JP2006311464A - Ｉｐパケットマッピング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダによるオーバーヘッドを削減して効率を向上させ、再送単位をＩＰパケットにより近いものとすることにより品質制御の性能を向上させ、更に、幅広く分布するサイズのＩＰパケットに適切に対応することのできるＩＰパケットマッピング方法を提供する。
【解決手段】 ＩＰパケットが所定のサイズより小さい場合はそのままとし、所定のサイズを超える場合は分割を行ってＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＩＰ（Internet Protocol）パケットを物理チャネルの無線フレームにマッピングするＩＰパケットマッピング方法に関する。

図１は従来のＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）におけるＩＰパケットの物理チャネルへのマッピング方法を示す図である。

図１において、送信対象となるＩＰパケットは、先ず、ＲＬＣ（Radio Link Control）レイヤの再送単位である一定サイズのＲＬＣ−ＰＤＵ（Protocol Data Unit）に分割される（ステップＳ１）。なお、ＲＬＣ−ＰＤＵの先頭部分には、ＲＬＣレイヤで再送を実現するためのパケット番号等の制御情報を含むヘッダＨ（ＲＬＣヘッダ）が付加される。

次いで、チャネル状態に応じて１フレームにて送信可能なＲＬＣ−ＰＤＵがまとめられ、ＭＡＣ（Media Access Control）−ＰＤＵが生成される（ステップＳ２）。

次いで、このＭＡＣ−ＰＤＵの先頭部分にはＭＡＣレイヤでの制御情報を含むヘッダＭＡＣ−Ｈ（ＭＡＣヘッダ）が付加されるとともに、ＭＡＣレイヤでの再送を行うための誤り検出符号ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号が付加される（ステップＳ３）。

次いで、ＭＡＣヘッダおよびＣＲＣ符号が付加されたＭＡＣ−ＰＤＵは、誤り訂正のためのチャネル符号化が行われ、チャネルコーディングブロック（Channel Coding Block）となる（ステップＳ４）。なお、このチャネルコーディングブロックはＭＡＣレイヤでの再送単位であるＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）ブロックである。

そして、チャネルコーディングブロックは無線フレーム（Radio Frame）にマッピングされ（ステップＳ５）、送信される。

なお、出願人は出願時点までに本発明に関連する先行技術文献を発見することができなかった。よって、先行技術文献情報を開示していない。

従来のＨＳＤＰＡにおけるＩＰパケットの物理チャネルへのマッピング方法は上述したように行われるものであったが、次のような問題点があった。

第１に、ＲＬＣレイヤ、ＭＡＣレイヤという複数のレイヤを経由して物理チャネルの無線フレームにマッピングが行われるものであるため、途中で多くのヘッダが付加されることになり、そのオーバーヘッドにより通信の効率化が図れないという問題があった。図２は従来のＩＰパケットの物理チャネルへのマッピングにおけるヘッダ等のビット数の例を示す図であるが、例えばＩＰパケットを１５００バイト、ＲＬＣ−ＰＤＵを４０バイトとすると、ＩＰパケットは３８個のＲＬＣ−ＰＤＵに分割されることとなり、それぞれに１６ビットのＲＬＣヘッダが付加される。また、ＭＡＣ−ＰＤＵに付加されるヘッダ等は図示のようになる。このように多くのヘッダ等が付加されるため、そのオーバーヘッドにより通信の効率化が図れない。

第２に、最終的に品質を維持すべき単位は送信対象であるＩＰパケットであるものの、データ誤りが発生した場合に品質を維持するための再送は、チャネルコーディングブロック（ＡＲＱブロック）を単位とするＭＡＣレイヤと、ＲＬＣ−ＰＤＵを単位とする上位のＲＬＣレイヤとの２層で行われており、ＩＰパケットとは直接に関係しない。例えば、ＩＰパケットが１０個のＲＬＣ−ＰＤＵに分割される場合、そのうちの９個が正常に受信されたとしても、１個に誤りが発生すればＩＰパケット全体としては無意味なものとなり、再送制御が有効に作用していない。

