む移動管理機能を提供する。ＢＳＣ１４は、受信データをＭＳＣ１４に送る。ＭＳＣ１４は、ＰＳＴＮ１８と接続するための付加的なルーティングサービスを提供する。同様に、ＰＳＴＮ１８及びインターネット２０は、ＭＳＣ１６と接続し、ＭＳＣ１６は、フォワードリンク信号の組を移動ユニット１０の組に送信するべく基地局１２を制御する。
【００２２】
ＩＳ−９５の教義に従って、図１のワイヤレス通信システムは概して、ＰＳＴＮ１８を介して移動ユニット１０とワイヤレス通信装置間の音声通信を可能にするべく設計されている。しかしながら、例えば、ＰＳＴＮ１８あるいはインターネット２０を介して移動申込者ユニット１０とデータ通信装置間でのデータの送信を可能にする、ＩＳ−７０７及びＩＳ−９９を含む種々の標準が実行された。音声ではなくデータの送信を必要とするアプリケーションの例は、電子メールあるいはテキストページングである。ＩＳ−７０７及びＩＳ−９９は、データをＣＤＭＡ通信システムにおいて動作する送信機と受信機間でどのようにして送信するかを規定する。
【００２３】
データを送信すべくＩＳ−７０７及びＩＳ−９９内に含まれているプロトコルは、各データタイプに関連した特性に起因して、ＩＳ−９５で規定されているように、オーディオ情報を送信するのに用いられるプロトコルとは異なっている。例えば、オーディオ情報を送信している間に容認できるエラーレートは、人間の聴覚上の制限のために比較的高くなっている。ＩＳ−９５に準拠したＣＤＭＡ通信システムにおける一般的な容認可能なフレームエラーレートは１パーセントである。これは、送信フレームの１パーセントはオーディオ品質における認知可能な損失なしにエラー状態で受信される。
【００２４】
データ通信システムにおいて、エラーレートは、音声通信システムにおけるエラーレートよりもはるかに低い。これは、エラー状態で受信された単一のデータビットは、送信される情報に重大な影響を有する。そのようなデータ通信システムにおける一般的なエラーレートは、ビットエラーレート（ＢＥＲ）で表した場合、１０−９程度、すなわち、１０億受信ビットのうちの１受信ビットである。
【００２５】
ＩＳ−７０７あるいはＩＳ−９９に準拠したデータ通信システムにおいて、情報は２０ミリセカンドデータパケット（一方では、データフレームあるいは単にフレームと呼ばれる）の形態で送信される。エラー状態で受信されたフレーム（エラーフレームあるいは不良フレームとも呼ばれる）は、エラーを含む受信フレームあるいは送信されたが受信されなかったフレームとして定義される。
【００２６】
不良フレームが検出されたときには、不良フレームの再送を要求する再送要求が受信機によって送信される。ＣＤＭＡ準拠のシステムにおいては、再送要求は否定確認応答メッセージ、すなわち、ＮＡＫとして知られる。ＮＡＫは、不良フレームに対応してどのフレームを再送すべきかを送信機に知らせる。送信機がＮＡＫを受信するときに、データフレームの複写コピーがメモリバッファから取り出され、その後、受信機に再送される。
【００２７】
ＩＳ−７０７の教義に従えば、初期のＮＡＫの送信後の所定の時間内に不良フレームが首尾よく受信されなかったならば、第２の再送要求が２つのＮＡＫの形態で送信機に送信される。各ＮＡＫは不良フレームが再送すべきであることを示す。送信される各ＮＡＫに対して１つの再送となる。多重再送の目的は、フレームを首尾よく受信する確率を増大させることである。
【００２８】
不良フレームが第２の再送要求が送信されたときから第２の所定時間内に受信できなかった場合には、第３の再送要求が３つのＮＡＫの形態で受信機によって受信される。各ＮＡＫは、不良フレームを再送すべきであることを示す。この場合、送信される各ＮＡＫに対して１つの再送となる。第３の再送要求が送信された後から第３の所定時間内にフレームを受信できなかった場合には、さらなる再送要求は送信されず、元のデータを再構成するのに用いるために受信機で無視される。より高いレイヤプロトコルは、データフレームが首尾よく受信されたことを確実にするためにさらなるステップを費やす。応答のための元の所定の時間間隔、第２の所定の時間、第３の所定の時間は互いに等しいか、あるいは、それらは異なる時間に設定される。さらに、３つの所定の時間周期は、チャネルの送信品質に応じて動的に調整可能である。これは、データが当業界で既知の技術を用いて受信されるエラーレートを管理することにより測定される。
【００２９】
ＮＡＫが受信機により生成されるとき、１つ以上のフレームの再送を要求する。ＩＳ−９９は、少なくとも１つの制御フィールドと２つのシーケンスフィールドを具備する一般的なＮＡＫメッセージのフォーマットを規定する。本実施形態では、制御フィールドは、４ビットの長さであり、シーケンスフィールドの各々は８ビットの長さである。ＮＡＫは、二進数の‘１１００’に等しい制御フィールドとして規定され、第１のシーケンスフィールドは、再送すべき第１のフレームを規定しており、第２のシーケンス番号は、送信すべき最後のフレームを規定している。第１のシーケンス番号と最後のシーケンス番号との間のすべてのフレームは再送される。例えば、メッセージが第１の制御フィールド内の００１１０１０に続いて制御フィールド内に１１００を含むならば、第２の制御フィールド内の１１１００００１は、現在のメッセージはＮＡＫであり、２６から２２５までのフレームを再送することを規定する。
