JP2005501474A - 加入者ユニットの物理層自動リピート要求の実装 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、物理層(PHY)自動リピート要求(ARQ)方式を使用することによる当該システムへの変更に関する。
【背景技術】
【0002】
シングルキャリア周波数領域等化(SC−FDE)または直交周波数分割多重(OFDM)のいずれかを用いた、提案されているブロードバンド固定無線アクセス(BFWA)通信システムは、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)アプリケーションを使用することを計画している。このアプリケーションは、高速でダウンリンクパケットデータを送信する。BFWAでは、建物または建物群が無線または有線のいずれかで接続され、単一加入者サイトとして動作する。このようなシステムのデータ需要は、単一サイトの複数のエンドユーザが大きい帯域幅を要求する場合には、極めて高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
現在提案されているシステムは、レイヤ2自動リピート要求(ARQ)システムを使用する。加入者への送信に失敗したデータブロックは、バッファされ、レイヤ2から再送される。レイヤ2で格納されるデータブロックは、通常大きく、高い信号対雑音比(SNR)で受信されるように送信され、低いブロック誤り率(BLER)で受信され、再送はまれである。さらに、レイヤ2ARQシグナリングは、通常遅く、大きいバッファおよび長い再送間隔を必要とする。
【0004】
したがって、レイヤ2ARQシステムに加えて別の方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0005】
物理自動要求リピートシステムは、送信機および受信機を備える。送信機において、物理層送信機がデータを受信し、受信したデータを特定の符号化/データ変調を有するパケットにフォーマットする。物理層送信機は、パケットを送信するn個のチャネルを含み、所与のパケットに対応する確認応答を受信していないことに応答してパケットを再送する。送信機内の適応型変調・符号化コントローラが再送統計を収集し、収集した統計を用いて特定の符号化/データ変調を調節する。受信機は、パケットを受信するための物理層nチャネル受信機を有する。受信機は、パケット伝送を組み合わせ、パケットを復号し、パケット誤りを検出するnチャネルハイブリッドARQ合成器/復号器を含む。受信機は、各パケットについて、もしそのパケットが許容可能な誤り率を有する場合に確認応答を送信する確認応答送信機を含む。受信機は、許容可能なパケットを上位層に送出する順次送出要素を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
図1aおよび1bはそれぞれダウンリンク物理ARQ10およびアップリンク物理ARQ20を示している。
【0007】
ダウンリンク物理ARQ10は、ネットワーク14に設けられた上位層ARQ送信機14aからパケットを受信する基地局12を備える。送信機14aからのパケットは、基地局12内の物理層ARQ送信機12aに加えられる。ARQ送信機12aは、前方誤り訂正符号(FEC)を用いてデータを符号化し、誤り検査シーケンス(ECS)を付加し、適応型変調・符号化(AMC)コントローラ12cによる指示に従い、例えば2位相シフトキーイング(BPSK)、4位相シフトキーイング(QPSK)またはm−直交振幅変調(すなわち16−QAMまたは64−QAM)を使用することによって、データを変調する。さらに、直交周波数分割多元接続(OFDMA)の場合、AMCコントローラ12aは、パケットデータを搬送するために使用されるサブチャネルを変化させてもよい。物理層ARQ送信機12aは、スイッチ、サーキュレータもしくはデュプレクサ12d、およびアンテナ13経由でエアインタフェース14を通じて加入者ユニット16へパケットを送信する。また、送信機12aは、必要な場合には、送信機12aに組み込まれたバッファメモリに再送のためのメッセージを一時的に格納する。
【0008】
加入者ユニット16のアンテナ15がパケットを受信する。パケットはスイッチ、サーキュレータもしくはデュプレクサ16bを通じて物理層ARQ受信機16aに入力される。受信機16aにおいて、パケットはFEC復号され、ECSを用いて誤りが検査される。受信機16aは、次に確認応答送信機16cを制御して、許容可能な誤り率を有するパケットの受信を確認応答(ACK)するか、または、好ましくは確認応答信号を保留するかもしくは否定応答(NAK)を送信することによって再送を要求する。
【0009】
