JP2005328544A - 自動再送要求を伴うパケット化情報の受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動再送要求を伴うパケット化情報の受信方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、新しい入力シーケンスに関係する形式メッセージを受信し、その形式メッセージと一致する判定基準を最良に満たす索引を求めて形式索引の候補セットを探索し、最良の一致をもたらす索引を選択することを含む。探索の前に、受信側は、最近の入力シーケンスの復号、または復号の試みに応答して送出された肯定応答信号を読み取る。肯定応答信号が適切な状態を満たす場合、探索は、候補セットの索引全てよりも少ない索引に制限される。選択された索引に対応する形式情報は、新しい入力シーケンスの復号に使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、パケット化通信システムに関し、より詳細には、Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱプロトコルを使用する無線ＣＤＭＡシステムの逆方向リンクでの通信に関する。

ディジタル通信システムのデータ処理能力は、雑音、妨害、および少なくとも無線コンテキストではフェージングと呼ばれる物理的チャネル効果によって制限されると長い間認識されてきた。こうした影響に対処するには、データを符号化した形で送信して、符号の冗長情報により一部の情報が破壊されても複合化が可能であるようにすることが一般的な方法である。こうした符号の一部は、受信側がＣｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ（ＣＲＣ）と呼ばれる演算を使用して検出され複合化されたデータ・シーケンスを検査することができるように設計されている。ＣＲＣが正常に行われた場合、データ・シーケンスが正常に受信されたと考えられる。

パケット化された通信のコンテキストには周知の手順があり、その手順に従って受信側は破壊されたパケットの再送を要求する。こうした手順の少なくとも一部では、元・パケットと再送されたパケットの両方からの情報が復号に使用される。

無線ＣＤＭＡ通信のコンテキストでは、破壊されたパケットの再送を要求するプロトコルの特定のクラスは、Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）またはＨＡＲＱと呼ばれる。ＨＡＲＱの周知の技法によれば、受信側は、典型的にはＣＲＣを実装することによって、受信したデータ・シーケンスの正常な復号を検査する。受信側は、正常に復号された場合はＡＣＫと呼ばれる肯定応答信号を送信側に送信する。追加または代替として、受信側は、複合化に失敗した場合はＮＡＣＫと呼ばれる否定応答信号を送信する。ＮＡＣＫまたは指定時にＡＣＫが無いことにより、送信側に破壊されたパケットの再送が促がされる。

多様な代替プロトコルがＨＡＲＱ技法の広範な範疇に含まれる。こうしたプロトコルの１つはＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ（ＩＲ）である。ＩＲプロトコルによれば、伝送すべきビットの各パケット化されたシーケンスは「サブパケット」と呼ばれる。第１のサブパケットがＣＲＣ検査で失敗であった場合、受信側は再送を要求する。再送されたサブパケットは、第１のサブパケットと同じメッセージ情報を含む他に、復号化の助けをするさらに多数の冗長ビットも含む新しいサブパケットである。通常、前のサブパケットよりもさらに多くの冗長ビットを含む少なくとも１つのさらなるサブパケットが再送に使用可能である。

ＩＲプロトコルを上記のＣＤＭＡシステム、たとえばＣＤＭＡ２０００ＲｅｖＤ標準規格の少なくとも１つの逆方向リンクで実装する場合、各サブパケットに、そのサブパケットの形式を識別する制御信号が先行し、または付随する。形式情報は索引の形で通信され、正確に受信された場合は、複数の使用可能な形式からの特定の選択が識別される。受信側には形式の知識から、とりわけ受信すべき特定のサブパケットで予期される冗長性のレベルが分かる。

理解されるように、サブパケットを正確に復号するには、受信側が形式索引（ｆｏｒｍａｔ ｉｎｄｅｘ）を正確に受信することが重要である。少なくともＣＤＭＡ分野における課題の１つは、こうした制御情報の受信の信頼性を高めることである。具体的には、システム容量を低下させて追加のパワーを制御メッセージに割り当てずに、こうした信頼性を高めることが有利である。