【００３０】
上記のように規定されたＮＡＫフォーマットは、２５５までのフレームが再送可能であることを規定している。しかし、大抵の環境においては、少数の連続フレームのみがエラー状態で受信される。加えて、メッセージの長さを短くするために他の通信システムが必要となるので、ＮＡＫメッセージが減少することは好ましいことである。本発明の一実施形態において、新たなＮＡＫメッセージは、８ビットから４ビットに短縮されたシーケンスフィールドの１つを有するように規定される。４ビットのフィールドは、再送すべき連続フレームの数を表わし、８ビットのシーケンスフィールド内の識別されたフレームで開始される。例えば、第１のシーケンスフィールドは依然として８ビットの長さであり、再送すべき最初のフレームの数を規定する。第２のシーケンスフィールドは、４ビットの長さであり、再送すべき連続フレームの数を規定し、第１のシーケンスフィールドにおける最初のフレームで開始する。勿論、第１のシーケンスフィールドは、再送すべきフレームの数を規定し、第２のシーケンスフィールドは、最初のフレーム番号を規定するようにしてもよい。他の変形例は、最初のフレームに先だって送信されるべきフレームの数を規定する４ビットのフィールドを含む。短縮化されたシーケンス番号は、再送されると概して予期される連続フレームの数によって、より短いあるいはより長いビット長を代替的にもつ。
【００３１】
上記した再送方法は、エラー状態で最初に受信されたフレームを正しく受信するにあたっての時間遅延を引き起こす。この時間遅延は、フレーム再送に対する多重要求と、受信機が、第１、第２あるいは第３の再送要求が成功したかどうかを確認するための待機するのに費やされた時間によって発生する。通常であれば、この時間遅延はデータ送信にあたって悪影響をもたらさない。しかし、データ通信システムのプロトコルを用いてオーディオ情報を送信するときには、再送要求に関連した時間遅延は聞く者が知覚しうるオーディオ品質の損失を引き起こすので許容できるものではない。
【００３２】
本発明は、最初の時点でフレームが首尾良く送信かつ受信される確率を増大させることにより、全体的な再送プロセス、すなわち、それに関連した遅延を避けることを意図している。概して、送信中に送信容量の過剰があったときに、送信されたデータフレームの重複コピーが送信される。送信すべき情報がないときには、送信容量の過剰が発生し、新たなデータフレームは送信されない。例えば、人間の会話におけるワード間、あるいはシラブル間の沈黙の短時間は、ワイヤレス電話での会話中に情報がほとんどあるいは全然送信されない事態となる。本発明は、過剰容量のそのような時間周期の間に重複したデータフレームコピーが送信されることを可能にして、送信すべき各フレームの冗長度を増大させ、これによって送信の成功の確率を増大させる。
【００３３】
図２は、本発明の一実施形態に従って構成された、ブロックダイヤグラムで表わした送信機２００を示している。そのような送信機２００は、基地局１２あるいは移動ユニット１０内に配置されている。ここで図２は、完全な送信機の単純化されたブロック図であり、他の機能は明瞭さのために省略されている。さらに、図２に示す送信機２００は、どのような特定のタイプの送信変調方法、プロトコル、あるいは標準に限定されることはない。
【００３４】
図２に戻って、概して音声データと呼ばれるオーディオデータが、マイクロホン２０２を用いて送信機２００に入力される。マイクロホン２０２は、アナログ／デジタル変換器Ａ／Ｄ２０４による処理のために音響信号を電気信号に変換する。Ａ／Ｄ２０４は、マイクロホン２０２からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するために既知の技術を使用する。例えば、Ａ／Ｄ２０４は、デジタル化された音声信号を生成するために、マイクロホン２０２からのアナログ音声信号に対して、ローパスフィルタリング、サンプリング、量子化、二進符号化を行なう。
【００３５】
デジタル化された音声信号は次に、ボコーダ２０６に供給される。ボコーダ２０６は、送信に要求される帯域を最小化するためにデジタル化音声信号を圧縮するための既知の装置である。ボコーダ２０６は、一方ではデータパケット、データフレームあるいは単にフレームと呼ばれるボコーダフレームを概して一定の時間間隔（例えば本実施形態では２０ミリ秒）で生成する。しかしながら、他の任意の時間間隔でも良い。
【００３６】
多くのボコーダが信号圧縮を最大化する１つの方法は、音声信号の沈黙期間を検出することによる。例えば、人間の会話におけるセンテンス、ワード、あるいはシラブル間の一時停止は、その中に情報をほとんどあるいは全然含まないデータフレームを生成することによって、音声信号の帯域を圧縮する機会を多くのボコーダに与える。そのようなデータフレームは、概して低レートのフレームとして知られる。
