JP2001523065A - 可変速度通信システムにおける最適パケット長の割当て方法 - Google Patents

可変速度通信システムにおける最適パケット長の割当て方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変速度通信システムにおける最適パケット長の割当て方法 【解決手段】 複数のデータ速度中の１つで、データ伝送可能な可変速度通信システムの最適パケット長を割当てる方法。各々のデータ速度に対するパケット長は、公平基準に適合すると同時に、最大処理能力速度が達成できるように選択される。公平基準は、各データ速度に割当てるパケット長を一定範囲の値、つまりＬｉｍｉｎ≦Ｌｉ≦Ｌｉｍａｘに制限して達成される。すべてのデータ速度に対する各パケット長は、最初は、それぞれのデータ速度に対する最大パケット長に初期設定される。その後、各データ速度に対し、別のパケット長の割当てが処理能力速度を上げるかどうか判定する。その答えがイエスであれば、そのデータ速度に対して前記のパケット長が割当てられ、更新されたパケット長割当てによる処理能力速度が再計算される。すべてのデータ速度について割当てるまで、このプロセスを各データ速度に対して繰返す。処理能力速度は、確率モデルまたは確定モデル４を使用して計算できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景）
【発明の属する技術分野】
本発明は通信に関する。具体的には、本発明は、可変速度通信システムにおけ
る最適パケット長(packet length)を割当てる方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）変調技術は、１つのシステムで多数のユー
ザーと通信するのに役立ついくつかの技術の１つである。時分割多重アクセス（
ＴＤＭＡ）や周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、および振幅圧伸信号側波帯
（ＡＣＳＳＢ）などのＡＭ変調方式のようなその他の技術が知られている。多重
アクセス通信システムにおけるＣＤＭＡ技術は、米国特許第４，９０１，３０７
号の発明の名称「衛星または地上中継器を使用するスペクラム拡散多元接続通信
システム」で開示されており、本発明の譲受人に譲渡され、ここに本明細書で引
用される。さらに、多重アクセス通信システムにおけるＣＤＭＡ技術の利用は、
米国特許第５，１０３，４５９号の発明の名称「ＣＤＭＡセルラ電話システムに
おける信号波形発生のシステムと方法」で開示されており、本発明の譲受人に譲
渡され、ここに本明細書で引用される。ＣＤＭＡシステムは、「デュアルモード
広帯域スペクトラム拡散セルラシステム用のロマルＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５
移動局基地の基地適合性標準」（以後ＩＳ−９５標準を称する）に適合するよう
に設計されている。別の符号分割多重アクセス通信システムは、地球低軌道衛星
を利用する世界規模での通信用のグローバルスター（ＧＬＯＢＡＬＳＴＡＲ）通
信システムを含んでいる。
【０００３】 ＣＤＭＡ通信システムは、順方向リンクおよび逆方向リンクを介して、トラフ
ィックデータおよび音声データを送信できる。固定サイズのコード・チャネル・
フレームでトラフィックデータを送信する方法は、米国特許第５，５０４，７７
３号の発明の名称「送信データをフォーマットする方法と装置」で開示されてお
り、本発明の譲受人に譲渡され、ここに本明細書に引用される。ＩＳ−９５によ
れば、トラフィックデータおよび音声データは、持続時間２０ｍｓｅｃのコード
・チャネル・フレームに分割される。各コード・チャネル・フレームのデータ速
度は可変であり、１４．４Ｍｂｐｓまで可能である。
【０００４】 音声サービスとデータサービスの大きな差異は、前者が、すべてのユーザーに
固定、かつ共通グレードのサービス（ＧＯＳ）を要求することである。一般に、
音声サービスを提供するデジタルシステムでは、これは、リンクソースに関係な
く、すべてのユーザーに対して固定（および保証された）データ速度に、及び音
声フレームの誤り率に対して最大許容値(tolerable value)に解釈される。同一 データ速度では、弱いリンクを有するユーザーには高度なソースの割当てが必要
になる。これは、結果的に利用可能ソースの非効率な利用になる。これに反して
、ＧＯＳはユーザー毎に差異を持たせ、パラメータを最適化してデータ通信シス
テム全体の効率を上げることができる。一般に、データ通信システムのＧＯＳは
、データメッセージの伝送中に発生する全遅延として定義される。