所与のサブパケットの冗長レベルは、ＳＰＩＤと呼ばれる索引によって識別される。ＳＰＩＤは、伝送されたサブパケットに先行し、または付随する形式索引から容易に推論される。最小の冗長性を有するサブパケットは、ＳＰＩＤが０であり、次に高い冗長性を有するサブパケットはＳＰＩＤが１であり、以下同様である。通常、それぞれＳＰＩＤ値０、１、および２を有する３つの冗長レベルがある。

形式索引の確実な受信には以下の事柄が重要な実際的意義を有することが分かった。すなわち、ＡＣＫ（またはＮＡＣＫ）メッセージの最近の活動記録により、受信すべき次のＳＰＩＤの可能な値が制限される。すなわち、たとえば受信側が最後のサブパケットがＡＣＫを有することを確認した場合、肯定応答メッセージが送信側によって正確に確認されたと仮定すれば、次のＳＰＩＤの値は０またはＮＵＬＬでなければならない。（ＮＵＬＬは情報が伝送されなかったことを示す。）一方、最後の２つの肯定応答メッセージが順にＡＣＫ−ＮＡＣＫであった場合、次のＳＰＩＤは０、１、またはＮＵＬＬでなければならない。最後の３つの肯定応答メッセージが順にＡＣＫ−ＮＡＣＫ−ＮＡＣＫであった場合、次のＳＰＩＤは０、１、２、またはＮＵＬＬでなければならない。

上記で述べた事柄の実際的意義は、受信した形式索引を周知の候補索引の１つと一致させることを試みる受信側で、最近の肯定応答活動記録を使用して、考慮する必要がある候補の数を制限することができることである。その結果、形式索引の受信の信頼性を高めることができる。

したがって、本発明は、一実装形態では受信したメッセージ情報のサブパケットを処理する方法であって、サブパケットは複数の可能な形式の１つを有し、受信側がそのサブパケットを正常に復号するためには、形式のうちの正しいものが受信側に知らされなければならない。この方法は、メッセージ情報の他に形式索引を受信し、受信した形式索引を複数の周知の形式索引からの１つと一致させることを含む。この一致の工程は、候補索引の探索セット中で最良に一致するものを探索することによって行われる。この方法は、サブパケットの最後の正常な復号化以来の正常に復号化されなかった予期されたサブパケットをカウントし、得られたカウントを使用して探索セットに含まれた候補索引の数を制限することをさらに含む。サブパケットは、所与のタイムスロットに予定されている場合に「予期される」。復号の試みは、とりわけ破壊されたサブパケットが受信され、またはサブパケットが実際に伝送されなかった場合に、正常に行われない。

この方法は、受信したメッセージ情報のサブパケットの復号をさらに含む。復号は、復号すべきサブパケットの形式が一致工程の結果によって示されるという仮定の下に行われる。
本発明の特定の実装形態では、サブパケットはデータ・チャネル上でＣＤＭＡシステムの基地局によって受信され、形式索引はデータ・チャネルとは異なる制御チャネル上で受信される。

本発明の原理は一般にネットワークのパケット化通信に適用され、その場合、パケットなどが伝送の繰返しを求める要求を受けることができ、元・パケットの伝送の繰返しはその元・パケットに存在しない冗長ビットを含むことができる。こうしたネットワークは、光、有線、または無線ネットワークでもよいが、これらに限定されない。

図で示すため、移動局から基地局へのデータ・パケットの逆方向リンクまたは「アップリンク」伝送のコンテキストで、無線ＣＤＭＡネットワークにおける本発明の一実装形態を後文で説明する。以下に記載する多様なプロトコルは、標準ＣＤＭＡ２０００ＲｅｖＤに関連するものである。そこで使用される名称集と一致し、様々な数の冗長ビットと共に再送されることを条件とするパケット化されたデータ・シーケンス、またはこうした再送の結果得られたパケット化されたデータ・シーケンスを指す用語「サブパケット」を使用する。

