JP2006186557A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＣＰプロトコルとＡＲＱ (自動再送制御) を併用した無線通信システムにおいて、無線区間の伝送データに発生した誤りを受信側で見逃すと無線区間の再送が行われず、送達遅延が発生し伝送効率が低下する。
【解決手段】無線端末装置１００とネットワーク２３０を介して端末装置２５０に接続された基地局２００との間で無線通信する無線通信システムである。無線端末装置１００は、アンテナ１０１、無線部１０２、データチャネル受信部１０３、ＭＡＣ合成部１０４、ＦＣＳ検査部１０５、ＩＰ処理部１０６、制御チャネル受信部１０７、制御チャネル送信部１０８、信号合成部１０９、データチャネル送信部１１０、ＰＤＵ分割部１１１およびＴＣＰ処理部１１２を備える。基地局２００も実質的に同様構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は無線通信システムに関し、特に通信プロトコルであるＴＣＰ (Transmission Control Protocol)および無線区間のＡＲＱ（Automatic Repeat Request：自動再送制御）を併用して無線通信を行う無線端末装置および基地局間の移動体通信システム等の無線通信システムに関する。

この種の無線通信システムに関連する従来技術は、幾つかの技術文献に開示されている。即ち、一定以上の符号化率を実現するデジタルデータ伝送システムにおける符号誤り訂正方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。過剰な処理負担を生じることなくＧＰＲＳ−ＢＬＥＲ測定を実施する階層化プロトコル通信システムにおけるブロック誤り率測定法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。データ通信のフレーム伝送装置に関し、特にハイレベルデータリンク制御手順により制御されてフレームを伝送しフレーム検査シーケンス誤り発生の少ないフレーム伝送装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。また、複数の無線端末装置で構成される無線ネットワークシステムにおいて、無線環境が悪い場合に、再送の成功率を高める無線ネットワークシステムおよび無線端末装置が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２０００−２６１３２６号公報（第５頁、第５図） 特開２００２−２６８７７号公報（第３−４頁、第５図） 特開昭６２−１５９５４０号公報（第２−３頁、第３図） 特開平１１−２２０４５９号公報（第３−４頁、図７）

従来の一般的な移動体通信システムとして、図６に示す如く、無線端末装置３００が基地局４００およびネットワーク４３０を経由して端末装置(パーソナルコンピュータ等)４５０と接続されるシステムによって、無線端末装置のＴＣＰ処理部および端末装置内のＴＣＰ処理部間でＴＣＰの通信が行われる形態が存在する。

図７は、図６に示す従来の無線端末装置３００の構成を示すブロック図である。以下、図中および説明において、構成要素には数字を使用し、信号には数字の前にアルファベットを使用する。先ず、図7の無線端末装置３００は、アンテナ３０１、無線部３０２、データチャネル受信部３０３、ＭＡＣ（Media Access Control）合成部３０４、ＩＰ処理部３０６、制御チャネル受信部３０７、制御チャネル送信部３０８、信号合成部３０９、データチャネル送信部３１０、ＰＤＵ（Protocol Data Unit）分割部３１１およびＴＣＰ処理部３１２により構成される。

図７において、ＴＣＰ処理部３１２から送信されたＴＣＰセグメントは、ＩＰ処理部
(インターネットプロトコルに従いＩＰデータグラムの送受信を行う)３０６ においてＭＡＣフレームs３０６へ変換され、ＰＤＵ分割部３１１においてＭＡＣフレームは無線区間のデータ送信単位(無線パケット当たりのデータ伝送量又はＣＤＭＡ方式における１多重コード当たりのデータ伝送量) に適合するＰＤＵ に変換される。ＰＤＵに分割する際に、各ＰＤＵにはヘッダが付与される。その内容は、どのＭＡＣフレームを分割したＰＤＵであるかというＭＡＣフレームとの対応情報およびＭＡＣフレームを構成するＰＤＵのうち何番目のものであるかという各ＰＤＵ間の順序関係を示す情報によって構成される。

次に、図１１は、上述したＴＣＰセグメント５０１、ＩＰデータグラム５０２およびＭＡＣフレーム５０３相互のカプセル化の関係と、ＭＡＣフレームからＰＤＵへの変換方法の１例を示したものである。図１１において、ＴＣＰセグメント５０１にＩＰヘッダが付加され、更にＭＡＣヘッダとＦＣＳ (Frame Check Sequence ＝３２次のＣＲＣ剰余ビット) がＭＡＣフレーム毎に計算され付加された後、ＰＤＵ（１）〜ＰＤＵ（４）に分割される。

図７においてＰＤＵ分割部３１１で生成された送信ＰＤＵｓ３１１は、データチャネル送信部３１０へ出力される。データチャネル送信部３１０は、送信バッファ、ＣＲＣ割り算器、誤り訂正符号化器、変調器および拡散器から構成される。データチャネル送信部３１０において、送信ＰＤＵｓ３１１は、先ず送信バッファへ記録される。この送信バッファは、無線区間のＡＲＱ動作のために設置されており、新規送信すべき又は再送すべきＰＤＵデータが送信バッファからリード（読み出し）されてＣＲＣ割り算器へ送られる。送信ＰＤＵが基地局へ送達したか否か(ＡＣＫ又はＮＡＣＫ)については、送信ＰＤＵ−ＳＮ(各送信ＰＤＵを識別するための送信ＰＤＵのシーケンス番号)および各ＰＤＵ−ＳＮに対する送達情報ｓ３０７ｂにより、制御チャネル受信部３０７から通知される。データチャネル送信部３１０は、送信ＰＤＵ−ＳＮに該当するバッファ内記録位置のアドレスをバッファに与えることによりＰＤＵをバッファから読み出して、このＰＤＵに対しＣＲＣ割り算器以降の処理を行なう。