【０００５】 音声サービスとデータサービスの別の大きな差異は、前者が厳格かつ固定の遅
延を要求することである。音声フレームの全体的一方向遅延は、１００ｍｓｅｃ
以下にすべきである。これに反して、データ遅延では可変パラメータを使用して
、データ通信システムの効率を最高にすることができる。
【０００６】 データ通信システムの品質と効率を評価するパラメータは、データパケットを
伝送するのに要する全体遅延、およびシステムの平均処理能力速度である。デー
タ通信における全体遅延は、音声通信での効果と同一の効果を持つものではなく
、むしろデータ通信システムの品質を評価する重要な判定基準である。平均処理
能力速度は通信システムのデータ伝送機能の効率の評価基準である。
【０００７】 ワイヤレスデータ応用の需要の増大により、高効率ワイヤレスデータ通信シス
テムの必要性がますます増加してきている。データ伝送を最適化している典型的
な通信システムは、１９９７年１１月３日出願された、同時係属出願の米国特許
出願第０８／９６３／３８６号の発明の名称「高速パケットデータ伝送の方法と
装置」で詳細に述べられており、本発明の譲受人に譲渡され、ここに本明細書で
引用される。米国特許出願第０８／９６３／３８６号で開示されているシステム
は、複数のデータ速度で伝送可能な可変速度通信システムである。そのデータ速
度は、送信基地局と遠隔受信基地間のリンクによって選択される。送信基地局は
、基地局から遠隔基地へのリンクに基づいて、遠隔基地と通信する全基地局の中
から選択される。選択された基地局は、タイムスロットと呼ばれる所定の持続時
間で遠隔基地に送信する。データ速度が既知で、タイムスロットが固定の場合は
、パケット長（またはタイムスロット内の送信ビット）を計算できる。
【０００８】 常に、最適の基地局から最高速度のユーザーに送信するのが、可変速度通信シ
ステムで可能な最高の処理能力速度になる。しかし、この方式は、最高速度以外
のすべてのユーザーが非常に品質値の劣るサービスしか得られないという意味に
おいて、公平さに欠ける。公平さと効率の両方を備える方法は、低速度データユ
ーザーに比較して高速度データユーザーに多数の連続したタイムスロットを提供
するため、高速度データユーザーには好都合である。しかし、最低速度データユ
ーザーにもそのシステム処理能力の正当な性能は提供される。上述のように、通
信システムの品質を評価するパラメータは、全ユーザーに影響する全体遅延であ
る。方法には、各データ速度に対してパケット長またはタイムスロットを割当て
、公平レベルを維持すると同時に、処理能力速度を最大化することが要求される
。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、公平レベルを維持しながらシステム処理能力速度を最大にす
るように、すべてのデータ速度に対してパケット長を割当てることである。典型
的な実施形態では、公平基準は、すべてのデータ速度のユーザーに影響を与える
全体遅延に関するものであり、各データ速度に対して一定範囲の値、つまりＬｉ ｍｉｎ ≦Ｌｉ≦Ｌｉｍａｘを割当てるパケット長を制限することにより選択され
る。典型的な実施形態では、各データ速度に対するパケット長Ｌｉは、最初にそ
のデータ速度に対する最大パケット長で初期値を与えられる。その後、各データ
速度に対して、パケット長のＬｉ ｍａｘからＬｉ ｍｉｎへの変更結果が、処理能
力速度の向上になるかどうかの判定がなされる。その答えがイエスであれば、そ
のデータ速度に対してこのパケット長が再度割当てられ、更新されたパケット長
割当てによる処理能力速度が再計算される。すべてのデータ速度について割当て
るまで、このプロセスを各データ速度に対して繰返す。
【００１０】 本発明の別の目的は、確率モデルまたは確定モデルに従って、可変速度通信シ
ステムにおける各データ速度に対してパケット長Ｌｉを割当てることである。確
定モデルでは、複数のデータ速度の各々におけるデータ伝送確率が計算される。
典型的な実施形態では、確率は、システムの搬送波対妨害比（Ｃ／Ｉ）特性およ
びビット当りのエネルギー対雑音比（Ｅｂ／Ｎｏ）を用いて計算される。全デー
タ速度に対する確率を使用して、全データ速度に対するパケット長を割当てる。
確定モデルでは、各データ速度で受信するユーザー数を合計し、それを使ってパ
ケット長を割当てる。確定モデルでは、可変速度通信システムが、システムの変
化に基づいてパケット長を動的に割当てることができ、その結果性能を改良する
ことができる。
【００１１】 本発明の特徴、目的および利点は以下に述べる詳細な説明でより明らかになる
であろう。図面に関しては、同一参照符号は全体を通して同一部分を指す。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可変速度通信システムにおいて最適パケット長を割当てるための、