第３に、ＩＰパケットは可変長であるため、様々なサイズのものがマッピングの対象となるが、従来の方法では固定サイズのＲＬＣ−ＰＤＵに分割され、チャネル状態に応じて１フレームにて送信可能なＲＬＣ−ＰＤＵがまとめられてＭＡＣ−ＰＤＵが生成されるものであり、ここではＩＰパケットのサイズが何ら考慮されていないため、十分効率的なものとすることができない。図３は有線系インターネット上のＩＰパケットサイズの分布の例を示す図であり、（ａ）はＩＰパケットのサイズ（横軸）に対するパケット数割合（縦軸）を示し、（ｂ）はＩＰパケットのサイズ（横軸）に対するパケット数割合の累積値（縦軸）を示しているが、４０バイト前後の極めて短いものと、１５００バイト前後の大きいものとに二極化している傾向がある（６４バイト以下が約５０％、１４００バイト以上が約２０％）。今後の無線通信ではＩＰパケットが主なトラヒックになると考えられることから、このように幅広く分布するサイズのＩＰパケットに適切に対応できることが望まれる。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、ヘッダによるオーバーヘッドを削減して効率を向上させ、再送単位をＩＰパケットにより近いものとすることにより品質制御の性能を向上させ、更に、幅広く分布するサイズのＩＰパケットに適切に対応することのできるＩＰパケットマッピング方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、ＩＰパケットが所定のサイズより小さい場合はそのままとし、所定のサイズを超える場合は分割を行ってＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えるようにしている。

また、請求項２に記載されるように、ＩＰパケットから固定サイズの１または複数のＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えるようにすることができる。

また、請求項３に記載されるように、ＩＰパケットからそのまま可変サイズのＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えるようにすることができる。

また、請求項４に記載されるように、請求項１に記載のＩＰパケットマッピング方法において、上記所定のサイズは、受信品質情報および／もしくは再送要求信号頻度に応じて適応的に設定するようにすることができる。

また、請求項５に記載されるように、請求項１または４のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、上記ＩＰパケットが所定のサイズを超える場合の分割は、上記ＩＰパケットを先頭から上記所定のサイズの部分で分割するようにすることができる。

また、請求項６に記載されるように、請求項１または４のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、上記ＩＰパケットが所定のサイズを超える場合の分割は、上記ＩＰパケットを上記所定のサイズ以下となるように所定の個数に等分割するようにすることができる。

また、請求項７に記載されるように、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、受信側から上記チャネルコーディングブロックの誤りの程度を示す信頼度を受信する工程と、上記信頼度に応じ、信頼度が低い場合には多くのビットを再送し、信頼度が高い場合には一部のビットのみを再送する工程とを備えるようにすることができる。

また、請求項８に記載されるように、請求項７に記載のＩＰパケットマッピング方法において、上記信頼度は信頼度に応じてレベル分けされたＮＡＣＫ信号により受信されるものとすることができる。

また、請求項９に記載されるように、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、受信側から上記チャネルコーディングブロックのビット毎あるいはブロック毎の誤りの程度を示す信頼度を受信する工程と、上記信頼度に応じ、信頼度が低く誤りが発生していると判断されるビットあるいはブロックのみを再送する工程とを備えるようにすることができる。

また、請求項１０に記載されるように、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、そのままもしくは分割したＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合またはサイズに余裕が生ずる場合、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行うようにすることができる。

また、請求項１１に記載されるように、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、上記ＣＲＣ符号に基づく受信側からの再送要求信号は、他の制御シンボルとともにＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号をＣＲＣ符号化した他のＣＲＣ符号を伴うようにすることができる。

また、請求項１２に記載されるように、ＩＰパケットの分割および／もしくは続くＩＰパケットとの連接を行い、ＭＡＣ−ＰＤＵを生成する分割・連接部と、上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行うパケット符号化部と、上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成するチャネル符号化部と、上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングするマッピング部とを備える送信機として構成することができる。

本発明のＩＰパケットマッピング方法にあっては、ＲＬＣレイヤのヘッダがなくなることでオーバーヘッドが低減し効率を向上させることができる。また、再送単位がＩＰパケットにより近いものとなることで品質制御の性能を向上させることができる。更に、ＩＰパケットのサイズに応じていくつかのパターンで分割・連接を行うことで幅広く分布するサイズのＩＰパケットを効率よく伝送することができる。

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。

図４は本発明のＩＰパケットマッピング方法を示すフローチャートである。

図４（ａ）はＩＰパケットの分割を行わず可変長のＭＡＣ−ＰＤＵを生成するタイプであり、ＩＰパケットからそのままＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程（ステップＳ１１）と、生成されたＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダ（ＭＡＣレイヤでの制御情報を含む）およびＣＲＣ符号（ＭＡＣレイヤでの再送を行うための誤り検出符号）の付加を行う工程（ステップＳ１２）と、ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵを誤り訂正のためにチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程（ステップＳ１３）と、チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程（ステップＳ１４）とから構成されている。なお、ＭＡＣ−ＰＤＵの生成工程（ステップＳ１１）では、ＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合（チャネル符号化利得が得られない程度のサイズの場合）に、続くＩＰパケットとの連接（送信バッファに続くＩＰパケットがある場合に限られる）、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う場合と行わない場合とがある。また、これらの連接等の処理は、無線リンク状態に応じて制御を行うようにすることができる。