データチャネル送信部３１０において、内部のＣＲＣ割り算器では、入力データをＣＲＣ多項式により割り算し、その剰余を被割り算系列であるＰＤＵに連結して誤り訂正符号化器へ送る。この連結の様子を図１１に示す。同図に示す如く、ＰＤＵ（１）〜ＰＤＵ（４）の各ＰＤＵの末尾に、計算されたＣＲＣ（１）〜ＣＲＣ（４）がそれぞれ連結される。このＣＲＣが連結されたＰＤＵは、次に誤り訂正符号化、変調、拡散が施され送信データチャネル信号ｓ３１０ｂによって信号合成部３０９へ出力される。

次に、図７に示す無線端末装置３００の受信機能を説明する。無線端末装置３００は、アンテナ３０１により受信した基地局からの信号を無線部３０２によりベースバンドの受信信号ｓ３０２へ変換する。この信号は、データチャネル受信部３０３および制御チャネル受信部３０７へ入力される。

データチャネル受信部３０３は、内部に逆拡散回路、誤り訂正復号器、ＣＲＣ割り算器を含み、これらにより受信信号ｓ３０２に対して逆拡散、誤り訂正復号を行い、先ずＰＵＤにＣＲＣ剰余が付加されたデータを復元する。次に、復元されたデータに対してＣＲＣ検査を行い、このデータがＣＲＣ多項式で割り切れた場合には、ＣＲＣ結果ｓ３０３ｂとしてＯＫを制御チャネル送信部３０８へ通知すると共に復元されたデータからＣＲＣ剰余を取り除いた受信ＰＵＤｓ３０３ａをＭＡＣ合成部３０４へ送る。他方、このデータがＣＲＣ多項式で割り切れない場合には、データの受信に失敗したので、データチャネル受信部３０３は、ＣＲＣ結果ｓ３０３ｂとしてＮＧを通知し、ＭＡＣ合成部３０４へは何も送らない。

次に、制御チャネル受信部３０７は、先ず受信信号ｓ３０２に対し制御チャネルに関する逆拡散、復調、誤り訂正復号を施すことにより、受信制御チャネルのビット情報を復元する。次に、復元されたビット情報から受信ＰＤＵ−ＳＮｓ３０７ａおよび送信ＰＤＵ−ＳＮとその送達情報ｓ３０７ｂを抽出し、それぞれ制御チャネル送信部３０８およびデータチャネル送信部３１０へ出力する。

ＭＡＣ合成部３０４は、受信ＰＤＵｓ３０３ａを合成し、ＭＡＣフレームを復元する機能を有する。ＭＡＣフレーム復元の際には、ＰＤＵ分割時に生成したＰＤＵのヘッダ情報に基づき、ＭＡＣフレーム内のＰＤＵの位置および各ＰＤＵ間の順序関係を決定することにより各ＰＤＵを合成する。ＭＡＣフレームの復元に成功したならば、合成後ＭＡＣフレームをＩＰ処理部３０６へ送る。ここで、仮にＰＤＵのヘッダ情報において誤りが発生し、受信ＰＤＵがＭＡＣフレームの合成を行うために十分でない(例えば、ＰＤＵの前後関係に矛盾がある等)場合には、ＭＡＣ合成部３０４はＩＰ処理部３０６へは何も出力しない。

制御チャネル送信部３０８は、受信ＰＤＵのＣＲＣ結果ｓ３０３ｂと受信ＰＤＵ−ＳＮｓ３０７ａから両者を対応付け、各受信ＰＤＵ−ＳＮｓ３０７ａの送達はＯＫかＮＧかを示す情報を生成する。制御チャネル送信部３０８は、またデータチャネル送信部３１０から送信ＰＤＵ−ＳＮｓ３１０ａを受け取り、受信ＰＤＵ−ＳＮの送達情報と共に制御チャネルの誤り訂正符号化、変調、拡散等を施し，送信制御チャネル信号ｓ３０８として信号合成部３０９へ送る。ＩＰ処理部３０６は、インターネットプロトコル(ＩＰ)に従いＩＰデータグラムの送受信を行う機能を有する。

次に、図８は、図６中の基地局４００の詳細構成および基地局４００とネットワーク４３０および端末装置４５０の接続関係を示す。基地局４００は、ＩＰ処理部４０６が外部ネットワーク４３０に接続されている点を除き、無線端末装置３００の構成と同一であるため、以下では基地局３００および基地局４００の構成要素の対応関係のみを示す。

即ち、図８のアンテナ４０１は、図７のアンテナ３０１に、無線部４０２は無線部３０２に、データチャネル受信部４０３はデータチャネル受信部３０３に、ＭＡＣ合成部４０４はＭＡＣ合成部３０４に、ＩＰ処理部４０６はＩＰ処理部３０６に、制御チャネル受信部４０７は制御チャネル受信部３０７に、制御チャネル送信部４０８は制御チャネル送信部３０８に、信号合成部４０９は信号合成部３０９に、データチャネル送信部４１０はデータチャネル送信部３１０に、ＰＤＵ分割部４１１はＰＤＵ分割部３１１にそれぞれ対応する。これら対応する構成要素同士の機能は同一である。

図６〜図８に示す従来の無線通信システムの動作の詳細は、図９および図１０のタイミングチャートに示す。図９は、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）エラー検出がない場合の各構成要素間の動作ステップを、それぞれの信号と共にステップＡ３０１〜Ａ３１６で示す。一方、図１０は、ＦＣＳエラー検出の場合の動作ステップを、それぞれの信号と共にステップＡ４０１〜Ａ４２２で示す。

上述した従来技術には、次の如き幾つかの課題を有する。第１に、受信データの送達確認にＣＲＣを用いる場合には、誤り訂正後の受信データにビット誤りが存在すると、ビット誤りは恒常的にある一定確率で見逃される。その結果、ＡＲＱ動作において、受信データに誤りが存在するにも関わらずＣＲＣに基づく送達確認ＯＫがデータ送信側へ送られ、送達確認に該当する送信データは再送されず、無線区間の伝送データの信頼性が損なわれるという問題がある。その理由は、受信データの誤りビットパタンによっては、ＣＲＣ結果がＯＫとなることがあり、これは原理上避けられないためである。

