JP2004537919A - パケットベースの通信システムのための前方エラー訂正システム及び方法 - Google Patents

Abstract

複数のペイロードブロックを有するパケットのシーケンスがソースノードから宛て先ノードに送信される（１００）パケットスイッチネットワークにおいて失われたペイロードブロックの回復を提供するシステム及び方法が開示される。この回復プロセスは、特定のパケット中の前記複数のペイロードブロックのうちの少なくとも１つが前記送信の間に失われたかどうか決定し（１１０）、前記特定のパケット中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶し（１２０）、引き続き、前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送の要求を前記ソースノードに送信し（１３０）、前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記失われたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせる（１５０）。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムにおけるエラー処理に関する。より詳細には、本発明は複数のＦＥＣコーディング方式をサポートするデジタル通信システムにおける自動再送要求（ＡＲＱ）を使用したエラー訂正を扱う方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なパケット交換ネットワークにおいて、メッセージは固定又は可変の長さの多くのデータパケット又はブロックに分割される。これらのパケットは複数の位置を通じてネットワーク上を個別に送信され、受信側で再組立てされた後で意図されたユーザに配信される。通常、受信側におけるブロックの正確な伝送を保証するために、シーケンス、確認及びエラー訂正の情報を含む種々の制御データがパケットヘッダの形で各パケットに追加される。
【０００３】
ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格は、ワイヤレスローカルエリアネットワークのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）及び物理（ＰＨＹ）特性を特定する。ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格はｌ９９９年版の国際標準規格ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１１、「Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ− Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」にて規定されており、これは全体が本願明細書に参照により組み込まれている。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ ＭＡＣプロトコルは、より信頼性が高いデータフレームの送信のためのオプションのＭＡＣ前方エラー訂正（ＦＥＣ）を規定する。ＭＡＣ ＦＥＣプロトコルは遅延承認（ＤｌｙＡｃｋ）方式と共に使用されることが可能であり、この遅延承認方式はＩＥＥＥ ８０２．１１ ＭＡＣ仕様書に規定されている従来型の承認（ＡＣＫ）とは異なる。従来型のＡＣＫ方式は、フレームの受信器がフレームの正常な受信の後にＡＣＫフレームを送信することを可能にする。しかし、遅延ＡＣＫ方式は、受信器が正常なフレーム受信の後幾らか時間が経過した後にＡＣＫフレームを送信することができるように構成される。遅延ＡＣＫ方式は、特にＭＡＣ ＦＥＣデコーディングの重い演算要求のために規定される。現在、ＩＥＥＥ ８０２．１１ＭＡＣは、ＦＥＣ方式を有しない。これに応じて、本発明はＩＥＥＥ ８０２．１１の環境において実現することができる新規なＦＥＣ機構を提案する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ソースシステムと宛て先システムとの間にＦＥＣ機構を提供する方法及びシステムを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、失われたペイロードブロックの回復を可能にする方法は、
ソースノードから宛て先ノードへパケットのシーケンスを送信するステップであって、前記シーケンス中の各パケットは複数のペイロードブロックを有するステップと、
前記送信の間に特定のパケット中の前記複数のペイロードブロックのうちの少なくとも１つが失われたかどうか決定するステップと、
前記特定のパケット中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶するステップと、
引き続き前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送の要求を送信するステップと、
前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記失われたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせるステップと、