ACKは、ACK送信機16cによって、スイッチ16bおよびアンテナ15を通じて基地局12へ送信される。ACKは、エアインタフェース14経由で基地局12のアンテナ13へ送信される。受信されたACKは、基地局内の確認応答受信機12bによって処理される。ACK受信機12bは、適応型変調・符号化(AMC)コントローラ12cおよび送信機12aにACK/NAKを送出する。AMCコントローラ12cは、受信したACKの統計を用いて加入者ユニット16へのチャネル品質を分析し、後続のメッセージの送信のFEC符号化および変調技法を変えることができる(詳細は後述)。加入者ユニット16がパケットの受信を確認応答した場合、基地局12でのこのACKの受信により、バッファメモリに一時的に格納されていたもとのパケットが、次のパケットに備えて消去される。
【0010】
ACKが受信されない場合、またはNAKが受信された場合、物理層送信機12aは、もとのメッセージ、またはもとのメッセージの選択的に変更したバージョンを加入者16へ再送する。加入者ユニット16では、その再送は、もし利用可能であればもとの送信と組み合わされる。この技法により、データ冗長性または選択的リピート合成の使用によって、正しいメッセージの受信が容易になる。許容可能な誤り率を有するパケットは、さらなる処理のために上位層16dへ転送される。許容可能な受信パケットは、データが基地局で送信機12aに提供されたのと同じデータ順序で上位層16dへ送出される(すなわち順次送出)。最大再送回数は、運用者によって定義される整数値(例えば1〜8の範囲)に制限される。最大回数の再送が試行された後、バッファメモリは次のパケットによる使用のために消去される。物理層で小さいパケットを用いて確認応答を復号することにより、伝送遅延およびメッセージ処理時間が短縮される。
【0011】
PHY ARQは物理層で行われるので、特定チャネルの再送発生回数、すなわち再送統計は、そのチャネル品質の良好な尺度となる。再送統計を用いて、AMCコントローラ12cは、図2に示すように、そのチャネルの変調および符号化方式を変えることができる。さらに、再送統計は、チャネル品質を正しく判断し、変調および符号化方式の変更が必要かどうかを判定するために、AMCコントローラ12cによって、ビット誤り率(BER)やブロック誤り率(BLER)のような他のリンク品質測定値と組み合わせることも可能である。
【0012】
SC−FDEについて説明すると、特定チャネルの再送発生回数を測定して再送統計を生成する(60)。再送統計を用いて、変調方式を変更すべきかどうかを決定する(62)。再送が過剰な場合、より強固な符号化および変調方式を、通常はデータ転送レートを低下させて、使用する(64)。AMCコントローラ12cは、拡散率を増大させ、より多くの符号を用いてパケットデータを転送してもよい。別法として、または追加的に、AMCコントローラは、データスループットの高い変調方式からより低い方式へ、例えば64−QAMから16−QAMまたはQPSKへ、切り替えてもよい。再送のレートが低い場合、より容量の大きい変調方式へ、例えばQPSKから16−QAMまたは64−QAMへの切替を行う(66)。この決定は、好ましくは、再送レートと、BERやBLERのような受信機から通知される他のリンク品質測定値との両方を使用する(62)。この決定の境界は、好ましくは、システム運用者によって設定される。
【0013】
OFDMAの場合、再送発生回数は、各サブチャネルのチャネル品質をモニタするために使用される。特定サブチャネルの再送レートまたは再送レート/リンク品質が低品質を示している場合、そのサブチャネルをOFDM周波数セットから選択的に無効化して、そのような低品質のサブチャネルを今後ある期間使わないようにしてもよい(64)。再送レートまたは再送レート/リンク品質が高品質を示している場合、前に無効化したサブチャネルを再びOFDM周波数セットに付加してもよい(66)。
【0014】
AMCの基礎として再送発生回数を使用することにより、各ユーザの平均チャネル条件に変調および符号化方式を合わせるフレキシビリティを提供する。さらに、再送レートは、加入者ユニット16からの測定誤差および報告遅延に影響されない。
【0015】
アップリンクARQ20は、ダウンリンクARQ10と本質的に同様であり、加入者ユニット26からなる。加入者ユニット26では、上位層28の上位層ARQ送信機28aからのパケットが物理層ARQ送信機26aへ転送される。メッセージは、スイッチ26d、加入者アンテナ25およびエアインタフェース24を通じて基地局アンテナへ送信される。AMCコントローラは、同様に、チャネルの再送統計を用いて変調および符号化方式を変えることができる。
【0016】