第２に、無線区間を含む伝送路においてＴＣＰ伝送を行う場合には、第１の問題点で指摘したＣＲＣによる誤り見逃しが発生すると、ＴＣＰレイヤにおけるＴＣＰセグメントの再送は送信側がタイムアウトになるまで行われないため、ＴＣＰ伝送の大幅な遅延が発生するという問題がある。その理由は、無線区間の受信側であるデータ単位（ＰＤＵ）の誤りが見逃された場合に、受信側はデータが正常であると判断し、データ単位（ＰＤＵ）を含むＴＣＰセグメントを合成し始めるが、その際に、データ単位に存在する誤りのためにＴＣＰセグメントの合成結果は不正となるためである。

第３に、無線区間のデータ単位に対して付加されるＣＲＣ多項式をより次数の高いものへ変更すれば無線区間の誤り見逃し確率は減少するが、ＣＲＣ多項式の次数の増加は困難であるという問題がある。その理由は、ＣＲＣ多項式の次数を増やせばＣＲＣ剰余ビット数も増大するので、無線区間のオーバヘッドが増大してしまうためである。例えば、ＣＲＣ多項式の次数を８次から１６次へ増やすと、ＣＲＣ剰余ビット数は２バイトから４バイトへ増加する。これは、特に無線区間のデータ単位（ＰＤＵ）のサイズが１０〜２０バイト程度と小さい場合においては、伝送効率への影響が大きい。更に、無線区間のデータフォーマットは一般に標準化されており、その変更はＣＲＣ次数の変更も含め事実上不可能とされるためである。

本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、ＡＲＱを適用した無線通信システムにおいて、従来の方法によれば見逃されていた無線区間の誤りを検出できるシステムを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、前記無線通信システムにおいてＴＣＰ伝送を行う場合に、ＴＣＰレイヤにおける再送ＴＣＰの発生を抑え、ＴＣＰレイヤのEnd-to-Endの送達遅延を大幅に縮小できる再送制御方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、無線区間のフォーマットを変更することなく無線区間の誤り見逃しの発生を抑制し且つＴＣＰレイヤの伝送遅延を縮小できる再送制御方法および装置を提供することである。

前述の課題を解決するため、本発明による無線通信システムは、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）無線端末装置および基地局間の如き無線区間を含む自動再送要求（ＡＲＱ）方式を適用する無線通信システムにおいて、
前記無線区間のデータ単位に関する誤りを検出する第１誤り検出手段と、前記無線区間のデータ単位から上位レイヤのデータ単位を合成する合成手段と、該合成手段で合成された上位レイヤのデータ単位に関する誤りを検出する第２誤り検出手段とを設け、
前記第１誤り検出手段および前記第２誤り検出手段の誤り検出結果に基づいて、前記無線区間の伝送データに関する再送要求情報を生成する無線通信システム。
（２）前記無線区間のデータ単位から上位レイヤのデータ単位を合成する合成手段において、データ合成が不可となった場合には、前記合成不可の状態が発生したという情報に基づいて前記無線区間の伝送データに関する再送要求情報を生成する上記（１）の無線通信システム。
（３）上位レイヤのデータ単位は、EthernetのＭＡＣフレームである上記（１）又は（２）の無線通信システム。
（４）無線端末装置とネットワークを介して端末装置に接続された基地局との間に無線区間を含み、前記無線端末装置および前記基地局は、信号変換を行う無線部、データチャネルの送受信を行うデータチャネル送受信部、制御チャネルの送受信を行う制御チャネル送受信部、前記制御チャネル送信部およびデータチャネル送信部の出力信号を合成する信号合成部、ＩＰに従いＩＰデータグラムの送受信を行うＩＰ処理部、受信ＰＤＵを合成してＭＡＣフレームを復元するＭＡＣ合成部およびＰＤＵ分割を行うＰＤＵ分割部を含む無線通信システムにおいて、
前記ＩＰ処理部および前記ＭＡＣ合成部間にＦＣＳ検査部を設け、前記ＭＡＣ合成部のＭＡＣ合成結果を前記制御チャネル送信部へ出力する無線通信システム。
（５）前記ＦＣＳ検査部は、前記ＭＡＣ合成部からＭＡＣフレームを受信し、前記ＭＡＣ合成部へＦＣＳ結果を出力する上記（４）の無線通信システム。
（６）前記ＦＣＳ検査部は、入力される前記ＭＡＣフレームをＦＣＳの生成多項式と同じ多項式で割算して前記ＭＡＣフレームの誤りを検出する上記（４）又は（５）の無線通信システム。
（７）前記データチャネル受信部のＣＲＣ結果および前記ＭＡＣ合成部のＭＡＣ合成結果の両方がＯＫのときのみＡＣＫを、その他の場合にはＮＡＣＫを出力する上記（４）、（５）又は（６）の無線通信システム。

本発明の無線通信システムは、次の如き実用上の顕著な効果を有する。即ち、無線区間のＣＲＣに誤り見逃しが発生した場合であっても、上位の誤り検出手段による送達確認結果が無線区間のＣＲＣと同様にＡＲＱの送達確認情報としてデータ送信側へ返されて、無線区間のデータフォーマットを変更することなく無線区間の誤り見逃し確率が大幅に減少する。また、無線区間の誤り見逃しに起因して発生していたＴＣＰセグメントのレイヤにおける再送発生も大幅に減少する。その理由は、無線区間のＡＲＱ動作においては、無線区間のＰＤＵに付加されるＣＲＣによってのみＰＤＵの送信情報を定めていた従来技術に対して、本発明では、ＰＤＵのＣＲＣに加えて、上位のレイヤおいて付加されている誤り検出手段（ＦＣＳ）も利用して無線区間の送達情報を定めるからである。

以下、本発明による無線通信システムの好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図1は、本発明による無線通信システムの全体システム構成図である。この無線通信システムは、無線端末装置１００、基地局２００、ネットワーク２３０および端末装置２５０により構成されている。斯かる基本構成は、上述した図６のシステム構成と同様である。ここで、無線端末装置１００は、基地局２００にネットワーク２３０を経由して接続された端末装置２５０とアプリケーションデータの送受信を行うことを目的とする。以下、無線端末装置１００および基地局２００間の通信路を無線区間と呼ぶことがある。