を含む。
【０００６】
本発明の別の態様では、パケットスイッチネットワークにおいて失われたペイロードブロックの回復を可能にするシステムは、
変調された信号を受信して復調し、復調されたパケットのシーケンスを生成する復調器であって、前記シーケンスの各パケットは所定の数のペイロードブロックを有する復調器と、
前記復調されたパケットを複数のデコードされたフレームにデコ―ドするための、前記復調器に動作的に結合されたデコーダと、
前記デコーダに結合されたプロセッサであって、前記複数のデコードされたフレームを受信してチェックし、特定のデコードされたフレーム中の複数の誤って受信されたペイロードブロックを識別するプロセッサと、
特定のフレーム中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶する記憶手段と、
引き続き前記誤って受信されたブロックを有する前記特定のフレームの再送の要求を送信する送信器と、
前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記誤って受信されたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせるコンバイナと、
を含む。
【０００７】
これらの及び他の利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下の説明においては、制限ではなく説明の目的のために、本発明の完全な理解を与えるために特定のアーキテクチャ、インタフェース及び技術等の詳細が記載される。加えて、明快さ及び簡潔さのために、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明は、不必要な細部によって本発明の説明を不明瞭にしないようにするために省略される。
【０００９】
本発明は、従来型のＦＥＣ方式と関連したオーバーヘッドを最小化すると共に失われたデータパケットの回復を規定制限範囲で可能にするエラー訂正機構に関する。特に本発明は、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格に従うデジタル通信システムに適用できる。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅは、データパケットが周知のリード・ソロモン（ＲＳ）種のコードを使用してエンコードされる、オプションのＭＡＣ ＦＥＣ方式を規定する。このサービスは、基礎を成すＰＨＹ−ｌｅｖｅｌサービスを利用することによりＭＡＣサービスデータユニット（ＭＳＤＵ）を交換する機能を有するエンティティを提供する。
【００１０】
現在、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅの下の従来型のエラー回復方式は、復調及びＦＥＣデコーディングの後、各ブロックがブロックチェックシーケンス及び周知の巡回冗長検査技術を使用してエラーを評価されるようにする。ＦＥＣデコーディングの後にエラーがある場合、再送の要求が送信エンティティに送信される。このために、送信エンティティ及び受信エンティティの両方が、ＦＥＣコーディング及び／又は変調方式の如何なる組合せが再送用に使用されるのかを知らなければならない。しかし、好ましい実施例において、要求及び再送システムを使用するのではなく、正しく受信されたＲＳコードブロックを再利用して同じフレームの再送された版の他の正しく受信されたＲＳコードブロックと組み合わせることによって、パケット損失補正においてより大きな効率が達成されることができる。
【００１１】
本発明のデジタル通信システムは、ＦＥＣ及び変調方式に加えて、誤って受信された情報が受信器に再送信されることを可能にする自動再送要求（ＡＲＱ）技術を使用する。ＡＲＱ技術は、受信されたデータブロックを分析してエラーを探し、エラーを含むブロックの再送を要求することを伴う。ＦＥＣ技術は、例えば、変調の前のデータの畳込み又はブロックコーディングを含む。畳込みコードをこれら畳込みコードのコードレート（即ち１／２及び１／３）で参照することは一般的であり、より低いコードレートは、より大きなエラー防御を提供するが、所与のチャネルビットレートに対してユーザビットレートを低下させる。それゆえに、ＦＥＣコーディングは、特定の数のコードビットを使用して特定の数のデータビットを表すことを伴う。ＦＥＣ技術が当業者にとって周知であることに注意すべきである。
【００１２】
図１は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおいて提案されたＲＳエンコードされたＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）フレーム形式を示す。図１に示すように、ＭＡＣ ＦＥＣ方式においてＲＳコーデックが用いられる。ＭＳＤＵは２０８バイトより遥かに大きくなることができるため、ＭＳＤＵは最高１０ブロックに分割されることができ、ここで、各ブロックは、ＲＳエンコーダによって独立してエンコードされる。この例において本発明で使用されるエンコーダは、（２２４， ２２８）という（ｎ，ｋ）値を有するＲＳブロックコーダである。従ってコーダは、入って来るシーケンスのあらゆるＭＳＤＵペイロードブロックに対してＦＥＣコード又は冗長ブロックを導出する。本発明によれば、エンコーダは各ペイロードブロックにこれらの冗長ブロックをそれぞれ追加する。好ましい実施例においてデコーディングを容易にするために、好適には本発明によって送信されるパケットは、シーケンス番号又はパケット番号の指示（（ｎ，ｋ）値）を含む。これは、ＭＡＣヘッダフィールドのペイロード／データ長、ペイロード／データブロック情報と示される。示された以外のデータ構造が使用可能であり、これは、異なった大きさのフィールド、フィールドを異なった順序に配列すること、及び、図１に存在しない追加のフィールドを含むがこれらに限らないことは当業者には明らかであろう。