図１を参照すると、ＣＤＭＡ２０００基地局で使用される一受信側には、制御チャネル検出段階１０およびデータ・チャネル検出段階２０が含まれる。制御情報は、制御チャネル上の逆方向リンク上で送信される。この制御チャネルは通常、ユーザ情報が送信されるデータ・チャネルとは異なるものである。制御情報には、対応するサブパケットまたは「フレーム」用の複数の可能な形式の１つに索引を付けるビットのシーケンス、たとえばＣＤＭＡ２０００の６つのビットが含まれる。こうした索引を「形式索引」呼ぶ。形式索引を、図１の参照番号３０、および「受信されたフレーム索引情報」のラベルを付けた関連ボックスで示す。可能なフレーム索引の例示のセットを以下に記載する。

形式索引は、破壊された形で基地局から到着することがある。到着時の形式索引すなわちデータの回復またはエラー修正の前のものを、本明細書で「測定された索引信号」と呼ぶ。検出段階１０の役割は、測定された索引信号を複数の候補形式索引から選択した１つと一致させることである。これは、たとえば事後最尤検出によって行われる。すなわち、値Ｐｒ（ｘ｜ｙ）を最大にする候補索引ｘを見つける。ただしｙは測定された索引信号であり、上記の数式は、「ｙが与えられたｘの確率」と読む。検出段階１０で選択された索引を、図１の参照番号４０、および「選択された形式索引」のラベルを付けたボックスで示す。

理解されるように、ユーザのデータが基地局で確実に復号化されるには、選択されたフレーム索引が移動局によって送信されるものと確実に一致しなければならない。確実性を高めるため、フレーム索引情報も再送要求を受けるようにすることができる。しかしそのために複雑性が増し、それによって基地局での受信側のコストも上がる。確実性を高める他の方法は、フレーム索引情報の伝送パワーを増大することである。しかし通常、制御チャネルのパワーの増加は、データ・チャネルのパワーを低下させて行われるため、データ・チャネル上の処理能力を下げる傾向がある。本発明の一利点は、フレーム索引情報を再送する必要がなく、またデータ・チャネルと制御チャネルの間で伝送パワーを再分配せずに、フレーム索引情報をより信頼性のあるものにすることである。

再び図１に移ると、選択された索引４０が検出段階２０への入力として提供されていることが分かるであろう。また、検出段階２０への入力は、現在のサブパケット５０であり、このサブパケット５０はデータ・チャネルで受信される。検出段階２０の役割は、サブパケット５０からの復号されたデータ６０を回復することである。サブパケット５０を復号するための適したアルゴリズムを適用するには、検出段階２０では、冗長度、並びにＣＤＭＡ２０００ではデータ伝送速度およびパワー・ブーストの有無を含む、サブパケットの形式を知る必要がある。こうした形式情報は全て選択された索引４０によって伝送される。

検出段階２０で実装される機能の１つは、ＣＲＣ検査である。ＣＲＣ検査は、回復されたデータにエラーがあるかどうかを検出するために復号されたサブパケットに対して行われる。ＣＲＣ検査が正常に行われた場合、すなわちエラーが検出されなかった場合、検出段階２０で、幾つかのバージョンでＡＣＫメッセージが送出される。ＡＣＫメッセージは伝送する移動局に送信されて、そのサブパケットが正常に受信されたことを示す。ＣＲＣ検査が正常に行われなかった場合、すなわちエラーが検出された場合、検出段階２０で、幾つかのバージョンでＮＡＣＫメッセージが送出される。ＮＡＣＫメッセージは、最後に伝送されたサブパケットが正常に受信されなかったことを伝送基地局に示す。受信側の幾つかのバージョンで、１つだけの肯定応答信号７０、すなわちＡＣＫまたはＮＡＣＫが送信される。第１の例では、所与のフレームにＡＣＫがないことからＮＡＣＫが推論される。別の例では、所与のフレームにＮＡＣＫがないことからＡＣＫが推論される。