次に、図２は、図１中の無線端末装置１００の詳細構成を示すブロック図である。無線端末装置１００は、図２に示す如くアンテナ１０１、無線部１０２、データチャネル受信部（又は第１誤り検出手段）１０３、ＭＡＣ合成部（又は合成手段）１０４、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）検査部（又は第２誤り検出手段）１０５、ＩＰ処理部１０６、制御チャネル受信部１０７、制御チャネル送信部１０８、信号合成部１０９、データチャネル送信部１１０、ＰＤＵ分割部１１１およびＴＣＰ処理部１１２により構成される。

ここで、無線端末装置１００の各構成要素の主要機能を説明する。無線部１０２は、送信信号を高周波帯の信号へ変換してアンテナ１０１より基地局２００へ向けて出力する。データチャネル受信部１０３は、内部に逆拡散回路、誤り訂正復号器、ＣＲＣ割算器を有する。ＭＡＣ合成部１０４は、受信ＰＤＵｓ１０３ａを合成してＭＡＣフレームを復元する機能を有する。ＦＣＳ検査部１０５は、受信ＭＡＣフレームｓ１０４ａを入力とし、このＭＡＣフレームをＦＣＳの生成多項式と同じ多項式で割り算する機能を有する。ＩＰ処理部１０６は、インターネットプロトコル（ＩＰ）に従いＩＰデータグラムの送受信を行う機能を有する。制御チャネル受信部１０７は、受信制御チャネルのビット情報を復元する機能を有する。制御チャネル送信部１０８は、各受信ＰＤＵの送達情報を決定する機能と、決定された送達情報を保持し制御チャネルの誤り訂正符号化、変調、拡散等を施すことにより送信制御チャネル信号を生成する機能を有する。

信号合成部１０９は、データチャネルおよび送信制御チャネル信号を合成して無線部１０２へ出力する機能を有する。データチャネル送信部１１０は、送信バッファ、ＣＲＣ割り算器、誤り訂正符号化器、変調器および拡散器を含んでいる。これらの構成は、当業者に周知であり、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。データチャネル送信部１１０は、また入力される各ＰＤＵｓ１１１に対してＰＤＵ毎にシーケンス番号送信ＰＤＵ−ＳＮ（Sequence Number）を付加し、ｓ１１０ａとして制御チャネル送信部１０８へ出力する。ＰＤＵ分割部１１１は、入力ＭＡＣフレームｓ１０６を無線区間のＰＤＵ(Protocol Data Unit)へ変換する機能を有する。ＴＣＰ処理部１１２は、アプリケーションデータをＴＣＰセグメントへブロック化して出力する機能を有する。

次に、図３は、図１中の基地局２００の詳細構成を示すブロック図である。基地局２００は、アンテナ２０１、無線部２０２、データチャネル受信部２０３、ＭＡＣ合成部２０４、ＦＣＳ検査部２０５、ＩＰ処理部２０６、制御チャネル受信部２０７、制御チャネル送信部２０８、信号合成部２０９、データチャネル送信部２１０およびＰＤＵ分割部２１１により構成される。また、端末装置２５０は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の装置であり、ＩＰ処理部２５１およびＴＣＰ処理部２５２を備えている。この端末装置２５０は、ネットワーク２３０を介して基地局２００と接続される。各構成要素の機能は、図２における同一名称の構成要素の機能と同じであるので、説明を省略する。

次に、図２は、図１中の無線端末装置１００の詳細構成を示すブロック図である。この無線端末装置１００は、アンテナ１０１、無線部１０２、データチャネル受信部１０３、ＭＡＣ合成部１０４、ＦＣＳ検査部１０５、ＩＰ処理部１０６、制御チャネル受信部１０７、制御チャネル送信部１０８、信号合成部１０９、データチャネル送信部１１０、ＰＤＵ分割部１１１およびＴＣＰ処理部１１２により構成される。

ここで、ＴＣＰ処理部１１２は、アプリケーションデータをＴＣＰセグメントへブロック化して出力する機能を有する。ＴＣＰセグメントは、ＩＰ処理部１０６でＩＰパケット化された後、ＭＡＣヘッダとＦＣＳが計算・付加されＭＡＣフレームｓ１０６となり、ＰＤＵ分割部１１１へ入力される。ＰＤＵ分割部１１１は、入力ＭＡＣフレームｓ１０６を無線区間のＰＤＵ(Protocol Data Unit)へ変換する機能を有する。ＰＤＵ分割部１１１で生成されたＰＤＵｓ１１１は、データチャネル送信部１１０へ入力される。

データチャネル送信部１１０は、送信バッファ、ＣＲＣ割算器、誤り訂正符号化器、変調器および拡散器を含んでいる。ＰＤＵｓ１１１は、先ず送信バッファへ記録される。この送信バッファは、無線区間のＡＲＱ動作のために設置されており、新規送信すべき又は再送すべきＰＤＵデータが送信バッファから読み出されてＣＲＣ割算器へ送られる。これら新規送信又は再送すべきＰＤＵデータの送信バッファからの出力手順としては、例えばある無線パケットにおいて、その無線パケットから無線区間のＲＴＴ(Round Trip Time＝ ＡＲＱにおいて送信側からデータが送信されてから、受信側から送達確認情報が返され仮にその送達確認情報がＮＧであった場合に、送信データを再送開始する直前までの、データ往復周期)だけ遡った無線パケットにおいて、送信されたＰＤＵの基地局２００への送達情報がＮＡＣＫであった場合には、無線パケットにおいて送信したＰＤＵを現在の無線パケットにおいても送信バッファから読み出すようにする。一方、送信ＰＤＵ送達情報がＡＣＫであった場合には、未送信の送信ＰＤＵを現在の無線パケットにおいて送信バッファから読み出すようにすることが考えられる。

