JP4051338B2 - 無線通信システムにおけるデータパケットの伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、とりわけ移動通信システムにおけるデータパケットの伝送方法及び無線局に関する。

無線通信システムでは、音声、画像情報又は他のデータのような情報は、電波によって送信無線局と受信無線局（基地局と移動局）の間の無線インタフェースを介して伝送される。電波の放射は、各システムに割当てられた周波数帯域内の搬送周波数を用いて行われる。例えばＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）のような、ＣＤＭＡもしくはＴＤ／ＣＤＭＡ伝送方式による無線インタフェースを介した将来の移動通信システム、又は他の第３世代のシステムに対しては、およそ２０００ＭＨｚの周波数帯域内の周波数が割当てられている。周波数多重（ＦＤＭＡ）、時間多重（ＴＤＭＡ）、又は符号多重（ＣＤＭＡ）として知られる方法は、信号源の識別に使用される。

現在、ＵＭＴＳ規格の規定の枠内で、パケット伝送にとって最適となるべき方式が確定されつつある。一例として、ＦＤＤ（周波数分割二重）に対するいわゆるＨｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓ（ＨＳＤＰＡ）と、ＵＭＴＳ規格のＴＤＤモード（時間分割二重）が挙げられる。これらの方式はサービス品質（英語では、ＱｏＳ−Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）に関するさまざまな要求が課されたサービス（英語ではＳｅｒｖｉｃｅｓ）を提供することができなければならない。基地局（ＮＢ−ノードＢ）は、さまざまな加入者のデータのいわゆるスケジューリングと、いわゆる再送、すなわち、いわゆるハイブリッドＡＲＱ手順における誤りのある受信データパケットの再送を任務としている。ハイブリッドＡＲＱ方式の利点は、誤りのある受信データパケットを受信機のメモリに記憶し、この受信データパケットを後の再送されたデータパケットと、また場合によっては変更されたデータパケットと組合せることができる点にある。これにより、誤りのあるデータパケットを受信側で拒絶する周知の純粋なＡＲＱ方式とは違って、有利には、既に受信されたデータパケットを受信品質の向上に利用することができる。

受信機では、受信されたデータが正しい順序で、すなわち、元々送信機側に存在した順序で比較的上位のプロトコル層（英語ではＬａｙｅｒ）に転送されることが必要である。正しく受信されたデータパケットの時間的順序は、例えば再送のせいで、無線インタフェースを介した伝送の際に入り乱れる可能性があるので、元の順序が受信機側で再現されなければならない。このために、ふつうは受信機にバッファメモリ（Ｒｅｏｒｄｅｒｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ）が設けられる。このバッファメモリは、正しい順序が保証されるまでデータパケットの数を記憶する。例えば、第２及び第３のデータパケットは正しく受信されたが、第１のデータパケットがまだ正しく受信されていない場合、これら２つのデータパケットは、第１のデータパケットが正しく受信されるまで記憶される。続いて、これらのデータパケットは元の順序で受信機の比較的上位のプロトコル層に転送される。

基地局には、多数の加入者のデータパケットの伝送を並行して制御及び実行する能力、ユーザスケジューリングとも呼ばれるこの能力がなければならないので、場合によっては、不都合なことに、複数回伝送されたデータパケットが正しく受信されるまで非常に長い遅延が生じる可能性がある。こうした場合、場合によっては所定のサービス品質の維持がもはや不可能となり、受信側の加入者に対して不快な遅延が生じる。

本発明の課題は、公知のパケット伝送方法を改善した方法及び無線局を提供することである。この課題は独立請求項に記載の特徴により解決される。本発明の有利な発展形態は各々の従属請求項から得ることができる。

本発明によれば、例えば所定のサービス品質パラメータの維持を最適化するために、基準が満たされている場合には、正しく受信されたデータパケットは別の装置及び／又はプロトコル層に転送される。