【００３７】
ボコーダは、それらが生成するデータフレーム内に可変のデータレートを提供することによりさらに機能を強化している。そのような可変レートのボコーダの一例は、米国特許ＮＯ．５４１４７９６号（以下、 ’７９６特許）（発明の名称：可変レートボコーダ）に見られる。この特許は、本発明の譲り受け人に譲渡され、ここに参考文献として取り込まれている。送信のための情報がほとんどあるいは全然ない場合、可変レートボコーダは、減少したデータレートでデータフレームを生成し、これによって、ワイヤレス通信システムの送信容量を増大させる。 ’７９６特許により記載された可変レートのボコーダにおいては、データフレームは、通信システムにおいて使用される最大のデータレートのフル、１／２、１／４、あるいは１／８でのデータレートを備える。
【００３８】
通常の音声通信において、ボコーダフレームとして知られる、ボコーダ２０６からのデータフレームは、デジタル変調し、その後、ワイヤレス通信のためにアップコンバートするために、キューあるいはシーケンシャルメモリに入力される。しかしながら、いつかの応用においては、音声信号をボコーダフレームではなくデータパケットとして送信することが望ましい。データパケットは、例えば公開鍵暗号化方法を用いた音声暗号化などへの応用に対しては容易に操作可能である。データパケットは、インターネットなどの大型の相互連結からなるコンピュータ通信網間で容易に送信することができる。
【００３９】
本実施形態において、ボコーダ２０６からのボコーダフレームは、フォーマット変換装置２０８に送られて、ワイヤレス通信に用いられる特殊のタイプのデータプロトコルに適したデータパケットに変換される。例えば、本実施形態において、ボコーダ２０６からのフレームは、ＴＣＰ／ＩＰフレームにフォーマット変換される。ＴＣＰ／ＩＰは、インターネットなどの大型のコンピュータ通信網を介してデータを送信するのに用いられる一対の既知のデータプロトコルである。他の既知のデータプロトコルを用いることも可能である。フォーマット変換装置２０８は、デスクリートなあるいは集積されたハードウェア装置であるか、あるいは、ボコーダフレームを入手可能な特定のデータプロトコルに適したデータパケットに変換するべく特別に設計されたソフトウェアプログラムを走らせるマイクロプロセッサを備える。
【００４０】
フォーマット変換装置２０８は、データ源２２２から、オーディオ情報ではなくデータを受信する。データ源２２２の例としては、ファクシミリマシン、デジタルカメラ、コンピュータファイル、電子メール装置など、である。データ源２２２からのデータは、ボコーダ２０６からのボコーダフレームのようなデータフレームにフォーマット変換されるか、あるいは、全くフォーマット変換されない。フォーマット変換装置２０８は、ＴＣＰ／ＩＰなどの通信システムにより使用されるデータ送信プロトコルに従って、データ源２２２からのデータを変換する。他の実施形態においては、データ源２２２は、データ源２２２からのデータを変換するのに専用に用いられるフォーマット変換装置２０８のみにデータを送り、第２のフォーマット変換装置２０８は、ボコーダ２０６からのボコーダフレームを処理する。
【００４１】
フォーマット変換装置２０８は、到来するデータについて他のデータ処理を提供する。例えば、到来データは、フォーマット変換装置２０８によって、多くの既知の技術の一つを用いてデジタル暗号化される。到来データを暗号化した後、フォーマット変換装置２０８は、選択されたデータプロトコルに従って暗号化データをデータパケットに変換する。
【００４２】
図３は、可変レートボコーダフレームがフォーマット変換装置２０８によりどのようにしてＴＣＰフレームに変換されるかを示している。データストリーム３００は、一連の連続するボコーダフレームとして示される、ボコーダ２０６の出力を示す。各ボコーダフレームは２０ミリ秒のフレーム長をもつ。他のボコーダは、より大きいあるいはより小さい時間周期のフレーム長を持つボコーダフレームを生成することができることは勿論である。
【００４３】
図３に示すように、各ボコーダフレームは、特定のフレームに対するデータレートによって、多くの情報ビットを含む。図３の例では、ボコーダフレームは、フルレートフレームに対して１９２に等しいデータビット、ハーフレートフレームに対して９６ビット、１／４レートフレームに対しては４８ビット、１／８レートフレームに対しては２４ビットを含む。上記したように、高いデータレートをもつフレームは、会話している（voice activity）期間を表わし、より低いデータレートをもつフレームは会話がより少ないかあるいは沈黙している期間を表わす。
【００４４】