送信ＰＤＵの送達情報(ＡＣＫ又はＮＡＣＫ)は、送信ＰＤＵ−ＳＮおよびその送達情報ｓ１０７ｂにより制御チャネル受信部１０７から通知されるものであり、情報は過去に無線端末装置１００が送信したＰＤＵのＳＮ(シーケンス番号)それぞれに対し基地局２００がビット誤り無く受信できたか否かを示している。データチャネル送信部１１０は、送信ＰＤＵ−ＳＮに該当するバッファ内記録位置のアドレスをバッファに与えることによりＰＤＵを送信バッファから読み出し、このＰＤＵに対しＣＲＣ割算器以降の処理を施す。

データチャネル送信部１１０において、内部のＣＲＣ割算器では、入力データをＣＲＣ多項式により割算し、その剰余を被割算系列であるＰＤＵに連結して誤り訂正符号化器へ送る。ＣＲＣ割算器に用いる多項式は、標準化仕様で定義されたものを使用するが、例えば３ＧＰＰ ＴＳ２５．２１２の第4章に示されているｇＣＲＣ１６（Ｄ）を用いることが考えられ、その場合剰余は２バイトとなる。誤り訂正符号化器では、ＣＲＣ剰余が付加されたＰＤＵに対して誤り訂正符号化が施される。この符号化の方法としては、３ＧＰＰ ＴＳ２５．２１２の第4章に示されているターボ符号を用いることが考えられる。誤り訂正符号化されたＰＤＵには、その後変調、拡散が施され送信データチャネルｓ１１０となり、信号合成部１０９へ出力される。

データチャネル送信部１１０は、また入力される各ＰＤＵｓ１１１に対してＰＤＵ毎にシーケンス番号送信ＰＤＵ−ＳＮ(Sequence Number)を付加し、ｓ１１０ａとして制御チャネル送信部１０８へ出力する。送信ＰＤＵ−ＳＮｓ１１０ａは、無線区間における各ＰＤＵの再送回数を管理するために、制御チャネルの伝送ビットの一部として基地局２００へ送信されるものである。信号合成部１０９は、データチャネルｓ１１０および制御チャネル送信部１０８から出力される送信制御チャネルｓ１０８を合成し、送信信号ｓ１０９として無線部１０２へ出力する。無線部１０２では、送信信号を高周波帯の信号へ変換してアンテナ１０１より基地局２００へ向けて出力する。

次に、図２に示す無線端末装置１００の受信機能について説明する。無線端末装置１００は、アンテナ１０１により受信した基地局２００からの信号を無線部１０２によりベースバンドの受信信号ｓ１０２へ変換する。この信号は、データチャネル受信部１０３および制御チャネル受信部１０７へ入力される。

データチャネル受信部１０３は、内部に逆拡散回路、誤り訂正復号器、ＣＲＣ割算器を含み、これらにより受信信号ｓ１０２に対して逆拡散、誤り訂正復号を行うことにより、先ずＰＤＵにＣＲＣ剰余が付加されたデータを復元する。次に、復元されたデータに対してＣＲＣ検査を行い、このデータがＣＲＣ多項式で割り切れた場合には、ＣＲＣ結果ｓ１０７としてＯＫを制御チャネル送信部１０８へ通知すると共に復元されたデータからＣＲＣ剰余を取り除いた受信ＰＤＵｓ１０４ａをＭＡＣ合成部１０４へ送る。このデータがＣＲＣ多項式で割り切れない場合には、ＣＲＣ結果としてＮＧを通知し、ＭＡＣ合成部１０４へは何も送らない。

制御チャネル受信部１０７は、先ず受信信号ｓ１０２に対し制御チャネルに関する逆拡散、復調、誤り訂正復号を施すことにより受信制御チャネルのビット情報を復元する。次に、このビット情報から受信ＰＤＵ−ＳＮｓ１０７ａおよび送信ＰＤＵ−ＳＮとその送達情報ｓ１０７ｂを抽出し、それぞれ制御チャネル送信部１０８およびデータチャネル送信部１１０へ出力する。

ＭＡＣ合成部１０４は、受信ＰＤＵｓ１０３ａを合成してＭＡＣフレームを復元する機能を有する。ＭＡＣフレーム復元の際には、ＰＤＵ分割時に生成したＰＤＵのヘッダ情報に基づきＭＡＣフレーム内のＰＤＵの位置および各ＰＤＵ間の順序関係を決定することによりＭＡＣフレームを合成する。合成に成功した場合には、合成後ＭＡＣフレームをＦＣＳ検査部１０５へ送ると共にＭＡＣフレーム合成に成功した受信ＰＤＵに対するＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂとしてＯＫを生成し、これを制御チャネル送信部１０８へ通知する。

ここで、仮にＰＤＵのヘッダ情報が、ＭＡＣフレームの合成を行うために十分でない(例えば、ＰＤＵの前後関係に矛盾がある等)場合には、ＰＤＵヘッダにビット誤りが発生し且つそのビット誤りがデータチャネル受信部１０３のＣＲＣ割算回路で見逃されたと判断される。この場合には、ＭＡＣ合成部１０４は、ＭＡＣフレーム合成に失敗した受信ＰＤＵに対するＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂとしてＮＧ（Not Good）を生成し、これを制御チャネル送信部１０８へ通知し、ＦＣＳ検査部１０５へは何も出力しない。

次に、ＦＣＳ検査部１０５は、受信ＭＡＣフレームｓ１０４ａを入力とし、このＭＡＣフレームをＦＣＳの生成多項式と同じ多項式で割算する機能を有する。この生成多項式は、本発明のシステムへ適用するプロトコルにより異なるが、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔプロトコルを適用する場合には、ＭＡＣフレームのＦＣＳ多項式は、次式とする。
X³² + X²⁶ + X²³ + X²² + X¹⁶ + X¹² + X¹¹ + X¹⁰ + X⁸ + X⁷ + X⁵ + X⁴ + X² + X + 1