有利には、この方法によれば、先行するデータパケットがまだ正しく受信されていない場合でも、正しく受信されたデータパケットを受信側でさらに処理できることが保証される。冒頭で例として粗描されたケースでは、所定のサービス品質を維持するためには、第１のデータパケットの受信を断念して、正しく受信された第２及び第３のデータパケットを基準が満たされた後に相応して比較的上位のプロトコル層ないし別の装置に転送する方が有利でありうる。これに関して、第３のデータパケットは、場合によっては、基準が満たされる前にすでに転送してしまってもよい。というのも、第２のデータパケットも正しく受信され、転送されているからである。それゆえ、基準の充足は、元の順序で先行するデータパケットが正しく受信され、転送されている場合には、必ずしも必要という訳ではない。これによって、有利には、基準の充足による正しく受信されたデータパケットの転送のさらなる遅延が回避される。

本発明の第１の発展形態によれば、基準とは、まだ正しく受信されていないデータパケットが送信無線局によって再度送信されないことを受信側が知ることである。この情報は、例えば、送信無線局側からの通知によって、又は正しく受信されなかったデータパケットの所定の最大再送回数に基づいて得られる。

本発明の別の発展形態によれば、基準は所定の時間間隔である。この例えばタイマにより制御される時間間隔は、受信されたデータパケットの各々に割り当てられる。この時間間隔が経過すると、正しく受信されたデータパケットは、先行するデータパケットがまだ正しく受信されていなくても、別の装置及び／又はプロトコル層に転送される。この時間間隔は、それゆえ、先行するデータパケットに正しい受信のための時間が与えられる期間を定める。この時間間隔の長さの決定は、本発明の発展形態に従って、データパケットで伝送されるデータのサービス品質に依存して行ってもよい。なお、この時間間隔は、例えば電話通信又はビデオ伝送のような比較的高いビット誤り率が受け入れられるリアルタイムサービスの場合には、低いビット誤り率を必要とする非リアルタイムサービスの場合よりも短くされる。

本発明の別の実施形態によれば、上記の時間間隔が経過するまで正しく受信されなかったデータパケットは、別の装置及び／又はプロトコル層に転送されない。その結果、正しく受信されなかったデータパケットを再送するＡＲＱ方式は、例えばデータパケットの新たな要求がないこと、ならびに、データパケットの受信が無事に行われたことが通知されることによって、受信無線局側で終了させることができる。

以下では、実施例に基づいて本発明による方法をより詳細に説明する。

図１は、無線通信システムのブロック回路図を示しており、
図２は、送信無線局及び受信無線局における本発明による方法の流れを概略的に示している。

図１には、例として、相互に接続された多数の移動交換局ＭＳＣ（英語では、Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ）を有する無線通信システムが示されている。通常、これらの移動交換局ＭＳＣのうちの少なくとも１つが、例えば固定網通信システム（ＰＳＴＮ−Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような別の通信システムへの入口となっている。基地局ＮＢ（ノードＢ）は無線通信システムの送／受信装置として移動交換局ＭＳCに接続されている。基地局ＮＢは通信接続を介して端末機と接続されており、特に加入者装置ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）と無線インタフェースを介して接続されている。この場合、端末機は移動端末機でも定置端末機でもよい。

図１に示されている基地局ＮＢとこの基地局ＮＢの無線カバーエリア内の加入者装置ＵＥとの間には、加入者装置ＵＥから基地局ＮＢへの上りＵＬ（Ｕｐｌｉｎｋ）の単方向もしくは双方向通信接続、及び／又は、基地局ＮＢから加入者装置ＵＥへの下りＤＬ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ）の単方向もしくは双方向通信接続が存在している。