新規かつ改良された方法である。可変速度通信システムは、複数のデータ速度中
の１つでデータ伝送可能なものである。各データ伝送は所定の持続時間の間に行
われる。所定のデータ伝送速度Ｒｉおよび持続時間Ｔｉに対して、パケット長Ｌ ｉ （または時間Ｔｉ間に伝送されたビット数）はＬｉ＝Ｒｉ×Ｔｉで計算できる
。本発明では、公平基準に適合すると共にシステム目標である最大処理能力速度
を達成するように、パケット長Ｌｉを割当てる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
l.システムの説明 図面を参照すると、図１は典型的な可変速度通信システムを表す。このような
システムの１つは、前述の米国特許出願第０８／９６３／３８６号で説明されて
いる。可変速度通信システムは複数セル２ａ−２ｇを備えている。各セル２は、
対応する基地局４によりサービスされている。各遠隔基地６は、通信システム全
体に分散している。典型的な実施形態では、遠隔基地の各々は、順方向リンク上
で１つだけの基地局と各タイムスロットで通信する。たとえば、基地局４ａは遠
隔基地６ａだけに、基地局４ｂは遠隔基地６ｂだけに、そして基地局４ｃは遠隔
基地６ｃだけに、タイムスロットｎで順方向リンク上をデータ送信する。図１に
示すように、あらゆる所定時間において、各基地局４は１つの遠隔基地６にデー
タを送信するのが望ましい。さらに、データ速度は可変で、受信遠隔基地６およ
び要求されるビット当りエネルギー対雑音（Ｅｂ／Ｎｏ）によって評価される、
搬送波対妨害比（Ｃ／Ｉ）に依存する。遠隔基地６から基地局への逆方向リンク
は、簡略化のため図示していない。
【００１４】 図２は、典型的な可変速度通信システムの基本サブシステムのブロック図であ
る。基地局制御器１０は、通信システム内のパケット・ネットワーク・インタフ
ェース２４、ＰＳＴＮ３０およびすべての基地局４の間を接続する（簡略化のた
め、図２では１つだけの基地局を示す）。基地局制御器１０は、通信システム内
の遠隔基地６と、パケット・ネットワーク・インタフェース２４およびＰＳＴＮ
３０に接続されたその他のユーザー間の通信を制御する。ＰＳＴＮ３０は一般電
話ネットワーク（図２には示していない）を介してユーザー間を接続する。
【００１５】 基地局制御器１０は、多数の選択器エレメント１４を含んでいる（簡略化のた
め、図２には１つだけを示す）。１つの選択器エレメント１４が割当てられて、
１つまたは複数の基地局４と１つの遠隔基地６間の通信を制御する。選択器エレ
メント１４が遠隔基地６に割当てられていない場合は、呼制御処理装置１６が、
遠隔基地６をページングする必要があることを通告する。その後、呼制御処理装
置１６が、基地局４に遠隔基地６をページングするように指令する。
【００１６】 データソース２０は、遠隔基地６に送信される大量のデータを含む。データソ
ース２０は、データをパケット・ネットワーク・インタフェース２４に供給する
。パケット・ネットワーク・インタフェース２４はデータを受取り、そのデータ
を選択器エレメント１４に転送する。選択器エレメント１４は、そのデータを遠
隔基地６と通信中の各基地局４に送出する。典型的な実施形態では、各基地局４
は、遠隔基地６に送信されるデータを含んでいるデータ待ち行列４０を保持して
いる。
【００１７】 このデータは、データパケット単位で、データ待ち行列(data queue)４０から
チャネルエレメント４２に送出される。典型的な実施形態では、順方向リンク上
で、データパケットは１つのタイムスロット内の宛先遠隔基地６に送信する固定
量データを参照する。各データパケットに対し、チャネルエレメント４２は必要
な制御フィールドを挿入する。典型的な実施形態では、チャネルエレメント４２
ＣＲＣはデータパケットおよび制御フィールドを符号化し、１組のコード・テー
ル・ビットを挿入する。データパケット、制御フィールド、ＣＲＣパリティビッ
トおよびコード・テール・ビットは、１つの定められた様式の(formatted)パケ ットを構成する。典型的な実施形態では、その後、チャネルエレメント４２は前
記定められた様式のパケットを符号化し、記号を符号化パケット内に交互配置（
または並べ替え）する。典型的な実施形態では、交互配置されたパケットは、長
ＰＮコードとスクランブルされ、Ｗａｌｓｈカバーされて、短ＰＮＩおよびＰＮ Ｑ コードによって拡大される。拡大されたデータは、直角変調してフィルタを通
すＲＦユニット４４に供給され、信号増幅される。順方向リンク信号は、順方向
リンク５０上のアンテナ４６を経て空中を伝送される。
【００１８】 遠隔基地６では、順方向リンク信号はアンテナ６０で受信され、フロントエン