上記の割算結果が割算器内遅延素子の割算開始前の初期値と異なる場合には、受信ＭＡＣフレームｓ１０４ａにビット誤りが存在すると判断し、ＦＣＳ検査部１０５は、ＦＣＳ結果ｓ１０５＝ＮＧをＭＡＣ合成部１０４へ通知する。ＭＡＣ合成部１０４は、ＦＣＳ結果＝ＮＧを受け取ると、ＦＣＳ結果がＮＧとなったＭＡＣフレームに関し、このＭＡＣフレームの合成に使用したＰＤＵに対するＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂをＮＧとして制御チャネル送信部１０８へ向けて出力する。また、ＦＣＳ検査部１０５は、ＭＡＣフレーム中に誤りを検出した場合には、ＩＰ処理部１０６へ向けて何も出力しない。

上述したＣＲＣ結果ｓ１０３ｂおよびＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂの値として、下記の表1の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が想定される。

表１の（ａ）は誤り訂正復号後の受信ＰＤＵにビット誤りが存在しない場合、（ｂ）はこの受信ＰＤＵに誤りが存在するがＣＲＣ検査部でその誤りが見逃されＭＡＣ合成部１０４又はＦＣＳ検査部１０５でこの誤りが検出された場合、（ｃ）は受信ＰＤＵに存在する誤りがＣＲＣ検査部１０５で検出された場合である。これらＣＲＣ結果ｓ１０３ｂおよびＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂに対して、制御チャネル送信部１０８は、先ず前記２信号から各受信ＰＤＵの送達情報を表１（ａ）〜（ｃ）に基づき決定する。表１でＡＣＫは受信成功、ＮＡＣＫは受信失敗を表す。制御チャネル送信部１０８は、次に受信ＰＤＵの送達情報を、同時に入力される受信ＰＤＵ−ＳＮｓ１０７ａと対応付けたフォーマットで保持する。ここに、ある受信ＰＤＵに対しそのＣＲＣ結果ｓ１０３ｂは、このＰＤＵのＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂよりも時間的に先立って入力されるため、制御チャネル送信部１０８は、その時間差を考慮し、ある受信ＰＤＵに対する送達情報はＭＡＣ合成結果を待ってから決定するものとする。表１（ｃ）では、ＭＡＣ合成結果ｓ１０４ｂの出力は存在しないので、送達情報の決定のためにはＣＲＣ結果を用いる必要がある。

制御チャネル送信部１０８は、またデータチャネル送信部１１０から送信ＰＤＵ−ＳＮｓ１１０ａを受け取り、この受信ＰＤＵ−ＳＮとその送達情報と共に制御チャネルの誤り訂正符号化、変調、拡散等を施し送信制御チャネル信号ｓ１０８として信号合成部１０９へ送る。ＩＰ処理部１０６は、インターネットプロトコル（ＩＰ）に従い、ＩＰデータグラムの送受信を行う機能を有する。ＦＣＳ検査部１０５を通過したＭＡＣフレームｓ１０５ａは、ここでＩＰデータグラムが取り出されＴＣＰ処理部１１２へ出力される。

次に、図１に示す基地局２００の動作を説明する。図３は、基地局２００の詳細構成を示すブロック図である。先ず、図３を参照して基地局２００の送信機能について説明する。基地局２００の送信機能は、ＩＰ処理部２０６が外部ネットワーク２３０に接続されている点を除き、図２に示す無線端末装置１００の受信機能と同一であるため、対応する構成要素には類似の参照符号を使用しており、以下では概略のみ説明する。

ＩＰ処理部２０６は、ネットワーク２３０および端末装置２５０内のＩＰ処理部２５１を経由してＴＣＰ処理部２５２と通信する機能を有する。ＴＣＰ処理部２５２から出力されたＴＣＰセグメントは、この通信によりＩＰ処理部２０６に届けられる。ここで、ＭＡＣヘッダとＦＣＳが計算・付加され、ＭＡＣフレームｓ１０６となりｓ２０６によりＰＤＵ分割部２１１へ出力される。ＰＤＵ分割部２１１は、入力ＭＡＣフレームｓ２０６を無線区間のＰＤＵへ変換する。ＰＤＵ分割部２１１で生成されたＰＤＵｓ２１１は、データチャネル送信部２１０へ出力される。データチャネル送信部２１０の構成と動作は、無線端末装置１００のデータチャネル送信部１１０と同一であって、送信ＰＤＵｓ２１１は、送信バッファへ一旦記録された後、送信機会を得ると送信バッファから読み出されＣＲＣ割算以降拡散までの処理が施され、送信データチャネルｓ２１０となり信号合成部２０９へ出力される。データチャネル送信部２１０は、またＰＤＵｓ２１１に対してＰＤＵ毎にシーケンス番号（送信ＰＤＵ−ＳＮ）を付与し、これをｓ２１０ａとして制御チャネル送信部２０８へ出力する。

信号合成部２０９は、データチャネル信号ｓ２１０および送信制御チャネル信号ｓ２０８を合成して送信信号ｓ２０９として無線部２０２へ出力する。無線部２０２では、この送信信号を高周波帯の信号へ変換してアンテナ２０１より無線端末装置１００へ向けて出力する。