図２は送信無線局及び受信無線局の機能と装置を概略的に示している。送信無線局はこの例では基地局ＮＢであり、受信無線局はこの例では加入者装置ＵＥである。そのつど別の無線局において本発明による方法を実行するために、同じ機能が場合によっては変更又は単純化した形で実施されてもよい。基地局ＮＢには、ネットワーク側から、現時点で成立しているユーザ１からユーザ３までの加入者用接続のデータストリームが供給される。データパケットは例えば共通の物理的な伝送チャネルで加入者装置ＵＥ１…ＵＥ３へ送信されるので、いわゆるスケジューラを用いてそれぞれの送信の時間的制御が実施されている。データパケットにはさらに加入者個々人のＨＡＲＱ手順であるＨＡＲＱユーザ１…３が割り当てられており、これらのＨＡＲＱ手順が、正しく受信されなかったデータパケットの再送を制御する。

加入者であるユーザ１の加入者装置ＵＥ１は、基地局ＮＢによって送信されたユーザ１宛てのデータパケットをＨＡＲＱ手順も含めて受信する。データパケットの受信後、データパケットはバッファメモリないし一時記憶装置であるＲｅｏｒｄｅｒｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒに記憶される。このＲｅｏｒｄｅｒｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒは、冒頭で述べたように、転送前のデータパケットの元の順序を別の装置ないしプロトコル層において再現する。図２には、例として、加入者装置ＵＥ１がデータストリームの５つのデータパケット１…５をメモリＲｅｏｒｄｅｒｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒに記憶している状況が示されている。メモリＲｅｏｒｄｅｒｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒには、データパケットの番号１…５と現在のステータスである受信済み又は欠落が書き込まれている。観察時点では、加入者装置ＵＥ１はデータパケット２，３及び５を正しく受信しており（ステータスは受信済み）、その一方で、データパケット１及び４はまだ受信されていないか又はまだ正しく受信されていない（ステータスは欠落）。

本発明によれば、メモリＲｅｏｒｄｅｒｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ内の各データパケット１…５には、タイマ又は時間間隔が割り当てられている。この時間間隔の長さは、例えば、データストリームのサービス品質要求に応じて決定される。つまり、例えばリアルタイムサービスのように、伝送の遅延が少ないことが強く要求されるサービスは、例えば非リアルタイムサービスのように、伝送遅延に対する要求が低いサービスよりも短い時間間隔を有するようにすることができる。

図２に示されている状況では、データパケット２に割り当てられた時間間隔が経過している（タイマが終了している）。つまり、許容されない伝送遅延及びサービス品質の損害が生じないのであれば、別のプロトコル層ないし装置への転送が行われなければならない。従来技術から公知の方法によれば、データパケット２の転送は、データパケット１がまだ正しく受信されていないために不可能であり、それにより、決められたサービス品質を維持することができなくなる可能性がある。しかし、本発明によれば、正しく受信されたデータパケット２及び３は、データパケット１が欠けていても転送される。データパケット３の転送は、場合によっては、相応する時間間隔が経過する前でも行ってよい。というのも、先行するデータパケット、すなわちデータパケット２も同様に正しく受信され、転送されているからである。これにより、有利には、そのつどの時間間隔により生じる遅延を回避することができる。

データパケット２を別の装置ないしプロトコル層に転送すると共に又はそれとは別に、データパケット１が割り当てられた時間間隔内に又は後続のデータパケット２の時間間隔が経過するまでに正しく受信されなかったことを通知してもよい。データパケット１が時間間隔の経過後に正しく受信された場合、データパケット１は拒絶されるか又は直接別のプロトコル層ないし装置に転送される。受信側の加入者装置ＵＥ１はさらに、送信側の基地局に、このデータパケット１のさらなる伝送を行わないように通知するか、又はデータパケット１の受信は成功したことを通知することによって、ＡＲＱ手順をストップすることができる。これにより、送信側で新たに伝送が引き起こされることがない。データパケット５は図示された状況ではまだ転送されない。というのも、割り当てられた時間間隔がまだ経過しておらず、先行するデータパケット４がまだ受信されていない又はまだ正しく受信されていないからである。