【００１３】
図２は、本発明の好ましい実施例に従って動作するデコーダ１０を示す。説明の便宜上、以下の説明はオーディオ又はビデオ信号が、デジタルデータストリームに変換されており、ネットワーク中でソースノードから宛て先ノードへ送信されることになっていると仮定する。この説明は、デジタルデータストリーム又はペイロードがフレーム又はペイロードパケットのシーケンスに分割されていると例として更に仮定する。本発明の実施例によれば、デコーダ１０は、復調器（又は逆パケット化器（ｄｅｐａｃｋｅｔｉｚｅｒ））１２、デコーダ１４、パケットバッファ１６、ヘッダ及びＦＥＣ除去プロセッサ１８、ＦＥＣプロセッサ２０、コントローラ２４、バッファ２２、コンバイナモジュール２６及び送信器２８を含む。
【００１４】
動作中に、図２に示すように、パケットのストリームは宛て先ノードに到着する。使用するパケット交換プロトコルに依存して、これらのパケットは、順番に又はばらばらに到着し得る。デコーダ１４は復調器１２から復調されたデータブロックを受信してデータブロックのシーケンスを再構築し、次に、データブロックのシーケンスは個々のデータブロックとしてパケットバッファ１６に提供される。その後、ヘッダ及びＦＥＣ除去プロセッサ１８は、ＭＡＣヘッダ情報を除去し、ヘッダ情報を調べて、当該データブロックが処理されるべきかどうか、またパケットバッファ１６に記憶されているデータブロックがどんな種類のエラー訂正デコーディングを使用することができるか、を決定するように動作する。ＦＥＣプロセッサ２０は、コントローラ２４の管理下でエラー訂正動作を実行する。エラーが検出されたら、コントローラ２４は、送信器２８にソースエンドシステムへのエラーパケットの再送を要求させる。同時に、好適には、正常に到着したペイロードブロックは後の取得のために直接バッファ２２に送り届けられ、該バッファは、エンドユーザによる受信のためにペイロードブロックを正しいシーケンスに並べる役目を果たす。ここで、バッファ２２において記憶されるブロックの数は、エンコーディング用に元々使用されたブロックコーダの（ｎ，ｋ）値に依存してよい。再送されたデータを受信した後に、コントローラ２４は、前述の段落にて説明したように復調及びＦＥＣ動作を実行し、次に、再送されたデータが行方不明の情報を回復するのを助けることができるかどうか決定する。例えば、図３に示すように、ソースノードが１０個のＲＳブロック（ブロック１〜１０）を有するフレームを宛て先ノードに送信したときに、宛て先ノードはブロック１及び２が訂正可能でないと分かるかもしれない。宛て先ノードは、再送のためにＤｌｙＡｃｋをソースノードに送信して、引き続いて受信されたブロック３〜１０を廃棄するのではなくキャッシュする。次に、ソースは再び要求されたフレームを送信する。今度は宛て先ノードは、ブロック９及び１０に訂正可能でないエラーがあると決定する。宛て先ノードは、オリジナルの受信からブロック９及び１０の正しいバージョンを記憶していたので、ソースノードに誤ったフレーム受信（ブロック９及び１０）を知らせる必要はない。オリジナルの受信からのブロック３〜１０を新規な受信からのブロック１及び２と組み合わせることによって、全部のフレームが正しく再構築されることができる。デコーダ１０が行方不明のペイロードブロック１及び２を回復して、バッファ２２に記憶されていた残りのブロックとシーケンシャルに組み合わせたら、コントローラ２４はエンドユーザに整列されたペイロードを送り届ける。その結果、本発明の再送組み合わせは、潜在的な再送の数を低減することによって、チャネル条件に著しく依存するシステム性能を改良することができる。加えて、正常にフレームを送信するのにより小さい数の再送を必要とするので、限界的なチャネル条件で待ち時間要求を満たす確率は増加される。
【００１５】
本発明に従って動作するデコーダは如何なる種類の形式（ハードウェア、ソフトウェア又はファームウェア）も取ることができるが、好適には、エンコーディング及びデコーディング機能の両方は、メモリに記憶された機械語命令の組を動作するコンピュータプロセッサ又はマイクロプロセッサによって実行される。このようなコンピュータプログラムは、実行されると、ここで議論されるような本発明の機能をコンピュータシステムが実行することを可能にする。図４は、ユーザ推薦を提供するために本発明によって実行される処理を示している流れ図である。長方形の要素は、コンピュータソフトウェア命令を示し、ダイヤモンド形の要素は、長方形のブロックで表されるコンピューターソフトウェア命令の実行に影響を及ぼすコンピューターソフトウェア命令を表す。
【００１６】