ＴＣＰフレームは、各フレーム内に含まれるビットの数によって測定される周期を有することにより特徴付けられる。図３に示すように、一般的なＴＣＰフレーム長は５３６ビットであるが、他のＴＣＰフレームはより大きなあるいはより小さな数のビットをもつ。フォーマット変換装置２０８は、ボコーダ２０６により生成された各ボコーダフレームに含まれるビットによってＴＣＰフレームを順番に満たす。例えば、図３において、ボコーダフレーム３０２内に含まれる１９２ビットが最初にＴＣＰフレーム３１８内に配置され、次にボコーダフレーム３０４からの９６ビットが配置されるという作業が５３６ビットがすべてＴＣＰフレーム３１８内に配置されるまで行なわれる。ここでボコーダフレーム３１２は、ＴＣＰフレーム３１８を５３６ビットで満たす必要があるときには、ＴＣＰフレーム３１８とＴＣＰフレーム３２０との間で分割される。
【００４５】
可変レートボコーダフレームの性質により、ＴＣＰフレームはプロセッサ２０８により一定の間隔で生成されない。例えば、送信のための情報がない場合、例えば、音声情報がマイクロホン２０２に供給されない場合には、ボコーダ２０６により長い期間の低レートボコーダフレームが生成される。従って、ＴＣＰフレームに必要となる５３６ビットを満たすには、多くの低レートボコーダフレームが必要となる。これにより、ＴＣＰフレームはより低速で生成される。逆に、マイクロホン２０６により多くの会話が入力される場合には、一連の高レートボコーダフレームがボコーダ２０６により生成される。それゆえ、ＴＣＰフレームに必要な５３６ビットを満たすためには比較的少ないボコーダフレームで十分である。これにより、ＴＣＰフレームはより高速で生成される。
【００４６】
フォーマット変換装置２０８からのフォーマット変換されたデータフレーム（この例ではＴＣＰフレーム）は、プロセッサ２１０に供給される。プロセッサ２１０は、インテル系列のマイクロプロセッサに基づいた概して既知のデジタルマイクロプロセッサであるか、あるいは、タイマ、カウンタ、メモリそして当業界で知られた既知の他の装置などの他の周辺支援装置を備えた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で構成されたマイクロプロセッサである。
【００４７】
プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのＴＣＰフレームを受信して、所定のオーバザエア送信プロトコルに従ってそれらを再変換する。例えば、中間標準ＩＳ−９５に基づくＣＤＭＡ通信システムにおいては、データパケットは、中間標準ＩＳ−９９及びＩＳ−７０７に記載されているように既知の無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）を用いて送信される。ＲＬＰはデータが２０ミリ秒フレーム内に送信されることを規定しており、ＲＬＰフレームと呼ばれる。ＩＳ−９９に従って、ＲＬＰフレームは、ＲＬＰフレームシーケンスフィールドと、ＲＬＰフレームタイプフィールドと、データ長フィールドと、フォーマット変換装置２０８により供給されるＴＣＰフレームからの情報を記憶するためのデータフィールドと、ビットを詰め込むための可変の数を配置するためのフィールドとを備える。
【００４８】
プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのＴＣＰフレームを受信して、概して、（図示せぬ）バッファ内にＴＣＰフレームを記憶する。次に、当業界で既知の技術を用いて、ＴＣＰフレームからＲＬＰフレームが生成される。ＲＬＰフレームがプロセッサ２１０により生成されるとき、それらは送信キュー２１２に配置される。送信キュー２１２は、送信に先だって、概して先入れ先だしの手順でＲＬＰフレームを記憶するための記憶装置である。送信キュー２１２は、一定レートのＲＬＰフレームがプロセッサ２１０により概して供給されない場合であっても、ＲＬＰフレームを送信するための安定した源を提供する。送信キュー２１２は、概して１００のデータパケットあるいはそれ以上の多重データパケットを記憶可能なメモリ装置である。そのようなメモリ装置は当業界で一般に用いられている。
【００４９】
送信キュー２１２にＲＬＰフレームが存在する限り、安定したストリームのデータパケットが送信可能であり、送信におけるギャップは発生しない。しかしながら、プロセッサ２１０が、少なくとも１つのＲＬＰフレームが送信キュー２１２内に記憶されるようにするために、ＲＬＰフレームを平均レートで供給しないならば、所定のデータ通信プロトコルを乱すギャップが発生する。これは、ＴＣＰフレームが、マイクロホン２０２あるいはデータ源２２２から送信される情報がわずかか全くない場合を意味する、最小レートで生成されない場合に発生する。本発明の通信システムは、プロセッサ２１０に対してＴＣＰフレームの欠如が存在するときに一般的にアイドルフレームと呼ばれるフレームを生成するプロセッサ２１０を備えることによって、この問題を克服している。アイドルフレームはデータフィールド内に情報ビットを含んでいないものである。
【００５０】