上で述べたＨＡＲＱのコンセプトは、とりわけ、高いデータ速度による効率的な通信を保証するのに適している。通常は、データパケットは送信側ＮＢから受信側ＵＥへ送信され、受信側ＵＥはＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）メッセージ又はＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）メッセージを送信し、パケットが誤りなく受信されたこと又は受信されなかったことを通知する。

受信されたＡＣＫ及びＮＡＣＫが送信無線局ＮＢにおいて間違って解釈されると問題が生じる。データパケットが受信無線局ＵＥ１によって正しく受信されなかった場合、受信無線局ＵＥ１は送信無線局ＮＢにＮＡＣＫを送信し、続いてＨＡＲＱプロトコルにより開始されるデータパケットの再送を待つ。

しかし、送信無線局ＮＢがＮＡＣＫをＡＣＫと間違えて解釈した場合、送信無線局ＮＢは、データパケットが受信無線局ＵＥ１により正しく受信されたと受け取り、後続のデータパケットを受信無線局ＵＥ１に伝送する。このメカニズムは、ＨＡＲＱを担当するプロトコル層において実施される。この状況では、受信無線局ＵＥ１は、所定の時間、データパケットが再度伝送されるのを待つ。しかし、これは、時間的に欠落データパケットの再送が行われた後にはじめて伝送されるべきデータパケットがすでに送信無線局ＮＢによって受信された場合には、終了させてもよい。使用しているＨＡＲＱプロトコルのコンセプトに応じて、データパケットの第１の伝送と再送は、伝送の通し番号、チャネル番号、及び／又はデータパケットが第１の伝送であるのかもしくはすでに再送であるのかを通知することにより識別することができる。また、時間間隔の経過後にデータパケットの再送が行われなければならない装置も考えられる。さらに、この時間間隔は、その間に多数のデータパケットが別の加入者に対して伝送されており、まだ欠落しているデータパケットの再送回数が最高値に達していない場合には、例えばパケットの最大伝送所要時間に関するデータパケットの妥当性の判定にとって重要でありうる。これにより、受信無線局ＵＥ１は、所定の時間の後に、送信無線局ＮＢが欠落データパケットを再送しないことを確認することができる。

場合によっては、例えばＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）により制御されたＨＡＲＱプロトコルの場合のＲＬＣ再送プロトコル（ＲＬＣ−Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のような比較的上位のプロトコル層は、データパケットが受信されていない又は正しく受信されておらず、再送が必要であることを受信無線局ＵＥ１において認識することができる。しかし、このプロセスは不都合なことに遅延をもたらしかねない。というのも、このプロセスは、例えば伝送窓が顧慮され又はデータパケットの順序変えがＨＡＲＱプロトコルによって実行される場合、場合によっては、比較的下位のプロトコル層において実施されるＨＡＲＱプロトコルを考慮しないからである。さらに、比較的上位のプロトコル層による再送要求は、受信無線局ＵＥ１において、場合によっては設定さているトリガ条件に依存する。つまり、この再送要求は、場合によっては、周期的にのみ又は欠落データパケットの個数を識別した後にのみ実行されうる。