ド６２内の受信機に送られる。受信機はフィルタ、増幅、直角変調を行い、信号
を量子化する。デジタル化された信号は復調器（ＤＥＭＯＤ）６４に供給され、
そこで短ＰＮＩおよびＰＮＱコードによって逆拡大され、Ｗａｌｓｈカバーを外
され、長ＰＮコードと分離される。復調されたデータは復号器６６に供給され、
基地局で実行されたものと逆の信号処理（特に逆交互配置、復号およびＣＲＣチ
ェック機能）を実行される。復号されたデータはデータ受信端末６８に供給され
る。
【００１９】 上述のように、ハードウェアは、順方向リンクを介して、データ、メッセージ
、音声、ビデオおよびその他の通信の可変速度伝送をサポートする。その他のハ
ードウェアアーキテクチャは、可変速度伝送をサポートするように設計でき、本
発明の範囲に含まれている。逆方向リンクは、簡略化のために図示も説明もして
いない。本発明は、逆方向リンク上の可変速度伝送に容易に拡張できる。
【００２０】 チャネルスケジューラ１２は、基地局制御装置１０内のすべての選択エレメン
ト１４に接続する。チャネルスケジューラ１２は、遠隔基地６に送信するデータ
量および遠隔基地６からのメッセージ量を表す待ち行列サイズ(queue size)を受
取る。チャネルスケジューラ１２は、データ伝送のスケジュールを立て、公平性
に適合すると同時に、システムの目標である最大データ処理能力を達成する。
【００２１】 図１に示すように、遠隔基地６は通信システム全体に分散しており、順方向リ
ンク上でゼロまたは１つの基地局４と通信できる。典型的な実施形態では、チャ
ネルスケジューラ１２は、通信システム全体の順方向リンクデータ伝送を制御す
る。高速度データ伝送のスケジューリングの方法と装置は、米国特許出願第０８
／７９８，９５１号の発明の名称「順方向リンク速度スケジューリングの方法と
装置」（１９９７年２月１１日出願）に詳細に説明されており、本発明の譲受人
に譲渡され、ここに本明細書に引用される。
【００２２】 ll．処理能力速度の計算 可変速度通信システムでは、データ速度は、それぞれ正の確率Ｐ１、Ｐ２、Ｐ ３ 、…、Ｐｎを持つ離散値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…、ＲＮを取って、ランダムに変
動する。システムの平均処理能力速度Ｃ（毎秒当りのビット数を単位とする）は
、次のように計算される。
【数１】
【００２３】 ここで、Ｌｉはパケット長であり、Ｌｉ＝Ｒｉ×Ｔｉで計算できる。式（１）の
計算は、通信システムに対する静的な確率モデルを基本にしている。また、平均
処理能力速度Ｃは、動的な確定モデルを使用して次のように計算できる。
【数２】
【００２４】 ここでＮｉは、データ速度Ｒｉで受信する通信システム内のユーザー数である。
動的パケット長割当てを有する確定モデルは、平均処理能力速度を上げることが
できる。式（１）と（２）は、通信システムの処理能力速度の計算に使用する典
型的な式である。処理能力速度を計算するその他の式を使用することも可能であ
り、それらは本発明の範囲内に含まれる。
【００２５】 確率モデルでは、処理能力速度Ｃは特定の２つの場合に計算できる。第１の場
合は、すべてのデータ速度に対するパケット長が等しく設定されている場合であ
り、処理能力速度ＣＬは次のように計算される。
【数３】
【００２６】 ここで、Ｅ（１／Ｒ）は、１／Ｒの予測値である。第２の場合は、タイムスロッ
トの持続時間が、データ速度Ｒｉに対するパケット長Ｌｉがデータ速度に比例す
る値に設定されている場合であり、処理能力速度ＣＴは次のように計算される。
【数４】
【００２７】 任意の正のランダム変数Ｘについては、ＥＸ・Ｅ（１／Ｘ）≧１と表せる。した
がって、ＣＬ≦ＣＴとなる。しかし、同一Ｌｉ方式は、同一Ｔｉ方式に比べて“
より公平”である。なぜなら、同一量の情報（または同一のビット数）を受信す
る場合は、同一Ｌｉ方式の低速度ユーザーは、同一Ｔｉ方式の低速度ユーザーに
比べてより短い全体遅延を得られるからである。
【００２８】 可能な最大処理能力速度は、最高速データ速度を有するユーザーを除いて、す
べてのデータ速度のパケット長がゼロ（Ｌｉ＝０）である方式によって達成され
る。この場合、最大処理能力速度は最高速データ速度、つまりＣｍａｘ＝ｍａｘ
｛Ｒｉ：１≦ｉ≦Ｎ｝に等しくなる。しかし、この最大処理能力速度は、公平性
を犠牲にして達成される。この場合は基地局は最大速度ユーザーだけに対応する
。
【００２９】 個々のユーザーに対するサービスの等級とそのパケット長の関係は、以下のよ
うに説明できる。最初に、データ速度Ｒｉで動作するＮｉユーザーを有するシス
テムを考える。データ速度ＲｉのユーザーＵｉに対して、長さＬＭビットのメッ