本発明は、アイドルフレームの代わりに重複ＲＬＰフレームを送信することによりＲＬＰフレーム送信の成功の確率を増大する。プロセッサ２１０がＲＬＰフレームを生成するときに、これらのフレームの少なくとも一部は複写されて第２キュー２１４に記憶される。本発明の一実施形態において、プロセッサ２１０によって生成される各ＲＬＰフレームは複写されて第２キュー２１４内に記憶される。第２キュー２１４は、プロセッサ２１０により生成されたＲＬＰフレームのコピーを記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶装置である。第２キュー２１４は、送信キューと同様に、先入れ先だしの手順でデータフレームコピーを記憶する。すなわち、第２キュー２１４に最初に記憶されたデータフレームコピーは以下に説明するように、必要に応じて最初に送信キュー２１２内に配置される。
【００５１】
上記したように、本発明の一実施形態において、プロセッサ２１０により生成されるすべてのデータフレームは複写されて第２キュー２１４内に記憶される。本発明の以下の説明はこの実施形態に関連する。しかしながら、他の実施形態ではプロセッサ２１０により生成されたすべてのデータフレームが複写されて第２キュー２１４に記憶されることはないことに注意されたし。他の実施形態では例えば、１つおき毎のデータフレームが複写されるかあるいは、所定数の連続するデータフレームが複写されて記憶される。あるいは他の実施形態では、各データフレームあるいは選択されたフレームの多重コピーが生成されて第２キュー２１４に記憶される。最後に、本発明では、送信キュー２１２と第２キュー２１４とは順次満たされることを仮定する。しかしながら、これは必須なことではない。データフレームが、それらが受信機で生成される順番により再構成可能な限り、データフレームは、任意の適当な構成により記憶される。
【００５２】
プロセッサ２１０がデータフレーム、すなわち、ＲＬＰフレームを生成するとき、各データフレームのコピーが第２キュー２１４内に記憶される。マイクロホン２０２あるいはデータ源２２２からの送信すべき情報がないならば、言いかえると、プロセッサ２１０がデータフレームを生成するためのデータがないときには、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からのデータフレームコピーを、使用している特定の送信プロトコルにより規定されたフレーム長に概して等しい所定の時間間隔で、送信キュー２１２に配置する。例えば、ＩＳ−７０７におけるＲＬＰプロトコルでは、各フレームは２０ミリ秒の長さである。従って、プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からの処理すべきデータを持たない限り、第２キュー２１４からのデータフレームコピーを２０ミリ秒ごとに送信キュー２１２に配置する。
【００５３】
図４は、データフレームコピーがどのようにして第２キュー２１４から送信キュー２１２に配置されるかを示している。この例では、送信キュー２１２と第２キュー２１４とは空の状態で始まり、データフレームは右側に示される位置１を始めとして順次満たされる。しかしながら、本発明は、送信キュー２１２や第２キュー２１４が空の状態かどうかにかかわらず同様の方法で動作する。
【００５４】
フォーマット変換装置２０８からの送信すべき情報、すなわち、ＴＣＰフレームが存在するときに、プロセッサ２１０は、データフレーム、すなわち、本実施形態では２０ミリ秒のＲＬＰフレームを生成する。プロセッサ２１０はまず、データフレーム４００を生成してそれを、この例では位置１の送信キュー２１２に順次配置する。データフレーム４００のコピー、データフレームコピー４０８がプロセッサ２１０によって生成され、データフレームコピー４０８は、この例では位置１の第２キュー２１４に順次記憶される。次に、プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８により供給される利用可能なデータからデータフレーム４０２と、データフレーム４０２のコピー、データフレームコピー４１０を生成して、データフレーム４０２を位置２の送信キュー２１２に順次配置するとともに、データフレームコピー４１０を位置２の第２キュー２１４に順次配置する。
【００５５】
次に、この例ではフォーマット変換装置２０８からの送信すべきデータが存在しないので、アイドルフレームを生成する代わりに、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からの第１の利用可能なデータフレームコピー、この例ではデータフレームコピー４０８を、位置３の送信キュー２１２内に順次配置する。概して、いったんデータフレームコピー４０８が送信キュー２１２内に配置されたならば、それは第２キュー２１４から消去されて、他のデータフレームコピーを記憶できるように第２キュー２１４内部のメモリ空間を自由にする。これは、当業界で既知の多くの異なる方法の一つにより達成することができる。例えば、第２キュー２１４内部の残りのデータフレームコピーをシフトさせて、データフレームコピー４１０が第２キュー２１４内部の第１の位置を占有し、データフレームコピー４１２が第２キュー２１４内部の第２の位置を占有する、などの方法が考えられる。第２キュー２１４内部のメモリ空間を自由にするための他の方法は、データフレームコピーが送信キュー２１２内部に配置された後、送信キュー２１２内部に配置すべき次のデータフレームコピーを指し示すポインタを使用し、それがプロセッサ２１０から生成されたときに、その位置を新たなデータフレームコピーで上書きすることである。