以下では、欠落した又は正しく受信されなかったデータパケットの迅速な識別と、比較的上位のプロトコル層を用いた再送を可能にする本発明による方法を説明する。

本発明によれば、受信無線局ＵＥ１においてＨＡＲＱプロトコルの実行を担当するプロトコル層は、上で説明した例に相応した状況が生じるとすぐに、データパケットが受信されなかったか又は正しく受信されなかったために、送信されたＮＡＣＫが送信無線局ＮＢによっておそらくＡＣＫとして解釈されたことを比較的上位のプロトコル層に通知する。このケースでは、受信無線局ＵＥ１の比較的上位のプロトコル層は、ＨＡＲＱプロトコルの現在の状態にかかわらず、欠落データパケットは通常のＨＡＲＱ手順内には再度送信されないことを知っている。そこで、受信無線局ＵＥ１の比較的上位のプロトコル層は直接に相応の行動をとる。これは例えば比較的上位のプロトコル層の相応の再送プロトコルを介した送信無線局への再送要求である。これは、比較的下位のプロトコル層のＨＡＲＱプロトコルには、データパケットを無事に再送することは不可能だからである。有利には、この方法によって、比較的上位のプロトコル層は、ＨＡＲＱプロトコルが場合によっては欠落データパケットのない受信パケットを転送するまで待たなくてもよい。比較的上位のプロトコル層が、使用されるＨＡＲＱプロトコルには無関係に、データパケットの必要な再送をこのように迅速に開始することによって、有利には、データパケットのスループットをより高くし、所要時間をより短くすることが可能である。

本発明による方法の１つの例は、加入者装置ＵＥと基地局ＮＢとの間のＭＡＣで実行される、ＨＳＰＤＡシステムにおけるＨＡＲＱプロトコルである。このケースでは、加入者装置ＵＥのＭＡＣが、ＨＡＲＱプロトコルにおいてデータパケットが欠落していること又は正しく受信されなかったことを、加入者装置ＵＥのＲＬＣに知らせる。この通知によって促されて、ＲＬＣプロトコルは欠落データパケットの再送をトリガする。

無線通信システムのブロック回路図を示す。

送信無線局及び受信無線局における本発明による方法の流れを概略的に示す。

Claims (6)

1. 無線通信におけるデータパケットの伝送方法において、
   無線インタフェースを介して少なくとも２つのデータパケットを送信無線局（ＮＢ）から順次連続して送信するステップと、送信側での順序を再現するため、ならびに、後で受信無線局（ＵＥ１）の別の装置及び／又はプロトコル層に転送するために、前記少なくとも２つのデータパケットを受信無線局（ＵＥ１）で記憶するステップとを有し、ただし、順次連続して送信された少なくとも２つのデータパケットのうち第１のデータパケットが正しく受信されなかった場合には、ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）手順により再送を要求し、前記少なくとも２つのデータパケットのうち正しく受信された第２のデータパケットに対しては所定の時間間隔を割当てて、該時間間隔を開始し、割当てられた該時間間隔の経過後、第１のデータパケットがまだ正しく受信されていなくても、第２のデータパケットを前記別の装置及び／又はプロトコル層に転送することを特徴とする、無線通信におけるデータパケットの伝送方法。
2. 前記時間間隔が経過するまでに正しく受信されなかったデータパケットは受信無線局（ＵＥ１）の別の装置及び／又はプロトコル層に転送しない、請求項１記載の方法。
3. 前記時間間隔の経過後に、ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）手順を終了させる、請求項２記載の方法。
4. 正しく受信された第２のデータパケットに割当てる時間間隔の長さをサービス品質に依存して決定する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 正しく受信された第２のデータパケットを転送する際、第１のデータパケットが正しく受信されなかったことを受信無線局の別の装置及び／又はプロトコル層に通知する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 無線通信システムの無線局（ＵＥ１）において、該無線局（ＵＥ１）が、
   送信無線局によって順次連続して送信された少なくとも２つのデータパケットを受信する手段と、
   送信側での順序を再現するため、ならびに、該無線局（ＵＥ１）の別の装置及び／又はプロトコル層に転送するために、受信した少なくとも２つのデータパケットを記憶する手段と、
   順次連続して送信された少なくとも２つのデータパケットの正しく受信されなかった第１のデータパケットの再送をハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）手順により要求する手段と、
   前記少なくとも２つのデータパケットの正しく受信された第２のデータパケットに所定の時間間隔を割当て、開始する手段と、
   割当てられた該時間間隔の経過後、第１のデータパケットがまだ正しく受信されていなくても、第２のデータパケットを前記別の装置及び／又はプロトコル層に転送する手段とを有することを特徴とする、無線通信システムの無線局（ＵＥ１）。

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