次に、図３に示す基地局２００の受信機能について説明する。基地局２００の受信機能は、無線端末装置１００の受信機能と同一であるため、以下では概略のみ説明する。

基地局２００は、無線部２０２から出力される受信信号ｓ２０２から、データチャネル受信部２０３および制御チャネル受信部２０７により受信ＰＤＵｓ２０３ａ、ＣＲＣ結果ｓ２０３ｂ、受信ＰＤＵ−ＳＮｓ２０７ａ、送信ＰＤＵ−ＳＮとその送達情報ｓ２０７ｂを生成する。これら４情報の生成手順は、無線端末装置１００の場合と同様である。また、基地局２００は、ＣＲＣ結果がＯＫとなった受信ＰＤＵｓ２０３ａからＭＡＣ合成部２０４においてＭＡＣフレームの合成を試みる。この合成が成功すれば、合成されたＭＡＣをＦＣＳ検査部２０５に送ると共にＭＡＣ合成結果ｓ２０４ｂとしてＯＫを制御チャネル送信部２０８へ送り、さもなければＦＣＳ検査部２０５へは何も出力せずＭＡＣ合成結果ｓ２０４ｂとしてＮＧを送る。ＦＣＳ検査部２０５は、ＭＡＣフレームｓ２０４の末尾に付加されているＦＣＳに基づいて無線端末装置１００におけるＦＣＳ検査部１０５と同様の方法によりＦＣＳ検査を行う。この検査結果がＯＫかＮＧかをＦＣＳ結果ｓ２０５ｂとしてＭＡＣ合成部２０４へ返す。この検査結果がＯＫの場合に限り、ＦＣＳ検査部２０５は、ＭＡＣフレームｓ２０５ａをＩＰ処理部２０６へ送る。ＭＡＣ合成部２０４は、ＦＣＳ結果がＮＧであれば、自身のＭＡＣ合成に成功している場合であっても、ＭＡＣ合成結果をＮＧとし、これをｓ２０４ｂにより制御チャネル送信部２０８へ送る。

制御チャネル送信部２０８は、収集された受信ＰＤＵに関する送達情報:ＣＲＣ結果ｓ２０３ｂおよびＭＡＣ合成結果ｓ２０４ｂから、表1に従いＰＤＵ毎に送達情報＝ＡＣＫ又はＮＡＣＫを決定し、送達情報を制御チャネル受信部２０７から得る受信ＰＤＵ−ＳＮｓ２０７ａと対応付けて制御チャネルに乗せる。送信制御チャネルには、他に送信ＰＤＵのＳＮ（送信ＰＤＵ−ＳＮ）も含まれる。これの情報からなる制御チャネル信号は、制御チャネル送信部２０８から信号合成部２０９へ出力される。

次に、図４および図５のタイミングチャートを参照して、図１乃至図３に示す無線通信システムの詳細な動作、即ちＭＡＣフレームのレイヤにおける誤り検出を行なうために、ＭＡＣ合成部１０４（２０４）の後段にＦＣＳ検査部１０５（２０５）を設けた場合のデータの流れを説明する。これら図４および図５において、左から右に、無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２、ＰＤＵ分割部１１１およびＭＡＣ合成部１０４、無線端末装置１００のデータチャンネル又は制御チャンネル送受信部１０３／１０７、１０８／１１０、基地局２００のデータチャネル又は制御チャネル送受信部２０３／２０７、２０８／２１０、ＭＡＣ合成部２０４およびＰＤＵ分割部２１１、ＦＣＳ検査部２０５、ＩＰ処理部２０６および端末装置２５０のＴＣＰ処理部２５２の動作および信号を示す。

先ず、図４において、無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２からＴＣＰセグメントｓ１０６がＰＤＵ分割部１１１へ送信される（ステップＡ１０１）。ＰＤＵ分割部１１１からデータチャンネル送信部１１０へ送信ＰＤＵｓ１１１が送信され（ステップＡ１０２）、基地局２００のデータチャネル受信部２０３でこれを受信する（ステップＡ１０３）。受信した対応するＰＤＵに生じた誤りをデータチャネル受信部２０３見逃す（ステップＡ１０４）。基地局２００のＭＡＣ合成部２０４は、ＭＡＣフレームを合成する（ステップＡ１０５）。この誤りは、ＦＣＳ検査部２０５で検出され（ステップＡ１０５）、検出信号ｓ２０５ｂがＭＡＣ合成部２０４へ向けて返される（ステップＡ１０６）。これは、この信号をトリガとしてＭＡＣ合成部２０４から制御チャネル送信部２０８へＭＡＣ合成が不かである旨のＭＡＣ合成結果ｓ２０４ｂを伝える（ステップＡ１０７）。これを受けた基地局２００の制御チャネル送信部２０８は、無線区間のＮＡＣＫを無線端末装置１００へ送信する（ステップＡ１０８）。これに対し、無線端末装置１００のデータチャネル送信部１０８は、無線区間のＰＤＵを基地局２００に送信する（ステップＡ１０９）が、これは上述したステップＡ１０３が再送されたものである。

基地局２００において、ステップＡ１０９の再送データが誤りなく受信される（ステップＡ１１０）と、基地局２００のＭＡＣ合成部２０４でＰＤＵが復元され、ＭＡＣフレームが合成される（ステップＡ１１１）。ＦＣＳ検査部２０５は、この合成されたＭＡＣフレームに誤りがないことが確認されると、これに対するＡＣＫが生成される（ステップＡ１１２）。これが無線区間のＡＣＫ信号に変換され、無線端末装置１００の制御チャネル受信部１０７に送られる（ステップＡ１１３、Ａ１１４）。

基地局２００においてＭＡＣフレームがＩＰ処理部２０６およびネットワーク２３０を介して端末装置２５０のＴＣＰ処理部２５２に到着する（ステップＡ１１５、Ａ１１６）。そこで、端末装置２５０のＴＣＰ処理部２５２からＴＣＰ−ＡＣＫがＩＰ処理部２０６に送信され（ステップＡ１１７）、これが無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２に到着すると（ステップＡ１１８〜Ａ１２３）、無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２は、ステップＡ１０１のＴＣＰセグメントの送達を確認する。

上述した図４におけるデータの流れを、従来技術である上述した図１０と比較すると、本発明（図４）ではデータチャネル受信部見逃した誤りをＦＣＳ検査部２０５（１０５）で検出し、無線区間のＡＣＫとしてフィードバックするので、図１０の如きＴＣＰタイムアウトは発生せず、End-to-Endの送達遅延は大幅に改善されていることに注目されたい。

