JP2005006320A

JP2005006320A - 無線通信ネットワーク、無線通信局、およびデータ・パケットを送信する方法

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Publication number: JP2005006320A
Application number: JP2004172462A
Authority: JP
Inventors: Iqbal Jami; ジャミイクバル; Mohammad Ather Khan; アサーカーンモハマッド; Isaac Samuel; サミュエルイサック
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-01-06
Also published as: US20040252719A1; KR20040111002A; EP1487161A1

Abstract

【課題】第１通信局および第２通信局を備えた無線通信ネットワークを提供すること。
【解決手段】第１通信局は、データ・パケットを第２通信局に送信するように動作可能である。パケットは所定長を有する。第２通信局は、データを受信し、第１通信局からどのデータ・パケットが実際に受信されたかを示すインジケータを、第１通信局に送信するように動作可能である。第２通信局はまた、受信信号特性を測定し、受信信号特性の情報を第１通信局に送信するように動作可能である。第１通信局は、前記情報に応じて、第２通信局にまだ送信されていない追加のパケットに関して異なる長さを選択するように動作可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１通信局および第２通信局を備えた無線通信ネットワークに関する。本発明はまた、データ・パケットを第１通信局から第２通信局へ無線通信ネットワークで送信する方法に関する。本発明はまた、無線通信局に関する。

移動通信ネットワークでは、無線接続特性は無線環境に依存する。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を伴うネットワークでは、無線接続特性はネットワーク負荷のレベルにも依存する。これは、電力に限りがあり、活動中のユーザに対する複数の無線接続間でそれを配分しなければならないが、周知のごとく、電力が下がると無線接続特性は低下し、別のユーザからの干渉も増大するという理由による。

セルとユーザの間の無線インターフェース性能は、周知のように、無線接続特性に依存して変動する。例えば、好ましくない無線条件では、移動音声のユーザが受信音声の歪みを感じることもあろうし、データ・アプリケーションのユーザがスループットレートの変化、時にはその劇的な低下を感じることもあろう。無線インターフェースをより強固にすることが課題となる。

ＣＤＭＡネットワークの１つとして、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ：ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ）ネットワークがある。ＵＭＴＳネットワークの背景については、例えば、
ＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔＴＲ２１．９０５

無線通信ネットワークにおいて、好ましくない無線条件下でより改善されたデータ・スループットレートを実現する技術への要求がある。

本発明による無線通信ネットワーク、方法および無線通信局は、読者が参照すべき独立請求項に定義される。好ましい特徴は従属請求項に記載される。
本発明の一例は、第１通信局および第２通信局を備えた無線通信ネットワークである。前記第１通信局は、所定長のデータ・パケットを前記第２通信局に送信するように動作可能である。前記第２通信局は、前記データを受信し、前記第１通信局からどのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータを、前記第１通信局に送信するように動作可能である。前記第２通信局はまた、受信信号特性を測定し、受信信号特性の情報を前記第１通信局に送信するように動作可能である。前記第１通信局は、前記情報に応じて、前記第２通信局にまだ送信していない追加のパケットに関して異なる（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ）長さを選択し、その追加のパケットを送信するように動作可能である。

別の実施例は、対応するデータ・パケット送信方法である。
好ましい実施形態では、データ・パケット長を変更することにより正味のデータ・スループット・レートを高める技法が提供される。データ・パケットを送信する試行の繰返しを回避するために、完全なデータ・パケットが適正に受信されなければならない。したがって、変化する無線条件に適合させるための簡単で効果的な方法が提供される。

データ・パケットは、好ましくはサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）である。ＳＤＵの長さは、無線チャネル特性の変化に応じて調節される。好ましい一実施例では、ＳＤＵの長さが調節可能なＲＬＣＳＤＵ長であるＵＭＴＳネットワークで、肯定応答モードの無線リンク制御（ＡｃｋｎｏｅｌｅｄｇｅｄＭｏｄｅ−ＲａｄｉｏＬｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌ：ＡＭ−ＲＬＣ）送信が行われる。

本発明はまた、無線通信ネットワークで第１通信局から第２通信局にデータ・パケットを送信する方法を提供する。一例の方法では、パケットは所定長を有する。前記第２通信局は、データを受信し、前記第１通信局からどのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータを、前記第１通信局に送信する。前記第２通信局は、受信信号特性を測定し、受信信号特性の情報を前記第１通信局に送信する。前記第１通信局は、前記情報に応じて、前記第２通信局にまだ送信していない追加のパケットに関して異なる長さを選択する。