図４を参照すると、ステップ１００においてデータのストリームが宛て先ノードで受信される。ステップ１１０において、デコーダ１０は受信されたデータパケットを調べて、修復できないパケットが検出されるかどうか決定する。もし検出されたならば、ステップ１２０においてデコーダ１０は、誤って受信されたパケット中の正しく受信されたブロックを後の取得のためにバッファ２２に保存する。同時に、デコーダ１０はステップ１３０において再びデータパケットの再送を要求する。ステップ１１０で得られたエラーブロックがステップ１４０において依然としてエラーを含んでいる場合、同じデータパケットの再送の要求が再び送信される。検出されなかった場合には、ステップ１５０で、ステップ１１０で見られたエラーデータパケットが再送されたデータパケットから取得され、バッファ２２に記憶されていた残りの正しく受信されたブロックと組み合わせられる。最後に、ステップ１６０において、シーケンシャルに再び組み合わせられたデータパケットはエンドユーザに送信される。 前述から明らかなように、本発明は、デコーダ１０が失われたパケットの再送のための要求を繰り返す必要を最小化することができ、これにより多くの潜在的な再送要求に関連したオーバヘッドを最小化するという利点がある。好適な実施例の前述の説明は、いかなる当業者でも本発明を利用することができるようにするために提供されていることに注意されたい。当業者にとってはこれらの実施例の種々の変形例は、発明の能力を使用せずに、他の実施例と共に、容易に明らかになるであろう。従って、本発明はここで示される実施例に制限されず、ここで開示される原理及び新規な機能と調和した最も広い範囲が与えられることを意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】提案されたＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準規格にて説明されているような、情報を交換するのに用いられるＭＡＣフレーム形式の表示である。
【図２】本発明のエラー訂正制御方式を利用することができる受信器の簡略ブロック図である。
【図３】本発明の動作ステップの図である。
【図４】本発明の動作ステップを示すフローチャートである。

Claims (19)

1. 失われたペイロードブロックの回復を可能にする方法であって、
   （ａ） ソースノードから宛て先ノードへパケットのシーケンスを送信するステップであって、前記シーケンス中の各パケットは複数のペイロードブロックを有するステップと、
   （ｂ） 前記送信の間に特定のパケット中の前記複数のペイロードブロックのうちの少なくとも１つが失われたかどうか決定するステップと、
   （ｃ） 前記特定のパケット中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶するステップと、
   （ｄ） 引き続き、前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送の要求を前記ソースノードに送信するステップと、
   （ｅ） 前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記失われたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせるステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記複数のペイロードブロックのうちの前記少なくとも１つのペイロードブロックと関連したリンク品質を監視するステップを更に有する方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記送信の間に誤って受信された複数のペイロードブロックをカウントするステップを更に有する方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記ステップ（ｂ）は、前記失われたペイロードブロックを回復させるためにエラー訂正を実行するステップを更に有する方法。
5. 請求項４の方法であって、前記エラー訂正が失敗したら前記ステップ（ｃ）〜（ｅ）を実行する方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記ステップ（ｄ）は、前記引き続きの送信から前記失われたペイロードブロックを取得するステップを更に有する方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記ステップ（ｄ）は、
   前記引き続きの送信からの前記失われたペイロードに対応する前記ペイロードブロックが正常に受信されたかどうか決定するステップと、
   受信されたならば前記ステップ（ｅ）を実行するステップと、
   受信されていないならば、前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送を再び要求するステップと、
   を更に有する方法。
8. 失われたペイロードブロックの回復を可能にする方法であって、
   （ａ） ソースノードからのエンコードされた信号のシーケンスを宛て先ノードで受信するステップと、
   （ｂ） 特定のデコード形式に従って各受信信号をデコードして複数のデコードされたフレームを生成するステップであって、前記デコードされたフレームの各々は複数のペイロードブロックを有するステップと、
   （ｃ） 前記複数のデコードされたフレームを調べて特定のデコードされたフレーム中の複数の誤って受信されたペイロードブロックを識別するステップと、