上記に記載のＨＡＲＱ−ＩＲプロトコルによれば、移動局は、再送されたサブパケットで実際のまたは推論されたＮＡＣＫに応答することができる。移動局は、サブパケットを指定数になるまで再送する。ＣＤＭＡ２０００では、この数は２である。つまり、データの所与のブロックは多くても３つのサブパケット、すなわち元と２つの再送されたサブパケットになる。さらなるＮＡＣＫ信号の場合は、サブパケットは回復不能であると考えられる。

再送されたサブパケットが受信された場合、検出段階２０で前のサブパケットが見られ、元・サブパケットからの情報および任意の介在するサブパケットからの情報が現在のサブパケットの復号に使用される。

記載したように、サブパケットごとに複数の可能な形式があり、こうした形式はそれぞれ独自の形式索引を有する。

表１は、ＣＤＭＡ２０００で使用可能な形式をリストしたものである。表から分かるように、索引０〜２９および３２〜５８に関して合計５７の形式がある。索引３０、３１、および５９〜６３は予備に取ってある。この表は３つの縦列に分割され、それぞれ異なるＳＰＩＤに対応していることが分かるであろう。ＳＰＩＤ００は、通常最小の冗長度を有する元・サブパケットを示す。ＳＰＩＤ０１は、通常中間レベルの冗長を有する第１の再送されたサブパケットを示す。ＳＰＩＤ０２は、通常、最高レベルの冗長を有する第２の再送されたサブパケットを示す。

表の各縦列内には、パワー・ブーストがない１０の形式、およびパワー・ブーストがある９の形式がある。こうした形式はそれぞれ、１９．２ｋｂｐｓから１．３Ｍｂｐｓまでのデータ伝送速度を特徴とする。データ伝送速度は、ＳＤＵサイズと呼ばれるパラメータで示される。

データ伝送速度の指定を含むＳＰＩＤ情報は、それぞれ時間整合された制御チャネルおよびデータ・チャネルサブパケットと一緒に伝送される。
これに関して、伝送された形式情報は通常、形式索引用の５つのビット、ブースト・インディケータ用の１つのビット、および現在のデータ率が移動局に受け入れ可能であるかどうかを示すＭＳＩＢと呼ばれる７番目のビットを含むことを留意されたい。ＭＳＩＢは通常、他の６つのビットをフリッピングする（またはフリッピングしない）ことによって通信される。こうしたビットのフリッピングはあいまいさを生じさせない。なぜなら、あいまいさの可能性が全て解決される十分大きいブロック符号のコンテキストでフリッピングが行われるからである。

（表１の各縦列の一番下に「ＮＵＬＬ」と表示された）帰無仮説は、こうした上記の記載の他の、さらなる候補制御チャネル・メッセージであることも留意されたい。帰無仮説の下では、移動局は制御（またはデータ）チャネル上でどの情報も伝送しない。

従来、図１の受信側の検出段階１０では、５７の索引全てを探索して、測定された索引信号に最良に一致するものを見つける。しかし、最近の肯定応答信号を考慮に入れると、幾つかの索引を候補索引から排除し、それによって探索の範囲を狭めることができる。この方法で探索の範囲を狭くすることによって、測定された索引信号からの正確な形式索引を回復する際のエラーの可能性が低減される。

たとえば、肯定応答（ＡＣＫ）信号だけを送出し、否定応答（ＮＡＣＫ）を推論されるままにしておく受信側を考慮されたい。最後のサブパケット、すなわち現在のサブパケットのすぐ前のサブパケットが確認された場合は、現在のサブパケット（存在する場合）がデータの新しいブロックの元の伝送であると仮定される。その場合、受信側は、「ＳＰＩＤ００」というヘッドが付けられた表１の縦列だけを探索すればよい。この探索には、候補の１つとしてＮＵＬＬが含まれる。

最後の２つのサブパケットが確認された場合、または確認されなかった場合、その順で現在のサブパケット（存在する場合）は元の伝送または第１の再送であろう。具体的には、最後のタイムスロットでサブパケットが伝送されなかった場合、それは元の伝送であろう。いずれにせよ、最後のＡＣＫ以来、否定応答が１つだけ発生した場合、現在のパケットが第２の再送である可能性は排除される。したがって、受信側は、ヘッド「ＳＰＩＤ００」が付けられた表１の縦列、およびヘッド「ＳＰＩＤ０１」が付けられた縦列だけを探索すればよい。