物理層ARQ受信機22aは、図1aの受信機16aと同様に、メッセージが許容可能な誤り率を有しているか、再送が必要かを判定する。確認応答送信機がステータスを加入者ユニット26に報告することにより、送信機26aは再送を行うか、あるいは上位層28から次のメッセージを受信することに備えて送信機26aに一時的に格納されていたもとのメッセージを消去する。受信に成功したパケットは、さらなる処理のためにネットワーク24へ送信される。
【0017】
簡単化のために図示していないが、システムは、好ましくは、BFWAシステムにおけるHSDPAアプリケーションのために使用される。ただし、他の実施態様を使用してもよい。BFWAシステムは、周波数分割二重もしくは時分割二重のSC−FDEまたはOFDMAを使用してもよい。このようなシステムでは、基地局およびすべての加入者は固定さらた場所にある。システムは、基地局および多数の加入者ユニットを備える場合がある。各加入者ユニットは、例えば、1つの建物または数個の近隣の建物内の複数のユーザにサービスすることがある。これらのアプリケーションは通常、1つの加入者ユニットサイトに多数のエンドユーザが存在するために、大きな帯域幅を必要とする。
【0018】
このようなシステムに配備されるPHY ARQは、メディアアクセスコントローラ(MAC)のような上位層に対して透過的である。その結果、PHY ARQは、レイヤ2のような上位層ARQとともに使用することができる。このような場合、PHY ARQにより、上位層ARQの再送オーバーヘッドが低減される。
【0019】
図3は、PHYARQ30のNチャネルstop-and-waitアーキテクチャの例示である。物理層ARQ送信機能38は、ダウンリンク、アップリンクまたはその両方のPHYARQのいずれが使用されるかに応じて、基地局、加入者ユニットまたはその両方のいずれに配置されてもよい。データのブロック34aがネットワークから到着する。ネットワークブロックは、エアインタフェース43のデータチャネル41を通じて送信するためにキュー34に入れられる。Nチャネルシーケンサ36が、ブロックのデータを順次N個の送信機40−1〜40−nに送る。各送信機40−1〜40−nは、データチャネル41内の送信順序に関連している。各送信機40−1〜40−nは、FEC符号化を行い、ブロックデータのECSを提供して、データチャネル41におけるAMC変調および送信のためのパケットを生成する。FEC符号化/ECSデータは、起こり得る再送のために送信機40−1〜40−nのバッファに格納される。さらに、制御情報がPHYARQ送信機38から送信されて、受信機46−1〜46−nでの受信、復調および復号を同期させる。
【0020】
N個の受信機46−1〜46−nのそれぞれは、その関連するタイムスロットでパケットを受信する。受信したパケットは、それぞれのハイブリッドARQ復号器50−1〜50−n(50)に送られる。ハイブリッドARQ復号器50は、受信パケットの、BERやBLERのような誤り率を判定する。パケットが許容可能な誤り率を有する場合、さらなる処理のために上位レベルへ出力され、ACKがACK送信機54によって送信される。誤り率が許容不能であるか、またはパケットが受信されなかった場合、ACKが送信されないか、またはNAKが送信される。許容不能な誤り率を有するパケットは、再送されたパケットと組み合わせる可能性のために復号器50にバッファされる。
【0021】
ターボ符号を用いてパケットを合成する1つの手法は、以下の通りである。ターボ符号化されたパケットが許容不能な誤り率で受信された場合、符号合成を容易にするためにパケットデータが再送される。同じデータを含むパケットは、異なる符号化がなされる。パケットデータを復号するには、両方のパケットが、もとのデータを回復するためにターボ復号器によって処理される。第2のパケットは、異なる符号化を有するため、そのソフトシンボルは復号化方式において異なる点にマッピングされる。異なる符号化による2つのパケットを使用することにより、符号化ダイバーシティおよび送信ダイバーシティが付加され、全体のBERが改善される。もう1つの手法では、同一の信号が送信される。2つの受信パケットが、シンボルの最大比合成を用いて合成される。その後、合成信号が復号される。
【0022】
各受信機46−1〜46−nのACKは、高速フィードバックチャネル(FFC)45で送信される。高速フィードバックチャネル45は、好ましくは、低レイテンシのチャネルである。時分割二重システムの場合、ACKは、アップストリーム伝送とダウンストリーム伝送の間のアイドル期間に送信されてもよい。FFC45は、好ましくは、他のインバンド伝送に重畳した低速の高帯域CDMAチャネルである。FFC CDMA符号および変調は、他のインバンド伝送への干渉を最小化するように選択される。このようなFFC45の容量を増大させるため、複数の符号を使用してもよい。