図４（ｂ）はＩＰパケットのサイズに応じて分割を行って可変長のＭＡＣ−ＰＤＵを生成するタイプであり、ＩＰパケットが所定のサイズより小さい場合はそのままとし、所定のサイズを超える場合は分割を行ってＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程（ステップＳ２１）と、生成されたＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程（ステップＳ２２）と、ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程（ステップＳ２３）と、チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程（ステップＳ２４）とから構成されている。なお、ＭＡＣ−ＰＤＵの生成工程（ステップＳ２１）では、そのままもしくは分割したＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合に、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う場合と行わない場合とがある。また、これらの連接等の処理は、無線リンク状態に応じて制御を行うようにすることができる。

図４（ｃ）は常に固定サイズのＭＡＣ−ＰＤＵを生成するタイプであり、ＩＰパケットから固定サイズの１または複数のＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程（ステップＳ３１）と、生成されたＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程（ステップＳ３２）と、ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程（ステップＳ３３）と、チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程（ステップＳ３４）とから構成されている。なお、ＭＡＣ−ＰＤＵの生成工程（ステップＳ３１）では、生成したＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが事前に定めた値より小さい場合に、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う場合と行わない場合とがある。また、これらの連接等の処理は、無線リンク状態に応じて制御を行うようにすることができる。

図５は本発明のＩＰパケットマッピング方法のパターンの分類を示す図であり、Ｐ１〜Ｐ７が図４（ａ）の方法に相当し、Ｐ８〜Ｐ２０が図４（ｂ）の方法に相当し、Ｐ８、P２１〜Ｐ２５が図４（ｃ）の方法に相当する。なお、Ｐ８〜Ｐ２０は、更に、一定長以下となるように等分割する場合のＰ８〜Ｐ１３と、固定長で分割する場合のＰ８、Ｐ９、Ｐ１４〜Ｐ２０とに分かれる。

図６〜図９は上記のパターンのうち代表的なものにおけるＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図である。

図６は分割なし、可変長の場合（図４（ａ）および図５のＰ１〜Ｐ７の方法に対応）のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図であり、ＩＰパケットのサイズにＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが連動する様子を示している。なお、ＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合、ハッチング（斜線部）で示すように、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う様子を併せて示している。

この方法によれば、オーバーヘッドが最も小さくなる利点がある。また、再送、チャネル符号化の単位が最終品質を保証すべきＩＰパケットとなるため、品質制御が簡単になる。反面、ＩＰパケットのサイズが１５００バイトといった非常に大きい場合、再送単位が非常に大きくなるため、再送の効率が劣化する可能性がある。また、ＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが大きく変動する。なお、後述するように再送の仕組を改良することにより、再送による効率劣化の問題を解消することができる。

図７は分割あり、可変長、一定長以下となるように等分割の場合（図４（ｂ）および図５のＰ８〜Ｐ１３の方法に対応）のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図であり、スレショールドサイズＳ_ＴＨまではＩＰパケットのサイズにＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが連動するが、スレショールドサイズＳ_ＴＨを超えた場合は一定長以下となるように等分割が行われる様子を示している。なお、ＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合、ハッチングで示すように、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う様子を併せて示している。

この方法によれば、非常に大きいサイズのＭＡＣ−ＰＤＵが存在することはなくなるとともに、ＭＡＣ−ＰＤＵのサイズの変動が小さくなるが、オーバーヘッドが若干大きくなる。

図８は分割あり、可変長、固定長で分割（１つのみ可変長）の場合（図４（ｂ）および図５のＰ８、Ｐ９、Ｐ１４〜Ｐ２０の方法に対応）のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図であり、スレショールドサイズＳ_ＴＨまではＩＰパケットのサイズにＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが連動するが、スレショールドサイズＳ_ＴＨを超えた場合は先頭側から固定長で分割が行われ、残った部分は可変長となる様子を示している。なお、そのままもしくは分割したＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合、ハッチングで示すように、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う様子を併せて示している。

この方法によれば、非常に大きいサイズのＭＡＣ−ＰＤＵが存在することはなくなるとともに、ＭＡＣ−ＰＤＵのサイズの変動が小さくなるが、オーバーヘッドが若干大きくなるとともに、小さいサイズのＭＡＣ−ＰＤＵができる可能性がある。

図９は分割あり、固定長の場合（図４（ｃ）および図５のＰ８、P２１〜Ｐ２５の方法に対応）のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図であり、常に固定サイズのＭＡＣ−ＰＤＵを生成する様子を示している。なお、生成したＭＡＣ−ＰＤＵのサイズが事前に定めた値より小さい場合、ハッチングで示すように、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行う様子を併せて示している。