本発明はまた、所定長を有するデータ・パケットを送信するように動作可能な無線通信局を提供する。１つの例は、どのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータ、および受信信号特性に関する情報を受信するように動作可能でもある通信局である。該通信局は、前記情報に応じて、まだ送信されていない追加のパケットに関して異なる長さを選択し、そのパケットを送信するように動作可能である。
以下、本発明の好適な実施形態を例示の目的で図面を参照して説明する。

本発明により、劣悪な無線条件下でより良いデータ・スループットレートを得ることのできる無線通信ネットワークが実現される。

好適なネットワークは、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）の地上波接続ネットワーク（ＵＴＲＡＮ）であり、これは、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）の移動通信用ネットワークである。ＵＴＲＡＮネットワークを図１に簡単に示す。簡単にするために、無線ネットワーク・コントローラが１つ、ＵＴＲＡＮネットワーク２の基地局が２つのみ図示されている。図示のように、ＵＴＲＡＮネットワーク２は基地局４を含んでいる。各基地局（ＵＭＴＳ術語ではノードＢ（ＮｏｄｅＢ））４は典型的には、３個のセル６（すなわち、無線受信可能範囲であり、セクターとしても知られている）を有しており、基地局４は典型的には、互いに方位角１２０度で角度付けされた３つの指向性アンテナ（図示せず）を有している。無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８は、それ自体が通信「世界」（図示せず）におけるそれ以外の部分と接続されており、複数の無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８のそれぞれは、いくつかの基地局４を制御し、したがって複数のセル６を制御することになる。基地局４は、ＩｕＢインターフェースとして知られている各インターフェース１０を介して、その無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８に接続されている。使用時は、移動ユーザ端末１２（ＵＭＴＳ術語では、しばしばユーザ機器（ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ：ＵＥ）と称す）は、少なくとも１つの基地局４の少なくとも１つのセル６を介して、活動中の無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８と通信している（すなわち、ＵＴＲＡＮネットワーク２と通信している）。

移動ユーザ端末１２とＲＮＣ８間の通信は、図２に示すように一連の階層化されたプロトコル１４（しばしばプロトコル・スタックと称す）を用いて行われる。物理層１６は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ：ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）層１８から送信のためのデータを受け取る。物理層１６は、ＭＡＣ層１８に様々なトランスポート・チャネルを提供する。様々な種類のトランスポート・チャネルが、物理層１６上で特性データがどのように送られるかによって決定される。ＭＡＣ層１８は、無線リンク制御（ＲＬＣ：ＲａｄｉｏＬｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌ）層２０に対して様々な論理チャネルを提供する。ここで、１つの論理チャネルが、その論理チャネルを特徴付ける特定の種類の情報に対して専用の情報ストリームとなっている。ＲＬＣ層２０は高位層２２から送信に関するデータを受け取る。ＲＬＣ層２０は、ユーザ・データを取り扱うプロセス群（ユーザ面（Ｕｓｅｒｐｌａｎｅ）として知られている）と、制御信号伝達を取り扱うプロセス群（コントロール面（Ｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎｅ）として知られている）とから構成されている。ＲＬＣ層２０は、肯定応答モード（ＡＭ：ＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄＭｏｄｅ）データ送信サービス、すなわち受信の肯定応答を受け取るまでデータ・パケットが再送信されるサービスを提供できる。

図３に示し、より詳細には図５に示すように、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル層２０の送信側２４は、肯定応答モード（ＡＭ）で動作する。ＲＬＣ層２０は、上位のプロトコル層から肯定応答・モード・サービス・アクセス・ポイント（ＡＭ−ＳＡＰ：ＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄＭｏｄｅ−ＳｅｒｖｉｃｅＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ、図示せず）を介してサービス：データ・ユニット（ＳＤＵ：ＳｅｒｖｉｃｅＤａｔａＵｎｉｔ。ＲＬＣＳＤＵとしても知られている）を受け取る（工程２６）。ＳＤＵは、ＲＬＣ層２０の送信側２４によって、肯定応答・モード・データの、一定長を有する複数のプロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ：ＰｒｏｔｏｃｏｌＤａｔａＵｎｉｔ）にセグメント分割される（工程２８）。１つのＳＤＵのサイズが適用可能なＰＤＵの長さより大きい場合に、そのＳＤＵはセグメント分割される。ＰＤＵのサイズは、上位のプロトコル層、例えば高位層２２によって設定され、通常は固定されている。ＰＤＵは、送信のためにＭＡＣ層１８に送られる（工程３０）。所定の時間が経過した、または何度も再送信が試行されたもののＳＤＵを構成するＰＤＵ群の１つまたは複数のＰＤＵの送信が不成功であった場合、送信側２４のＳＤＵ廃棄機能（図示せず）を用いて送信バッファ（図示せず）からＳＤＵを除去する。その廃棄の結果、ＳＤＵの完全な再送信を目的とした新たな試行が高位層２２によって開始される。