   （ｄ） 前記特定のフレーム中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶するステップと
   （ｅ）引き続き、前記誤って受信されたブロックを有する前記特定のフレームの再送の要求を送信するステップと、
   （ｆ） 前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記誤って受信されたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせるステップと、
   を有する方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記複数のデコードされたフレームを生成するために特定の復調形式に従って前記エンコードされた信号を復調するステップを更に有する方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、前記復調形式はＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格によって特定される方法。
11. 請求項８に記載の方法であって、エンコードされた信号はリードソロモンブロックコーダを使用することを含む方法。
12. 請求項８に記載の方法であって、前記誤って受信されたペイロードブロックを回復するためにエラー訂正を実行するステップを更に有する方法。
13. 請求項８に記載の方法であって、前記エラー訂正が失敗した場合に前記ステップ（ｄ）〜（ｆ）を実行する方法。
14. 請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｅ）は、
    前記引き続きの送信からの前記失われたペイロードに対応する前記ペイロードブロックが正常に受信されたかどうか決定するステップと、
    受信されたならば前記ステップ（ｆ）を実行するステップと、
    受信されていないならば、前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送を再び要求するステップと、
    を更に有する方法。
15. パケットのシーケンスがソースノードから宛て先ノードに送信されるパケットスイッチネットワークにおいて失われたペイロードブロックの回復を可能にする装置であって、前記シーケンス中の各パケットは複数のペイロードブロックを含み、該装置は、
    メモリと、
    プロセッサと、
    前記メモリに記憶され且つ前記プロセッサによって実行される機械語命令の組と、
    を有し、前記プロセッサは、
    前記送信の間に特定のパケット中の前記複数のペイロードブロックのうちの少なくとも１つが失われたかどうか決定するステップと、
    前記特定のパケット中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶するステップと、
    引き続き、前記失われたペイロードブロックを含む前記特定のパケットの再送の要求を前記ソースノードに送信するステップと、
    前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記失われたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせるステップと、
    を実行する装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、ワイヤレスネットワークの遠距離通信受信器に含まれている装置。
17. パケットスイッチネットワークにおいて失われたペイロードブロックの回復を可能にするシステムであって、
    変調された信号を受信して復調し、復調されたパケットのシーケンスを生成する復調器であって、前記シーケンスの各パケットは所定の数のペイロードブロックを有する復調器と、
    前記復調されたパケットを複数のデコードされたフレームにデコ―ドするための、前記復調器に動作的に結合されたデコーダと、
    前記デコーダに結合されたプロセッサであって、特定のデコードされたフレーム中の複数の誤って受信されたペイロードブロックを識別するために、前記複数のデコードされたフレームを受信してチェックするプロセッサと、
    特定のフレーム中の正常に受信された他のペイロードブロックを後の取得のために記憶媒体に記憶する記憶手段と、
    引き続き、前記誤って受信されたブロックを有する前記特定のフレームの再送の要求を送信する手段と、
    前記記憶されたペイロードブロックを前記引き続きの送信により取得された前記誤って受信されたペイロードブロックとシーケンシャルに組み合わせる手段と、
    を有するシステム。
18. 請求項１７に記載のシステムであって、前記誤って受信されたペイロードブロックを回復するためにエラー訂正を実行するエラー訂正手段を更に有するシステム。
19. 請求項１７に記載のシステムであって、前記復調形式はＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格によって特定されるシステム。

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