最後の２つのサブパケットがどちらも確認されなかった場合は、現在のサブパケット（存在する場合）は元の伝送、第１の再送、または第２の再送であろう。その場合、受信側は、表１の３つの縦列全てを探索する必要がある。

図１に移ると、参照番号８０で示したように、前の２つのサブパケットからの肯定応答ビットは検出段階１０への入力データとして提供されることが分かるであろう。

次に図２を参照して、検出段階１０での検出プロセスをより詳細に説明する。ブロック９０で分かるように、検出器は測定された索引信号を読み取り、現在のサブパケットのすぐ前の２つのサブパケットに応答して検出段階２０で送出された肯定応答情報も読み取る。判断ブロック１００で、時間的に最も近い前のサブパケットが確認された場合、制御は探索ブロック１３０を対象とする。この場合、ブロック１３０で示したように、探索は、ＳＰＩＤが００のこうした形式に制限される。ブロック１２０で示したように、この探索は、測定された索引信号を入力データとして使用する。

判断ブロック１００に戻ると、時間的に最も近い前のサブパケットが確認されなかった場合、制御は、さらなる判断ブロック１１０を対象とする。前のサブパケットに時間的に２番目に近いサブパケット（すなわち２つの前のサブパケットの以前の方）が確認されると、制御は探索ブロック１４０を対象とし、探索は、ＳＰＩＤが００または０１であるこれらの形式に制限される。時間的に次に近い前のサブパケットが確認されなかった場合、制御は探索ブロック１５０を対象とし、探索は形式全てにわたって行われる。測定された索引信号１２０は、探索ブロック１４０および１５０によって入力データとして取られる。

図２のプロセスは、３、４、またはそれ以上の再送が許可された場合にも容易に拡張される。たとえば、図２の流れ図は、それぞれ許可されたさらなる再送のための追加の判断ブロックおよび追加の探索ブロックを加えることによって容易に修正される。

通常、許可された再送の最大数がＮ_ＭＡＸの場合、探索セットをＮ_ＭＡＸ＋１のサブセットに区分することができる。このサブセットは、それぞれ元の伝送（Ｎ＝０）用の形式索引およびＮ番目の再送用の形式索引を含む。ただしＮ＝１、Ｋ、Ｎ_ＭＡＸである。一致する形式索引を求める各探索を、こうしたサブセットに制限することができる。それについて、Ｎは多くても最後の正常な復号以来の失敗した復号の試みの数である。

上記で提供した例では、基地局はＡＣＫ信号だけを送出し、ＮＡＣＫは推論されるままになされているが、明らかなように、逆にＮＡＣＫ信号が送出されＡＣＫが推論される場合にも同様の原理が適用される。

図２のプロセスは、シーケンス検出が提供されるように容易に拡張される。シーケンス検出では、最後の１つ、２つ、またはそれ以上の制御メッセージが制御メッセージのシーケンスとして現在のメッセージと共に推定される。これによって、最尤推定を行うべきより長いデータ・シーケンスの利点が得られる。

たとえば最後のメッセージおよび現在のメッセージからなる深さ２のシーケンスを考慮されたい。最後の制御メッセージのすぐ前に正常な復号の試みがなされた場合、最後のメッセージ用の探索空間は、表１の第１の縦列に制限され、現在のメッセージ用の探索空間は、単に最初の２つの縦列に制限される。実際、現在のメッセージ用の探索空間は、さらに厳密に限定される。なぜなら、再送は、（データ伝送速度を示す）同じＳＤＵサイズおよび前の伝送としてのブースト・インディケータを維持しなければならないからである。したがって、完全なシーケンスを求める探索セットは２つのセットを合併したものである。すなわち、｛第１の入力がＮＵＬＬであり、第２の入力が表１の第１の縦列からであるシーケンス｝Ｕ｛第１の入力が表の第１の縦列からであり、第２の入力が表の第２の縦列であるが第１の入力と同じ横列からであるシーケンス｝である。
当業者には理解されるように、深さ２のシーケンスに関して上記に示したシーケンス探索の原理は、任意のより深い深さのシーケンスに容易に拡張される。