【００５６】
図４に戻って、フォーマット変換装置２０８からのデータが依然として存在しないならば、プロセッサ２１０は、第２キュー２１４からの次の利用可能なデータフレームコピーを送信キュー２１２に配置する。図４に示すように、第２キュー２１４、位置２からのデータフレームコピー２１２は、位置４の送信キュー２１２に配置される。プロセッサ２１０は、フォーマット変換装置２０８からのデータがある限り、データフレームの生成を継続し、当該データフレームを送信キュー２１４に配置して、各データフレームのコピーを生成し、そのコピーを第２キュー２１４内に記憶する。フォーマット変換装置２０８からのデータの欠如により代表されるように、送信すべきデータが存在しないならば、データフレームコピーはプロセッサ２１０により第２キュー２１４から取り出されて送信キュー２１２に順次配置される。
【００５７】
上記したように、データフレームは、本実施形態では２０ミリ秒に等しい所定の時間間隔で送信キュー２１４から除去される。図２に戻って、データフレームは次に、デジタル変調器２１６に供給される。デジタル変調器２１６は、例えば、ＡＭＰＳ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、あるいは通信システムにおける他の選択された変調技術に従ってデータフレームを変調する。この実施形態では、デジタル変調器２１６は、ＩＳ−９５の教義に従って動作する。データフレームが変調された後、それらはＲＦ送信機２１８に供給されてアップコンバートされた後、当業界で既知の技術を用いて送信される。
【００５８】
本発明の第２実施形態において、データフレームコピーは、所定の時間間隔の間、第２キュー２１４内に記憶される。所定の時間よりも大きい時間が経過して第２キュー２１４内に記憶されたデータフレームコピーは、第２キュー２１４から消去され、他のデータフレームコピーをその代わりに記憶することを可能にする。概して、所定の時間間隔は、送信機２００と、送信機２００との通信を行なう受信機間の往復時間遅延に等しい。往復時間遅延は概して、データフレームが送信機と受信機間を往来するのに要する時間の量である。本実施形態では、この時間は、受信機が１つまたはそれ以上のフレームが首尾良く受信できなかったことを送信機２００に通知するための時間を可能にする。所定の時間間隔の後にデータフレームが消去される理由は、送信が成功したならばそれらはもはや必要ではないからである。
【００５９】
ＲＬＰを含む、多くのワイヤレス送信プロトコルにおいては、否定確認応答（ＮＡＫ）メッセージが受信機から送信機２００に送信されて、首尾良く受信できなかったフレームを識別する。ＮＡＫに応答して、概して、識別されたフレームは少なくとも一回以上、送信機２００によって再送される。すなわち、データフレームコピーは、対応するデータフレームが首尾良く受信されたことが明らかになるまで、第２キュー内に保持される。ＮＡＫが送信機２００により受信された場合には上記したように、データフレームコピーは、第２キュー２１４から取り出されて送信キュー２１２に配置することにより再送される。再送されたコピーは概して、所定の時間間隔が経過するまで第２キュー２１４に保持される。このシーケンスは必要に応じて反復される。
【００６０】
図２に戻って、経過時間装置２００は、各データフレームコピーが第２キュー２１４内に記憶されてから経過した時間を追跡する。経過時間装置２２０は経過した記憶時間を追跡するために、カウンタ、タイマー、クロック、メモリ、コンパレータ手段、あるいは上記の任意の組み合わせを備える。他の例において、経過時間装置２２０は、プロセッサ２１０に組み込まれる。データフレームコピーがプロセッサ２１０によって生成されて第２キュー２１４に記憶されるとき、経過時間インジケータ２２０はプロセッサ２１０により通知され、経過時間装置２２０は、データフレームコピーが第２キュー２１４に記憶されてからの経過時間の追跡を開始する。これは、概して、当業界で既知の１つあるいはそれ以上のカウンタにより実現される。第１の実施形態では、データフレームコピーが第２キュー２１４内に、所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい時間間隔の間記憶されたとき、それに関連するデータフレームは首尾良く送信されたとみなして、第２キュー２１４から消去される。
【００６１】