次に、図５を参照して説明する。このタイミングチャートは、本発明において受信ＰＤＵヘッダに存在する誤りのため、基地局２００のＭＡＣ合成部２０４でＭＡＣフレームが合成できなかった場合のデータの流れを示す。無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２からＰＤＵ分割部１１１へＴＣＰセグメントｓ１０６が出力される（ステップＡ２０１）。これは、データチャネル送信部１１０へ送信ＰＤＵｓ１１１として送られ（ステップＡ２０２）、更に基地局２００のデータチャネル受信部２０３へ送られる（ステップＡ２０３）。対応するＰＤＵのヘッダに生じた誤りがデータチャネル受信部２０３で見逃され、ＭＡＣ合成部２０４がＭＡＣフレームを合成できなかったとする（ステップＡ２０４）。そこで、ＭＡＣ合成は不可の旨ｓ２０４ｂを制御チャネル送信部２０８へ伝え（ステップＡ２０５）、無線区間のＮＡＣＫを無線端末装置１００へ送信する（ステップＡ２０６）。これに対し、無線端末装置１００のデータチャネル送信部１１０は、無線区間のＰＤＵを基地局２００へ送信するが（ステップＡ２０７）、このＰＤＵは、ステップＡ２０２が再送されたものである。

ステップＡ２０７の再送が基地局２００で誤りなく受信されると（ステップＡ２０８）、ＭＡＣフレームが合成された後、ＦＣＳ検査部２０５で誤りがないことが確認されると（ステップＡ２０９）、これに対するＭＡＣ合成結果＝ＯＫが生成される（ステップＡ２１０）。これが無線区間のＡＣＫ信号として基地局２００の制御チャネル送信部２０８から無線端末装置１００の制御チャネル受信部１０７へ到着する（ステップＡ２１１、Ａ２１２）。また、ステップＡ２０９のＭＡＣフレームは、ＩＰ処理部２０６およびネットワーク２３０を介して端末装置２５０のＴＣＰ処理部２５２へ到着する（ステップＡ２１３、Ａ２１４）。そして、無線端末装置１００のＴＣＰ処理部１１２は、ステップＡ２０１のＴＣＰセグメントの送達を認識する（ステップＡ２１５〜Ａ２２２）。この場合にも、上述した図４の場合と同様に、従来技術に比較してEnd-to-Endの送達遅延は、大幅に改善される。

以上、本発明による無線通信システムの好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の反なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること当業者には容易に理解できよう。

本発明が適用される無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。 図１中の無線端末装置の詳細構成を示すブロック図である。 図１中の基地局の詳細構成を示すブロック図である。 本発明の動作を説明するタイミングチャートであり、ＰＤＵに生じた誤りが受信側データチャネル受信部で見逃された場合である。 本発明の動作を説明するタイミングチャートであり、受信ＰＤＵヘッダに誤りが存在する場合である。 従来の無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図６中の無線端末装置の詳細構成を示すブロック図である。 図６中の基地局の詳細構成を示すブロック図である。 従来の無線通信システムの通常（誤り見逃しが発生しない場合）動作を説明するタイミング図である。 従来の無線通信システムの誤り見逃しが発生した場合の動作を説明するタイミング図である。 ＭＡＣフレーム合成およびＰＤＵ分割の説明図である。

符号の説明

１００ 無線端末装置
２００ 基地局
１０１、２０１ アンテナ
１０２、２０２ 無線部
１０３、２０３ データチャネル受信部（第１誤り検出手段）
１０４、２０４ ＭＡＣ合成部（合成手段）
１０５、２０５ ＦＣＳ検査部（第２誤り検出手段）
１０６、２０６ ＩＰ処理部
１０７、２０７ 制御チャネル受信部
１０８、２０８ 制御チャネル送信部
１０９、２０９ 信号合成部
１１０、２１０ データチャネル送信部
１１１、２１１ ＰＤＵ分割部
１１２、２５２ ＴＣＰ処理部
２３０ ネットワーク
２５０ 端末装置

Claims (7)

1. 無線端末装置および基地局間の如き無線区間を含む自動再送要求（ＡＲＱ）方式を適用する無線通信システムにおいて、
   前記無線区間のデータ単位に関する誤りを検出する第１誤り検出手段と、前記無線区間のデータ単位から上位レイヤのデータ単位を合成する合成手段と、該合成手段で合成された上位レイヤのデータ単位に関する誤りを検出する第２誤り検出手段とを設け、
   前記第１誤り検出手段および前記第２誤り検出手段の誤り検出結果に基づいて、前記無線区間の伝送データに関する再送要求情報を生成することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線区間のデータ単位から上位レイヤのデータ単位を合成する合成手段において、データ合成が不可となった場合には、前記合成不可の状態が発生したという情報に基づいて前記無線区間の伝送データに関する再送要求情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 上位レイヤのデータ単位は、Ethernet（登録商標）のＭＡＣフレームであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 無線端末装置とネットワークを介して端末装置に接続された基地局との間に無線区間を含み、前記無線端末装置および前記基地局は、信号変換を行う無線部、データチャネルの送受信を行うデータチャネル送受信部、制御チャネルの送受信を行う制御チャネル送受信部、前記制御チャネル送信部およびデータチャネル送信部の出力信号を合成する信号合成部、ＩＰに従いＩＰデータグラムの送受信を行うＩＰ処理部、受信ＰＤＵを合成してＭＡＣフレームを復元するＭＡＣ合成部およびＰＤＵ分割を行うＰＤＵ分割部を含む無線通信システムにおいて、
   前記ＩＰ処理部および前記ＭＡＣ合成部間にＦＣＳ検査部を設け、前記ＭＡＣ合成部のＭＡＣ合成結果を前記制御チャネル送信部へ出力することを特徴とする無線通信システム。
5. 前記ＦＣＳ検査部は、前記ＭＡＣ合成部からＭＡＣフレームを受信し、前記ＭＡＣ合成部へＦＣＳ結果を出力することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記ＦＣＳ検査部は、入力される前記ＭＡＣフレームをＦＣＳの生成多項式と同じ多項式で割算して前記ＭＡＣフレームの誤りを検出することを特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信システム。
7. 前記データチャネル受信部のＣＲＣ結果および前記ＭＡＣ合成部のＭＡＣ合成結果の両方がＯＫのときのみＡＣＫを、その他の場合にはＮＡＣＫを出力することを特徴とする請求項４、５又は６に記載の無線通信システム。

Images