【0023】
ACK受信機56は、ACKを検出し、対応する送信機40−1〜40−nに対して、ACKが受信されたかどうかを示す。ACKが受信されなかった場合、パケットが再送される。再送されるパケットは、AMCコントローラ12c、26cによる指示に従い、異なる変調および符号化方式を有してもよい。ACKが受信された場合、送信機40−1〜40−nは、バッファから前のパケットを消去し、送信のために後続のパケットを受け入れる。
【0024】
送信機および受信機の個数Nは、チャネル容量やACK応答時間のような種々の設計考慮事項に基づく。前述の好ましいシステムの場合、好ましくは、偶数番号および奇数番号の送信機および受信機を有する2チャネルアーキテクチャが利用される。
【0025】
好ましい実施形態のPHY ARQ技法は、上位層ARQのみを使用するシステムに比べて、信号対雑音比(SNR)において7dbの利得を提供する。これは、上位層ARQのみの場合に現実的なものより、レイヤ1にとって高いブロック誤り率(BLER)(5〜20%のBLER)で運用し、小さいブロックサイズを使用することによって得られる。SNR要件の減少により、適応型変調・符号化(AMC)技法を使用する高次の変調への切替による容量の増大;より低いグレードのRF(無線周波)部品を使用し、低下した実装性能をPHY ARQで補償することによる、顧客構内設備(CPE)コストの低下;ダウンリンクレンジの増大によるセル半径の拡大;基地局(BS)におけるダウンリンクパワーの低減によるセル間干渉の最小化;およびマルチキャリア技法を使用する際のパワー増幅器(PA)バックオフの増大、が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1A】ダウンリンク物理ARQの概略ブロック図である。
【図1B】アップリンク物理ARQの概略ブロック図である。
【図2】再送統計を適応型変調および符号化に使用するためのフローチャートである。
【図3】マルチチャネルstop-and-waitアーキテクチャを示すブロック図である。
Claims (23)
- 物理層自動リピート要求を実装する加入者ユニットであって、
データを受信し、受信したデータを、各パケットが特定の符号化/データ変調を有するパケットにフォーマットし、前記パケットを送信し、所与のパケットに対応する確認応答を受信できないことに応答してパケットを再送するための物理層送信機と、
前記対応する確認応答を受信するための確認応答受信機と、
再送統計を収集し、収集した統計を用いて前記特定のデータ符号化/変調を調節するための適応型変調・符号化コントローラと
を有する送信機と、
前記パケットを復調するための物理層受信機と、
バッファリング、復号化およびパケット誤りの検出を行う合成器/復号器と、
各パケットについて、該パケットが許容可能な誤り率を有する場合、確認応答を生成するための確認応答生成器と、
を有する受信機と
を備えたことを特徴とする加入者ユニット。 - 前記特定の符号化/データ変調は、前方誤り訂正(FEC)であることを特徴とする請求項1に記載の加入者ユニット。
- 前記パケットは、直交周波数分割多元接続(OFDMA)エアインタフェースを用いて送信され、前記FEC符号化/データ変調の調節は、OFDMAセット内のサブチャネルを選択的に無効化することに加えて実行されることを特徴とする請求項2に記載の加入者ユニット。
- 前記パケットは、シングルキャリア周波数領域等化(SC−FDE)エアインタフェースを用いて送信されることを特徴とする請求項1に記載の加入者ユニット。
- 前記加入者ユニットは、符号分割多元接続(CDMA)エアインタフェースを使用し、前記確認応答は、高速フィードバックチャネルで送信されることを特徴とする請求項1に記載の加入者ユニット。
- パケットが許容不能な誤り率を有する場合、前記確認応答生成器は、否定応答を送信することを特徴とする請求項1に記載の加入者ユニット。
- 加入者ユニットによって使用される物理自動要求リピート装置であって、
データを受信するための手段と、
受信したデータを、送信のために、各パケットが特定の符号化/データ変調を有するパケットにフォーマットするための手段と、
前記パケットを送信するための手段と、
パケットに対する確認応答が受信されない場合に該パケットを再送するための手段と、
再送統計を収集するための手段と、
収集した再送統計を用いてそれぞれの特定のデータ変調を調節するための手段と
を有する送信機と、
パケットを受信するための手段と、
各受信パケットの復号化および誤り検査を行うための手段と、
前記受信パケットが許容可能な誤り率を有する場合、物理層において確認応答を生成するための手段と
を有する受信機と