セージを伝送するのに要する平均時間はＥＸｉで表せる。ＬＭがＬｉの整数倍数
ならば、ＥＸｉは次のように表せる。
【数５】
【００３０】 式（５）は、基地局４が長さＬＭビットのメッセージを、各々の長さＬｉビット
で、（ＬＭ／Ｌｉ）回に分けてユーザーＵｉに送信することからくる。ユーザー
ＵｉにＬｉビットデータを連続して伝送する間、基地局４はシステム内の他のユ
ーザーに対応する。対応する各ユーザーＵｋに対して、基地局４は、Ｌｋ／Ｒｋ に等しい時間長さの間送信する。ここで、ＬｋとＲｋは、それぞれユーザーＵｋ のパケット長とデータ速度である。式（５）は平均対応時間ＥＸｉがパケット長
さＬｉに逆比例することを示している。
【００３１】 標準的待ち行列モデル（たとえば、休止しているＭ／Ｄ／１待ち行列）を使用
すると、ユーザーＵｉ宛ての長さＬＭのメッセージに生じる平均遅延ＥＤｉは、
次式で表わすことができる。
【数６】
【００３２】 ここで、ρｉは基地局４からユーザーＵｉまでのリンクのトラフィック利用率を
表す。一般に、トラフィック利用率は０．５≦ρｉ≦０．９の範囲内にある。メ
ッセージ長さＬＭがパケット長Ｌｉよりかなり長い場合は、一般に多くのデータ
通信システムでこの条件は成立し、上記式の第２項は無視できる。この時、式（
６）は次式で近似できる。
【数７】
【００３３】 システム内のすべてのユーザーに対するデータリンクが、同一のトラフィック利
用率で動作する場合は、ユーザーＵｉに対して予測されるメッセージ遅延は、パ
ケット長Ｌｉにほぼ逆比例する。したがって、ＥＤｍｉｎとＥＤｍａｘがそれぞ
れシステム内のユーザーの最小と最大の予測遅延を表すとすると、次の関係が成
立する。
【数８】
【００３４】 ここで、各データ速度に割当てられたパケット長Ｌｉに対して上限と下限を指
定することにより、一定量の公平性が達成される。このことから、パケット長は
次のように定義される。
【数９】
【００３５】 ここで、Ｌｉ ｍｉｎはデータ速度Ｒｉに対する最小パケット長であり、Ｌｉ ｍａ ｘ はデータ速度Ｒｉに対する最大パケット長である。一例として、すべてのデー
タ速度に対するパケット長はＬｉ ｍｉｎ＝Ｌ０およびＬｉ ｍａｘ＝２Ｌ０と定義
できる。これは同一データ量に対して保証される。最低データ速度に対する予測
遅延は、最高データ速度の長くても２倍である。式（９）で与えられる制約は、
システムの公平性を表している。下に示すように、Ｌｉ ｍａｘ対Ｌｉ ｍｉｎの比
率が低い場合は、処理能力速度が遅い代わりに、より公平な方式であることを示
す。
【００３６】 lll.最適パケット長の割当て 最適パケット長を割当てると、式（９）の公平性の制約に適合すると同時に、
式（１）または（２）の処理能力速度Ｃは最大になる。各１≦ｋ≦Ｎに対して次
の条件が成立する場合に限り、処理能力速度Ｃ＝Ｃ（Ｌ１、Ｌ２、…、ＬＮ）は
最適解である。
【数１０】
【００３７】 これにより、式（１０）から、最適パケット長割当とは、各データ速度Ｒｉに対
して、そのデータ速度Ｒｉがシステムの処理能力速度Ｃ以下の場合は、最適パケ
ット長割当てをＬｉ ｍｉｎとし、そのデータ速度Ｒｉがシステムの処理能力速度
Ｃ以上の場合は、最適パケット長割当てをＬｉ ｍａｘとするものである。各デー
タ速度Ｒｉがシステムの処理能力速度Ｃに等しい場合は、結果的にすべてのパケ
ット長割当ては同一処理能力速度になる。
【００３８】 最適性を証明するには、式（１）をパケット長変数Ｌｉで微分すればよい。導
関数は次のように表せる。
【数１１】
【００３９】 式（１１）を使用して、式（１０）の条件（ａ）と（ｂ）が最適化に必要なこと
を示すことができる。同様に、式（１０）の条件（ａ）と（ｂ）に反する割当て
は最適でないことを示している。任意の指数ｉを考える。Ｒｉ＜Ｃならば、式（
１１）は導関数がゼロより小さい、つまり∂Ｃ／∂Ｌｉ＜０を意味する。導関数
（∂Ｃ／∂Ｌｉ＜０）から、所定のパケット長割当てがＬｉ＞Ｌｉ ｍｉｎの場合
は、Ｌｉを少しずつ減少することにより、Ｃを増加できる。同様に、Ｒｉ＞Ｃな
らば、式（１１）は導関数がゼロより大きい、つまり∂Ｃ／∂Ｌｉ＞０を意味す
る。導関数（∂Ｃ／∂Ｌｉ＞０）から、所定のパケット長割当てがＬｉ＜Ｌｉ ｍ ｉｎ の場合は、Ｌｉを少しずつ増加することにより、Ｃを増加できる。また、式
（１１）は、式（１０）の条件（ａ）と（ｂ）を満足するすべてのパケット長割
当てが最適であることも示している。
【００４０】 lV．最適パケット長割当てルーチン 図３に最適パケット長割当てルーチンのフローチャートを示す。ルーチンはブ
ロック１０２からスタートする。第１ステップでは、ブロック１０４ですべての
データ速度に対するパケット長を、それぞれの最大パケット長Ｌｍａｘに初期化