図５は、本発明の方法の一実施形態を詳細に示すブロック図である。ステップ５００において、プロセッサ２０８は、フォーマット変換装置２０８からの送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。データは概して、既知のＴＣＰ／ＩＰプロトコルなどのような特定のデータ通信プロトコル用にフォーマット変換された、データパケットの形態でプロセッサ２１０に供給される。
【００６２】
ステップ５００において送信すべきデータが存在するならば、プロセッサ２１０は、ステップ５０２として示すように、概して既知のＲＬＰプロトコルなどのようなワイヤレス送信プロトコルに従ってデータフレームと、当該データフレームのコピーを生成する。他の実施形態では、生成される各データフレームに対して１つ以上のデータフレームコピーが生成される。
【００６３】
ステップ５０２においてプロセッサ２１０によりデータフレームと当該データフレームのコピーが生成された後、データフレームはステップ５０４で示されるように送信キュー２１２内に記憶され、そのデータフレームコピーがステップ５０６で示されるように第２キュー２１４内に記憶される。
【００６４】
本実施形態において、経過時間装置２２０は、ステップ５０８に示されるように、データフレームコピーが第２キュー２１４内に記憶されてからの経過時間の追跡を開始する。所定の時間間隔、本実施形態では往復遅延時間の後、データフレームコピーは第２キュー２１４から消去される。
【００６５】
ステップ５１０において、プロセッサ２１０は、経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きいかどうかを決定する。本実施形態では、経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合には、経過時間に関連したデータフレームコピーは、ステップ５１２に示すように、第２キュー２１４から消去する。
【００６６】
一方、経過時間が所定の時間間隔に等しくなくそれよりも大きくない場合にはステップ５００が再びプロセッサ２１０によって実行され、送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。ここで、経過時間が所定の時間に等しいか或いはそれよりも大きいかどうかを決定するプロセスは、図５に示すようなシーケンスにおいて実行される。あるいは、第２のプロセッサあるいは経過時間装置２２０によって他のステップと同時に実行される。
【００６７】
ステップ５００において、送信すべきデータが存在しないならば、すなわち、フォーマット変換装置２０８によりデータがプロセッサ２１０に供給されないならば、プロセッサは第２キュー２１４からデータフレームコピーを取り出してそれを送信キュー２１２に配置する（それぞれステップ５１４、５１６）。次にプロセッサ２１０によりステップ５００が反復されて送信すべきデータが存在するかどうかを決定する。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態が示され説明された。しかしながら、当業者ならば、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなしに、ここに開示された実施形態に対する種々の変形例を考え出すことが可能であることは明らかである。従って、本発明は、以下の請求の範囲に従う以外に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が使用されるワイヤレス通信システムのブロック図である。
【図２】 図１のワイヤレス通信システムで使用される送信機のブロック図である。
【図３】 ボコーダフレームが、図２の送信機内に配置されたフォーマット変換装置によってどのようにしてＴＣＰフレームに変換されるかを示す図である。
【図４】 第２キューからのデータフレームコピーがどのようにして送信キューに配置されるかを示す図である。
【図５】 本発明の教義に従って送信中での図２の送信機の動作を詳細に示すフロー図である。
【符号の説明】
１０ ワイヤレス通信装置
１２ 基地局
１４ 基地局コントローラ
１６ 移動交換局
１８ ＰＳＴＮ
２０ コンピュータネットワーク
Claims (7)
- 送信機から受信機へデータフレームを首尾良く送信する確率を増大するための装置であって、
データフレームを記憶するための送信キューと、
前記データフレームの少なくとも１つのコピーを記憶するための第２キューと、
前記データフレームを生成して、当該データフレームの各々を前記送信キューに記憶し、前記少なくとも１つのデータフレームコピーを生成して、当該少なくとも１つのデータフレームコピーを前記第２キューに記憶するためのプロセッサであって、前記プロセッサによってデータフレームが生成されないならば、前記第２キューに記憶された前記少なくとも１つのデータフレームコピーを前記送信キュー内に配置するプロセッサと、
を具備し、
前記少なくとも１つのデータフレームコピーが前記第２キューに記憶されてからの経過時間を決定するための経過時間装置をさらに具備し、