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記特定の符号化/データ変調は、前方誤り訂正(FEC)であることを特徴とする請求項7に記載の加入者ユニット装置。
- 前記パケットは、直交周波数分割多元接続(OFDMA)エアインタフェースを用いて送信され、前記FEC符号化/データ変調の調節は、OFDMAセット内のサブチャネルを選択的に無効化することに加えて実行されることを特徴とする請求項7に記載の加入者ユニット装置。
- 前記パケットは、シングルキャリア周波数領域等化(SC−FDE)エアインタフェースを用いて送信されることを特徴とする請求項7に記載の加入者ユニット装置。
- 前記確認応答は、符号分割多元接続(CDMA)エアインタフェースを用いて高速フィードバックチャネルで送信されることを特徴とする請求項7に記載の加入者ユニット装置。
- パケットが許容不能な誤り率を有する場合、前記生成手段は、否定応答を生成することを特徴とする請求項7に記載の加入者ユニット装置。
- ブロードバンド無線通信をサポートするための加入者ユニットであって、
通信ネットワークからデータブロックを受信し、n個の送信機へパケットを順次搬送するためのキューを有するシーケンサと、
データチャネルを通じて前記パケットを送信するためのn個の送信機と、
前記データチャネルを通じて戻りパケットを受信するためのn個の受信機と、
前記n個の受信機の1つにそれぞれ結合したn個のハイブリッドARQ復号器と
を備え、
前記n個のハイブリッドARQ復号器は、許容可能な誤り率を有するパケットが受信されたときに許容可能な誤り率を有するパケットを出力し、確認応答を送信するためのフィードバックチャネルを有することを特徴とする加入者ユニット。 - 前記n個の信号送信機はそれぞれ、送信したパケットをバッファメモリに一時的に格納し、それにより、前記n個の送信機のそれぞれは、格納したパケットに対する確認応答信号が前記n個の受信機の1つで受信されたときに、別のブロックの受信に備えて、前記格納したパケットを消去することを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記n個の送信機はそれぞれ、送信したパケットをバッファメモリに一時的に格納し、それにより、前記n個の送信機は、格納したパケットに対する確認応答信号が前記n個の受信機の1つで受信されていないときに、該送信機のバッファメモリに一時的に格納したパケットを再送することを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記n個の送信機のそれぞれは、最大再送回数の後に確認応答信号が受信されない場合、該送信機のバッファメモリを消去することを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記最大再送回数は、運用者により定義される1から8までの範囲を有する整数であることを特徴とする請求項16に記載の加入者ユニット。
- 前記n個の受信機のそれぞれは、誤り訂正を容易にするために、再送されたパケットをもとの送信されたパケットと組み合わせることを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 確認応答信号を受信することができない送信機は、前記パケットのもとの送信で使用された符号化技法とは異なる符号化技法を使用することにより該パケットを符号化することを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記n個の送信機のそれぞれは、ターボ符号化を使用し、前記n個の復号器のそれぞれは、誤り訂正を容易にするために、もとの送信と再送との符号合成を使用することを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記パケットは、直交周波数分割多元接続(OFDMA)エアインタフェースを用いて送信され、OFDMAセット内の周波数サブチャネルは、選択的に無効化可能であることを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記パケットは、シングルキャリア周波数領域等化(SC−FDE)エアインタフェースを用いて送信されることを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
- 前記確認応答は、符号分割多元接続(CDMA)エアインタフェースを用いて高速フィードバックチャネルで送信されることを特徴とする請求項13に記載の加入者ユニット。
Applications Claiming Priority (3)
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