受信側３２では、図４に示し、より詳細には図５に示すように、肯定応答モード（ＡＭ）のＲＬＣ層２０は、下位プロトコル層１８から進入ＰＤＵを受け取る（工程３４）。完全なサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）を受け取るまで、それらのプロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）は受信バッファ（図示せず）で蓄積され（工程３６）、受取りに成功したＳＤＵは高位層２２に供給される（工程４０）。受信機は無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８および移動ユーザ端末１２のうちのいずれか一方であり、１つまたは複数の状態リポート（ＳＴＡＴＵＳＰＤＵとして知られている）を送信機（すなわち、ＲＮＣ８および移動ユーザ端末１２のうちの他方）の対応するＲＬＣ層に送ることによって、受信の成功について肯定応答をし、または消失ＰＤＵの再送信を要求する。このようにして、状態リポートは送信機に送られ、ＰＤＵが正確に受け取られたか否かを通知する。この通知に基づいて、送信機（移動ユーザ端末１２またはＲＮＣ８）は、ＰＤＵが正確に受信されたか場合にその再送信バッファからＰＤＵを除去し、正確に受信されていなければそのＰＤＵを再送信する。
これらの通知および選択的再送信処理は、言うまでもなく、移動ユーザ端末１２およびＲＮＣ８の両方で行われる。

無線リンク制御（ＲＬＣ）層２０が肯定応答モード（ＡＭ）で上記のように動作する状態では、エア・インターフェースを介する正味のデータ・スループットレートは無線条件に依存する。移動ユーザ端末１２が劣悪な無線環境に直面する状況を考えてみる。再送信の確率は高く、プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）、したがってサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）を廃棄する確率は通常の無線条件の場合よりも高い。ＳＤＵが廃棄される確率が高い状態では、ＲＬＣサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）のサイズが正味のデータ・スループットレートに対して決定的な要因となると本発明者らは考えた。劣悪な無線条件では、ＳＤＵサイズが小さいとＳＤＵが不正確に受信されて廃棄される可能性が低くなり、したがって特にＡＭＲＬＣ送信を用いる場合にエア・インターフェースを介するデータ・スループットが高まると本発明者らは考えた。

したがって、物理チャネルまたはトランスポート・チャネルのビット誤り率（ＢＥＲ）、および／またはトランスポート・チャネルのブロック誤り率（ＢＬＥＲ）などの無線特性測定値が、ＳＤＵサイズを調節する（図５の参照符号４６）フィードバックとして与えられる（図５の４４で示される）。

無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）８で用いられるＳＤＵサイズは、移動ユーザ端末１２で作成されてＲＮＣ８に送られる、ダウンリンク方向の（すなわち移動ユーザ端末への）無線接続特性のＢＥＲおよび／またはＢＬＥＲ測定値に基づいて変更される。移動ユーザ端末（ＵＥ）１２で用いられるＳＤＵサイズは、ＲＮＣ８に代わって基地局（ノードＢ）４により作成されて制御チャネルを介してＵＥ１２に送られる、アップリンク方向の（すなわち移動ユーザ端末からの）無線接続特性のＢＥＲおよび／またはＢＬＥＲ測定値に基づいて変更される。物理層１６は、物理チャネルまたはトランスポート・チャネル上でＢＥＲ測定を実行する。ＢＬＥＲ測定は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル層１８によりトランスポート・チャネル上で実行される。