この方法によれば、ＭＡＣ−ＰＤＵが一定サイズ以下であるため、無線フレームへのマッピングが容易となる。反面、オーバーヘッドは大きくなる。

次に、図１０は本発明のＩＰパケットマッピング方法を適用した通信システムの構成例を示す図である。

図１０において、送信機１０は、送信対象のＩＰパケットを一時的に蓄積する送信バッファ１１と、この送信バッファ１１に蓄積されたＩＰパケットを取り出し、分割および／もしくは続くＩＰパケットとの連接を行い、ＭＡＣ−ＰＤＵを生成する分割・連接部１２と、生成したＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行うパケット符号化部１３と、ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成するチャネル符号化部１４と、チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングするマッピング部１５と、マッピングした無線フレームを無線信号に変調する変調部１６とを備えている。また、送信機１０は、受信機２０から送られてくる再送要求信号に応じて再送制御を行う再送制御部１７と、受信機２０から送られてくる受信品質情報および再送要求信号（頻度）に応じて分割・連接部１２の分割サイズおよび連接の有無を制御する制御部１８とを備えている。ここで、制御部１８は、受信品質が悪い場合あるいは再送要求信号の頻度が高い場合には、分割サイズを小さくし、連接を行わない方向に制御し、反対に受信品質が良い場合あるいは再送要求信号の頻度が低い場合には、分割サイズを大きくし、連接を行う方向に制御することで、より効率的に送信が行えるようにする。

一方、受信機２０は、無線信号を復調する復調部２１と、復調した信号から受信品質を測定して送信機１０側に送る受信品質測定部２２と、復調した信号から再送の有無を判断して送信機１０側に再送要求信号を送る再送制御部２３と、復調した信号からＩＰパケットを再生するＩＰパケット再生部２４とを備えている。

図１１は、図１０の分割・連接部１２、パケット符号化部１３、チャネル符号化部１４において、ＩＰパケットからＭＡＣ−ＰＤＵを経てチャネルコーディングブロックを生成する例を示す図である。図１１（ａ）はＩＰパケットが大きい場合を示しており、ＩＰパケットは複数のＭＡＣ−ＰＤＵに分割された上でヘッダおよびＣＲＣ符号が付加され、チャネルコーディングブロックとされる。図１１（ｂ）はＩＰパケットが小さい場合を示しており、複数のＩＰパケットが１つのＭＡＣ−ＰＤＵにまとめられた上でヘッダおよびＣＲＣ符号が付加され、チャネルコーディングブロックとされる状態を示している。

なお、ＭＡＣ−ＰＤＵのサイズがＩＰパケットのサイズに連動する場合や固定サイズとなる場合を除き、制御部１８（図１０）によるＭＡＣ−ＰＤＵのサイズの制御には、通信状態に応じてデータレートとデータ誤り率の関係を適切に制御する適応変復調・チャネル符号化(ＡＭＣ：Adaptive Modulation and channel Coding)を用いることができる。この場合、ＭＡＣ−ＰＤＵのサイズはチャネル状態に応じて変動し、１フレームにて送信可能なパケット数が変わることになる。図１２は適応変復調・チャネル符号化（ＡＭＣ）の概念図であり、基地局１００から同一の送信電力で送信を行っているものとすると、基地局１００の近傍に存在するユーザ＃１の端末２０１では受信電力が大きく、チャネル状態が良いため、高データレートとなる変調方式（例えば１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)）およびチャネル符号化率（大）を選択する。また、遠方に存在するユーザ＃２の端末２０２では受信電力が小さく、チャネル状態が悪いため、低データレートではあるがデータ誤り率の低い変調方式（例えばＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)）およびチャネル符号化率（小）を選択する。図１３はデータ変調方式とチャネル符号化率の組み合わせの例を示す図であり、矢印方向（下）に向かうにつれてデータレートは増大するがデータ誤り率は増大するものである。従って、チャネル状態が良いほど下方にあるデータ変調方式とチャネル符号化率の組み合わせを適用し、チャネル状態が悪いほど上方にあるデータ変調方式とチャネル符号化率の組み合わせを適用する。実際には、チャネル状態の指標となるＳＩＲ(Signal to Interference power Ratio)等とデータ変調方式およびチャネル符号化率を対応付けたテーブルを用意しておき、測定したチャネル状態に応じてテーブルを参照し、該当するデータ変調方式およびチャネル符号化率に切り替えることでＡＭＣを実現する。