する。ブロック１０６では、ブロック１０４で割当てられたパケット長を使用す
る処理能力速度Ｃが、式（１）または（２）を使用して計算される。ブロック８
では、ループ変数ｋを１に初期化して、ルーチンがループに入る。このループで
は、最小パケット長を割当てして、処理能力速度を最適化するデータ速度を低く
すると同時に、各データ速度に対する最小パケット長Ｌｋ ｍｉｎおよび最大パケ
ット長Ｌｋ ｍａｘにより定義される公平性の制約を維持する。
【００４１】 ループ内の第１ステップでは、ブロック１１０で、データ速度Ｒｋを、ブロッ
ク１０６で計算した処理能力速度Ｃと比較する。データ速度Ｒｋが処理能力速度
Ｃに等しいかそれより速い場合は、ルーチンはブロック１１６にジャンプする。
一方、データ速度Ｒｋが処理能力速度Ｃより遅い場合は、ルーチンはブロック１
１２に進み、このデータ速度Ｒｋに対する最小パケット長Ｌｋ ｍｉｎをパケット
長Ｌｋに割当てる。ブロック１１４では、処理能力速度Ｃは更新されたパケット
長割当てを使用して再計算される。ブロック１１６では、ループ変数ｋが増分さ
れる。ループはブロック１１８に進み、そこで変数ｋが、システムで有効なデー
タ速度値を表すＮと比較される。ｋ≦Ｎの場合は、すべてのデータ速度が考慮さ
れていたわけではないことを示しており、ループはブロック１１０に戻り、次の
データ速度を考慮する。そうでない場合は、ルーチンはブロック１２０で終了す
る。
【００４２】 図３に示したルーチンについては、データ速度を特定の順序に配列する必要は
ない。すべてのデータ速度は個々に考慮され、処理能力速度に与える効果が計算
される。このルーチンでは、処理能力速度Ｃの最後に計算された値がシステムの
最大処理能力速度であり、各データ速度に対して選択された最小および最大パケ
ット長のＬｋ ｍｉｎとＬｋ ｍａｘで定義されている公平基準(fairness criteria
)を満足する。
【００４３】 最適パケット長割当てルーチンの一例を次に示す。この例では、可変速度通信
システムは８つのデータ速度から構成され、表１に示す確率分布を有する。たと
えば、システムは、データ速度３８．４Ｋｂｐｓの伝送では０．０１の確率、デ
ータ速度７６．８Ｋｂｐｓの伝送では０．１１の確率、データ速度１５３．６Ｋ
ｂｐｓの伝送では０．１３の確率等々である。この確率分布は、前述の米国特許
出願第０８／９６３／３８６号で述べられているように、システムの搬送波対妨
害比（Ｃ／Ｉ）特性およびビット当りエネルギー対雑音比（Ｅｂ／ＮＯ）から得
られる。
【００４４】 この例では、すべてのデータ速度に対して同一のパケット長を割当てる結果、
処理能力速度はＣＬ＝１／Ｅ（１／Ｒ）＝２５６．６２９Ｋｂｐｓとなる。これ
とは別に、すべてのデータ速度に対して同一タイムスロット持続時間を割当てる
か、またはデータ速度に正比例するパケット長を選択すると、ＣＴ＝Ｅ（Ｒ）＝
６４２．８１６Ｋｂｐｓとなる。しかし、同一タイムスロット方式では、送信元
からの同一量のデータを受信するのに、最低データ速度のユーザーが、最高デー
タ速度のユーザーの３０倍以上長い時間（１．１５２Ｍｂｐｓ／３８．４Ｋｂｐ
ｓ）待たされる可能性がある。
【００４５】 本発明の例では、公平性の制約から、すべてのデータ速度のパケット長が１０
２４〜２０４８に入る（つまりすべてのｉ＝１、２、…、８に対して１０２４≦
Ｌｉ≦２０４８ビットを要求）ように選択する。この公平性の制約は、同一の受
信ビット数に対して、最低データ速度ユーザーの不使用時間が最高データ速度ユ
ーザーの長くて２倍にしかならないように保証する。
【表１】
【００４６】 上記の公平性の制約を維持すると同時に、各データ速度に対する最適パケット
長を割当てて処理能力速度を最大にするには、図３に述べた方法に従えばよい。
最初に、すべてのデータ速度に対するパケット長に、２０４８（ブロック１０４
）を割当て、式（１）を使用してこの割当てに対する処理能力速度（Ｃ０で表す
）を計算する（ブロック１０６）。その結果は表２に示されている。各データ速
度について、データ速度Ｒｋは計算された最新の処理能力速度Ｃと比較する、デ
ータ速度Ｒｋが処理能力速度Ｃより遅い場合は、このデータ速度Ｒｋに対応する
パケット長Ｌｋを、このデータ速度に対する最小パケット長Ｌｋ ｍｉｎに割当て
る。その後、処理能力速度Ｃを計算する。たとえば、第１のデータ速度Ｒ１を処
理能力速度Ｃ０と比較する（ブロック１１０）。Ｒ１がＣ０より小さい場合は、
データ速度Ｒ１に対するパケット長Ｌ１はＬ１ ｍｉｎまたは１０２４に設定する
（ブロック１１２）。次に、式（１）を使用して、更新されたパケット長割当て
について処理能力速度Ｃ１を計算する（ブロック１１４）。この場合は、Ｃ１＝
２６６．３０４Ｋｂｐｓとなり、Ｃ０より大きく、Ｌ１に１０２４を再割当てし