これらの測定値は、（移動ユーザ端末１２またはＲＮＣ８にある）受信側３２で頻繁に取得され、情報が（移動ユーザ端末１２およびＲＮＣ８のうち他方にある）対応する送信側に頻繁に送り返されるので、必要に応じて、ＳＤＵサイズを迅速に、すなわち動的に調整することが可能になる。

ＳＤＵサイズの設定（工程４６）は、パケット・データ・コンバージェンス・プロトコル（ＰＤＣＰ：ＰａｃｋｅｔＤａｔａＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）などの中間プロトコル層（図示せず）、または高位層２２のいずれかで実行される。

図６には、信号特性測定結果に対して、本発明が提案する閾値によりＳＤＵサイズを変更する様子を概略的に示す。ビット誤り率（ＢＥＲ）が第１閾値５０より高い場合に、ＳＤＵサイズはその最大であるＳｉｚｅ０からＳｉｚｅ１に縮小される。同様に、ＢＥＲが第２閾値５２より大きい場合にＳｉｚｅ１からＳｉｚｅ２に縮小され、以下も同様である。例えば、高位層２２のようなインターネット・プロトコルの場合、ＳＤＵサイズは、下記の表１に示すＢＥＲ測定結果に応じて選択される。

いくつかの実施形態では、閾値は、正味のスループットレートゲインを最大に高めるために要する遅延などの因子を考慮して設定される。

実施例
さらに図７は、本発明で提案する方式を示す。例えば、高位層から受け取ったデータ・パケット（すなわちＲＬＣＳＤＵ）５６は、サイズが５００バイトであり、各データ・パケットはセグメント分割されて、エア・インターフェースを介して容易に送信されるのに十分小さい一連のＰＤＵとなる。例えば、５００バイトのＳＤＵが、典型的には、それぞれが３２０ビットである、１３個のＰＤＵに分割される（１バイトは８ビットであり、１３個のＰＤＵの最後はパッディングの１６０ビットを含む）。Ｔは、図７に示すようにチャネルを介して１つのＳＤＵに対応する各ＰＤＵの送信が行われる持続時間である。

チャネル条件が十分に良好であれば、（その構成ＰＤＵすべて、したがって）１番目の５００バイトＳＤＵ５６はエア・インターフェースを介して適正に送信される。しかし、受信端での受信信号特性の測定により、チャネル条件が劣化中であることが判ると、高位層２２がＲＬＣ層２０を制御することにより、サービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）サイズを縮小する処置がなされる。図７に示した例では、５００バイトのパケット５６’が、セグメント分割されて、それぞれ１００バイトのＳＤＵ５８が５個できる。図７に示すように、２番目の１００バイトＳＤＵ６０および５番目の１００バイトＳＤＵ６２は当初正確に受信されないが、それは、所定のタイムアウト期間分のＰＤＵ再送信試行を行った（タイマＳＤＵ廃棄（ｔｉｍｅｒＳＤＵｄｉｓｃａｒｄ）として知られている）後でも、またはＰＤＵを良好に送信する試行を最大回数だけ行った（最大回数再送信廃棄（ｍａｘ−ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｉｓｃａｒｄ）として知られている）後でも、それらの対応する構成ＰＤＵのうち１つまたは複数はなおもエラー状態で受信されるためである。したがって、２番目の１００バイトＳＤＵ６０および５番目の１００バイトＳＤＵ６２は廃棄される。次に行った上記２つの１００バイトＳＤＵ６０、６２を送信する試行においてそれらが正確に受信されたと仮定すると、１０００バイトのデータを受信端の高位層に正確に伝達するために、合計で少なくとも１２００バイトのデータをエア・インターフェースを介して送信することが必要となる。言うまでもなく、実際上はさらに多少のＰＤＵ送信をすることもあり得る。

対照的に、仮に、ＳＤＵサイズを変更しない従来技術の処置が、２番目の５００ビットＳＤＵ５６’の送信中にとられた場合に、チャネル条件が悪化すると、ＳＤＵ５６’は正確に受信されず、したがって受信端で廃棄されたと考えられる。その結果、２番目の５００バイトＳＤＵ５６’全体を再送信することが必要となる。１回目の再送信でＳＤＵ５６’が正確に受信されたと仮定すると、１０００バイトのデータを受信端に対して高位層に正確に伝達するために、合計で少なくとも１５００バイトのデータをエア・インターフェースを介して送信することが必要となる。言うまでもなく、実際上はさらに多少のＰＤＵ送信をすることもあり得る。