前記プロセッサはさらに、前記経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合に、前記少なくとも１つのデータフレームコピーを前記第２キューから消去する装置。 - 前記所定の時間間隔は、往復時間遅延に等しい請求項１に記載の装置。
- 送信機から受信機へデータフレームを首尾良く送信する確率を増大するための方法であって、
前記受信機に送信すべき情報が存在するときにデータフレームを生成するステップであって、前記データフレームは前記情報に対応するステップと、
前記データフレームの少なくとも１つのコピーを生成するステップと、
前記データフレームを送信キューに記憶するステップと、
データフレームが生成されない場合に、前記データフレームコピーを前記第２キューから前記送信キュー内に配置するステップと、
を具備し、
前記データフレームコピーが前記第２キューに記憶されてからの経過時間を決定するステップと、
前記経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合には、前記データフレームコピーを前記第２キューから消去するステップと、
をさらに具備する方法。 - 前記所定の時間間隔は、往復時間遅延に等しい請求項３に記載の方法。
- 送信機から受信機へデータフレームを首尾良く送信する確率を増大するための装置であって、
前記受信機に送信すべき情報が存在するときに、データフレームを生成する手段であって、前記データフレームは前記情報に対応する手段と、
前記データフレームを送信キュー内に記憶する手段と、
前記データフレームの少なくとも１つのコピーを第２のキュー内に記憶する手段と、
データフレームが生成されないならば、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから前記送信キュー内に配置する手段と、
を具備し、
前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーが前記第２のキュー内に記憶されてからの経過時間を決定する手段と、
前記経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合に、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから消去する手段と、
をさらに具備する装置。 - 送信機から受信機へデータフレームを首尾良く送信する確率を増大するための方法をプロセッサに実行させるためのプログラムコードを記憶するコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記受信機に送信すべき情報が存在するときに、データフレームを生成することであって、前記データフレームは前記情報に対応することと、
前記データフレームを送信キュー内に記憶することと、
前記データフレームの少なくとも１つのコピーを第２のキュー内に記憶することと、
データフレームが生成されないならば、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから前記送信キュー内に配置することと、
を具備し、
前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーが前記第２のキュー内に記憶されてからの経過時間を決定することと、
前記経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合に、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから消去することと、
をさらに具備するコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 送信機から受信機へデータフレームを首尾良く送信する確率を増大するための方法であって、
前記受信機に送信すべき情報が存在するときに、データフレームを生成することであって、前記データフレームは前記情報に対応することと、
前記データフレームを送信キュー内に記憶することと、
前記データフレームの少なくとも１つのコピーを第２のキュー内に記憶することと、
データフレームが生成されないならば、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから前記送信キュー内に配置することと、
を具備し、
前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーが前記第２のキュー内に記憶されてからの経過時間を決定することと、
前記経過時間が所定の時間間隔に等しいかあるいはそれよりも大きい場合に、前記データフレームの少なくとも１つの前記コピーを前記第２のキューから消去することと、
をさらに具備する方法。
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