た結果として処理能力速度が増加していることを示している。次に、第２のデー
タ速度Ｒ２を処理能力速度Ｃ１と比較する。Ｒ２がＣ１より小さいため、データ
速度Ｒ２に対するパケット長Ｌ２をＬ２ ｍｉｎまたは１０２４に設定する。次に
、更新されたパケット長割当てについて処理能力速度Ｃ２を再計算する。この場
合は、Ｃ２＝３１１．２３９Ｋｂｐｓとなり、Ｃ１より大きく、Ｌ２に１０２４
を再割当てした結果として処理能力速度が増加していることを示している。すべ
てのデータ速度について計算し終わるまで、このプロセスを繰返す。この例の結
果を表２に示す。
【表２】
【００４７】 本発明のルーチンでは、公平性の制約を守ると同時に、再割当ての結果が、よ
り高速の処理能力速度を達成する場合に限り、あるデータ速度に対してパケット
長を再割当てすることに注意すべきである。ルーチンでは、データ速度を前もっ
て表２に示されるような増加順に配列する必要はない。
【００４８】 また最適パケット長の割当ては、処理能力速度Ｃを計算する回数を最小にする
代替のルーチンを使用して計算することもできる。上述のルーチンでは、パケッ
ト長ＬｉがＬｉ ｍａｘからＬｉ ｍｉｎに変化する度に処理能力を計算する。代替
のルーチンでは、所定のパケット長割当てに対して処理能力速度Ｃを計算する。
処理能力速度Ｃを計算後、すべてのデータ速度Ｒｉ＜Ｃに対するパケット長をＬ ｉ ｍｉｎ に設定する。１つまたは複数のデータ速度Ｒを考慮している場合は、処
理能力速度Ｃを再計算する。この代替のルーチンは、データ速度が前もって昇順
に配列されている場合に、最も効率的に機能する。
【００４９】 上述の例では、すべてのデータ速度に対する最小と最大のパケット長Ｌｉ ｍｉ ｎ およびＬｉ ｍａｘを同一値に選択しているが、その必要はない。システムは、
各データ速度に対して、異なる最小と最大のパケット長Ｌｉ ｍｉｎおよびＬｉ ｍ ａｘ で構成できる。実際は、各データ速度に対する最小と最大のパケット長Ｌｉ ｍｉｎ およびＬｉ ｍａｘは、前述の米国特許出願第０８／９６３／３８６号に述
べられている公平性要素を考慮して選択できる。これらの公平性要素は、（１）
受信遠隔基地で必要とされるＥｂ／ＮＯ、（２）遠隔基地のソフト・ハンドオフ
・ステータス、（３）必要とされる送信のビット当りエネルギーＥｂ、（４）送
信するデータ量、（５）送信データのタイプ、（６）その送信が、先の誤った受
信による再伝送であるかどうか、（７）遠隔基地における誤り率、（８）宛先遠
隔基地で発生した遅延量、および（９）遠隔基地の優先権を含むことができる。
【００５０】 本発明を、順方向リンク上の可変速度通信に関して説明してきたが、ここに説
明した発明の概念は、逆方向リンク上の可変速度通信に拡張できるものである。
実際に、あらゆる可変速度通信システムに対する本発明の応用は、本発明の範囲
内に含まれる。
【００５１】 好ましい実施形態の前記の説明により、当業者は本発明を構成または使用可能
である。これら実施形態の各種の変更形態は、当業者には容易に理解できること
であろう。ここで定義されている一般的原理は、本発明による機能を使用するこ
となくその他の実施形態に適用可能である。これより、本発明は、ここに示した
実施形態に限定されるものではなく、ここに開示した原理および新規の形態に適
合する広い範囲に適応するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、典型的な可変速度通信システムのダイアグラムである。
【図２】 図２は、典型的な可変速度通信システムの基本的なサブシステムを示すブロッ
ク図である。
【図３】 図３は、本発明による最適パケット長割当てルーチンの典型的なフローチャー
トである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 パドバニ、ロベルト アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92130 サン・ディエゴ、ペンフィール ド・ポイント 13593 Ｆターム(参考） 5K022 EE01 5K034 MM08 5K067 AA13 CC08 EE04 EE10 EE72 HH21

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 公平基準を選択し、 初期パケット長割当てに対して、前記通信システムの複数データ速度の各々を
    割当て、 前記パケット長割当てを基に処理能力速度を計算し、 前記初期パケット長割当てに基づいて処理能力速度を計算し、 再割当てがより高い処理能力速度をもたらす場合には、前記公平基準に従って