したがって、上記の比較例から、劣悪なチャネル条件でより小サイズのデータ・ユニットを用いることにより、情報を伝えるための再送信データを少なくして、その結果、正味のデータ・スループットレートが向上することが可能になることが理解できる。言うまでもないが、正味のデータ・スループットレートは、サービスの品質（ＱｏＳ：ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）、すなわちネットワークの総合的性能を評価する主なパラメータの１つである。

上述した好適な実施形態は、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）ネットワークに関するものである。他の実施形態は、別の種類のＣＤＭＡまたはＷ−ＣＤＭＡネットワークに関する。

ＵＭＴＳネットワークおよび移動ユーザ端末を示す図である。それぞれに用いるプロトコル・スタックを示す図である。ＲＬＣ送信動作の概略図である。ＲＬＣ受信動作の概略図である。ＲＬＣ動作を詳細に示す図である。ＳＤＵサイズを様々な信号特性閾値で調節する方式を示す図である。上記方式を例示する図である。

Claims

第１通信局および第２通信局を備えた無線通信ネットワークであって、
前記第１通信局は、所定長のデータ・パケットを前記第２通信局に送信するように動作可能であり、
前記第２通信局は、前記データを受信し、前記第１通信局からどのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータを、前記第１通信局に送信するように動作可能であり、
前記第２通信局はまた、受信信号特性を測定し、受信信号特性の情報を前記第１通信局に送信するように動作可能であり、
前記第１通信局は、前記情報に応じて、前記第２通信局に送信すべき追加パケットに関して異なる長さを選択し、前記追加パケットを送信するように動作可能である、
無線通信ネットワーク。
前記第１通信局は、正確に受信されなかったと示されたデータ・パケットを再送信するように動作可能である、請求項１に記載の無線遠隔通信ネットワーク。
前記信号特性は定期的に測定され、所定の信号特性閾値に達していると前記第１通信局が判定した場合、異なるパケット長が選択される、請求項１または２に記載の無線遠隔通信ネットワーク。
信号特性が所定の水準を超えて劣化したと判定された場合、パケット長が短くされる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信ネットワーク。
前記第１通信局が、基地局および移動ユーザ端末のうちの一方であり、前記第２通信局が、前記基地局および前記移動ユーザ端末のうちの他方である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信ネットワーク。
前記受信信号特性は、ビット誤り率（ＢＥＲ）またはブロック誤り率（ＢＬＥＲ）として測定される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信ネットワーク。
ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）無線遠隔通信ネットワークであって、前記第１通信局は、肯定応答モード（ＡＭ）で動作する無線リンク制御（ＲＬＣ）層を含む階層プロトコル・スタックに従って動作し、前記パケットはＲＬＣサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の無線通信ネットワーク。
前記第２通信局は、追加データの複数のパケットを前記第１通信局に送信するように動作可能であり、追加データの前記複数のパケットのそれぞれは第２の所定長を有し、
前記第１通信局は、追加データを受信し、前記第２通信局から前記追加データのうちのどのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータを前記第２通信局に送信するように動作可能であり、
前記第１通信局は、受信信号特性を測定し、受信信号特性の情報を前記第２通信局に送信するように動作可能であり、
前記第２通信局は、前記情報に応じて、前記第１通信局に送信すべき追加パケットに関して、前記第２所定長とは異なる長さを選択するように動作可能である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線通信ネットワーク。
無線通信ネットワークで第１通信局から第２通信局に所定長を有するデータ・パケットを送信する方法であって、
前記第２通信局において、前記データを受信し、前記第１通信局からどのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータを、前記第２通信局から前記第１通信局に送信するステップと、
前記第２通信局において、受信信号特性を測定し、前記第２通信局から受信信号特性の情報を前記第１通信局に送信するステップと、
前記第１通信局において、前記情報に応じて、前記第２通信局に送信すべき追加パケットに関して異なる長さを選択し、前記追加パケットを送信するステップとを含む方法。
それぞれが所定長を有する複数のデータ・パケットを送信し、
どのデータ・パケットが正確に受信されたかを示すインジケータ、および受信信号特性に関する情報を受信する
ように動作可能であり、
前記情報に応じて、送信すべき追加パケットに関して異なる長さを選択し、
前記追加パケットを送信する
ように動作可能である無線通信局。