例示の実施形態で本発明を実装するように構成されたＣＤＭＡ基地局受信側を示す機能ブロック図である。 たとえば図１の受信側で実装される例示の検出プロセスを示す流れ図である。

Claims (10)

1. 入力データ（５０）のシーケンスに関連する形式情報を受け入れ、各入力シーケンスの復号（２０）を試みる際に形式情報を使用し、所与のタイムスロットで予期される入力シーケンスが受信され正常に復号された場合に肯定応答信号（７０）を送出し、または予期されたシーケンスの復号に失敗した場合は否定応答信号（７０）を送出し、あるいは前記タイプの両方の応答信号を送出するように構成された受信側で実装される複号方法であって、
   現在の入力シーケンスに関連する現在の形式（３０）メッセージを受信すること、
   一致判定基準に従って前記形式メッセージに最良に一致する索引（４０）を求めて候補形式索引のセットを探索し、前記索引を選択すること、および
   前記選択された索引と一致する形式情報を使用して現在の入力シーケンスを復号することを含み、
   探索工程の前に、最近の２つ以上の予期された入力シーケンスの前記復号または復号の試みに応答して送出された肯定応答信号を読み取り、前記肯定応答信号が適切な状態を満たす場合に、探索を候補セットの索引全てよりも少ない索引に制限することを特徴とする方法。
2. 前記探索セットが、それぞれ元の伝送用の索引、およびＮ番目の再送用の索引を含むＮ_ＭＡＸ＋１のサブセットに区分され、ただしＮ_ＭＡＸ＝１、Ｋ、Ｎ_ＭＡＸであり、Ｎ＝０が元の伝送を示し、Ｎ_ＭＡＸがＮよりも大きい整数であり、
   前記現在の入力シーケンスを復号する工程が前記最後のＮ番目の受信入力シーケンスを使用して行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法が、最後の正常な復号が試みられてから生成された予期されたシーケンスを復号する試みの失敗の数をカウントすることをさらに含み、
   前記一致する形式索引の探索が、Ｎが前記失敗した試みの数よりも小さい、またはそれと同じである前記サブセットに制限される、請求項２に記載の方法。
4. 失敗した試みの数に関係なく、前記一致する形式索引の探索が、可能な結果としてＮＵＬＬを含み、ＮＵＬＬは形式索引が伝送されなかったことを示す、請求項３に記載の方法。
5. Ｎ_ＭＡＸ＝２であり、
   前記最後の入力シーケンスが正常に復号された場合、前記探索がＮＵＬＬおよび元の伝送用索引だけについて行われ、
   前記失敗した試みの数が１の場合、前記探索がＮＵＬＬ、元の伝送用索引、および第１の再送用索引だけについて行われ、
   前記失敗した試みの数が２の場合、前記探索がＮＵＬＬ、元の伝送用索引、および第１と第２の再送用索引について行われる、請求項４に記載の方法。
6. 前記探索が、事後最尤検出によって行われる、請求項１に記載の方法。
7. 前記受信側が、無線通信システムの基地局に位置する、請求項１に記載の方法。
8. 前記受信側が、前記無線システムの制御チャネルで形式情報を受信し、かつ前記受信側が前記制御チャネルとは異なる前記無線システムのデータ・チャネルで入力シーケンスを受信する、請求項７に記載の方法。
9. 前記一致する形式索引の探索が、最後の１つまたは複数の形式メッセージおよび前記現在のメッセージからなるシーケンスに一致すべき２つ以上の形式索引のシーケンスについて行われる、請求項１に記載の方法。
10. 前記一致する形式索引の探索が、再送全てが先行の伝送と同じデータ伝送速度を有し、前記先行の伝送がパワー・ブーストを有していた場合、かつその場合のみ、パワー・ブーストを有しなければならないという要求によって制限される、請求項９に記載の方法。
    

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