    選択されたデータ速度をパケット長に再割当てする、 ステップを備える、可変速度通信システムのパケット長割当ての方法。
  2. 【請求項２】 前記の選択ステップが、前記複数のデータ速度の各々に対し
    て最小パケット長および最大パケット長を選択するステップを備える、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記複数データ速度の各々に対して、前記最大パケット長が
    、前記最小パケット長の２倍である、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 すべてのデータ速度に対して、前記最小パケット長および前
    記最大パケット長が等しい、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 すべてのデータ速度に対して、前記最大パケット長が前記最
    小パケット長の２倍である、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記公平基準が、一連の公平要素に基づいている請求項１に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記公平基準が、最低データ速度に対する予測遅延および最
    高データ速度に対する予測遅延に基づいている請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記計算ステップが確率モデルに基づいている請求項１に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記計算ステップが確定モデルに基づいている請求項１に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記初期パケット長割当てが、前記複数データ長の各々の
    前記パケット長を、前記データ速度に対する最大パケット長に設定することから
    なる、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記再割当てステップが、 前記複数データ速度から１つのデータ速度を選択し、 前記の選択されたデータ速度を、計算された最新の処理能力速度と比較し、 前記選択されたデータ速度が前記計算された最新の処理能力速度より遅い場合
    は、前記選択されたデータ速度のパケット長を、前記選択されたデータ速度に対
    する最小パケット長に設定し、 前記設定ステップ後に、前記処理能力速度を再計算し、 前記複数データ速度中のすべてのデータ速度に対して、前記の選択、比較、設
    定および再計算ステップを繰返すステップを備える請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記再割当てステップが、 前記複数データ速度から１つのデータ速度を選択し、 前記の選択されたデータ速度を、計算された最新の処理能力速度と比較し、 前記選択されたデータ速度が前記計算された最新処理能力速度より遅い場合は
    、前記選択されたデータ速度のパケット長を、前記選択されたデータ速度に対す
    る最小パケット長に設定し、 前記複数のデータ速度中のすべてのデータ速度に対して、前記の選択、比較お
    よび設定ステップを繰返し、 前記繰返しステップの後に、前記処理能力速度を再計算するステップを備える
    請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記複数のデータ速度を、増加する速度の順に並べ、 前記並べるステップが、前記選択ステップと前記割当てステップの間に置かれ
    る請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記通信システムが３つ以上のデータ速度を備える請求項
    １に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記通信システムが８つまたはそれより多いデータ速度を
    備える請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 公平基準を選択し、 通信システムにおける、複数のデータ速度の各々に対する初期パケット長割当
    てに基づく処理能力速度を計算し、 再割当ての結果が処理能力の向上をもたらす場合は、前記公平基準に従って選
    択されたデータ速度に対するパケット長を再割当てするステップを備える、可変
    速度ＣＤＭＡ通信システムにおけるパケット長割当て方法。
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