図１４は、図１０のマッピング部１５における、チャネルコーディングブロックから無線フレームへのマッピングの例を示す図である。図１４（ａ）は複数のチャネルコーディングブロックから無線フレームへマッピングを行う場合を示しており、図１４（ｂ）は１つのチャネルコーディングブロックから複数の無線フレームへマッピングを行う場合を示している。なお、無線フレームは送信単位であるチャンク（Ｃｈｕｎｋ）に分かれており、チャンクは周波数的（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing等）、コード的（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access等）、時間的（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access等）、空間的（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output等）あるいはこれらの組み合わせで区切られる。

次に、図１５〜図１８は、図１０における送信機１０の再送制御部１７および受信機２０の再送制御部２３により行われる再送制御についての説明図である。

図１５はハイブリッドＡＲＱの処理を示す図であり、送信機１０側ではＣＲＣビット付与（ステップＳ１０１）および誤り訂正符号化（ステップＳ１０２）を行い、受信機２０側では誤り訂正復号（ステップＳ２０１）の後、ＣＲＣビットを用いた誤り検出を行い（ステップＳ２０２）、誤りがある場合は送信機１０側に再送要求を行い、誤りがなければ送信（受信）を完了するものである（ステップＳ２０３）。

また、図１６は本発明の実施形態で採用するＣＲＣ符号に基づく再送要求信号誤り検出型ハイブリッドＡＲＱの説明図であり、図１６（ａ）に示すように、受信機２０側からの再送要求信号は、他の制御シンボル（適応変復調・チャネル符号化に必要な受信ＳＩＲ等）とともにＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号をＣＲＣ符号化した他のＣＲＣ符号（ＣＲＣ−ｂｉｔｓ）を伴うようにすることで、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号自体の誤りを低減するようにしている。これにより、図１６（ｂ）に示すように送信機１０側からパケット＃ｋを送った結果、受信機２０側で誤りを検出してＮＡＣＫ信号を送信機１０側に送った場合、このＮＡＣＫ信号自体が誤ってＡＣＫ信号として受信された場合であっても、ＣＲＣ符号により本来はＮＡＣＫ信号であると認識され、誤りの発生したパケット＃ｋを適切に再送することができる。図１７は本実施形態との比較のために示した従来の一般的なハイブリッドＡＲＱで発生する再送要求信号誤りの例を示す図であるが、図１７（ａ）に示すように本来のＡＣＫ信号をＮＡＣＫ信号として認識してしまった場合は、本来は正常に受信されているパケット＃ｋを再送してしまい、効率を低下させてしまう。また、図１７（ｂ）に示すように本来のＮＡＣＫ信号をＡＣＫ信号として認識してしまった場合は、正常に受信されていないパケット＃ｋを正常に受信されているとして扱うため、パケットの欠落を生じ、受信品質を悪化させてしまう。ちなみに、従来は図１８に示すように上位のＲＬＣレイヤによって正常に到達していないパケットの再送を行うことで対処していたが、ＭＡＣレイヤの再送が１０ｍｓｅｃ程度で行われるのに対し、ＲＬＣレイヤの再送は１００ｍｓｅｃ程度の時間を要し、遅延時間が無視しえなかった。この点、ＣＲＣ符号に基づく再送要求信号誤り検出型ハイブリッドＡＲＱを採用する本実施形態では、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号を正確に認識することができ、ＲＬＣレイヤを用いなくても品質の高い送信を行うことができる。

上述したように、本実施形態にあっては、ＲＬＣレイヤのヘッダがなくなることでオーバーヘッドが低減し効率を向上させることができる。また、再送単位がＩＰパケットにより近いものとなることで品質制御の性能を向上させることができる。更に、ＩＰパケットのサイズに応じていくつかのパターンで分割・連接を行うことで幅広く分布するサイズのＩＰパケットに適切に対応することができる。

次に、ＩＰパケットを分割せずにマッピングする場合（図４（ａ）、図５のＰ１〜Ｐ７、図６の方法に対応）における再送による効率劣化の問題を解消する手法について説明する。なお、この手法はＩＰパケットを分割せずにマッピングする場合に特に有効であるが、他のパターンにも適用することができる。

すなわち、通常のハイブリッドＡＲＱでは誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を送信側に返すことでチャネルコーディングブロック（ＡＲＱブロック）の単位で再送を行うものであり、ＩＰパケットを分割せずにチャネルコーディングブロックとする場合には、ＩＰパケットが長い場合に再送によって効率が低下する。しかしながら、誤りを含む場合においても、全体が誤った場合もあれば一部しか誤っていない場合も存在し、常に全体を再送することは効率的ではない。そこで、全体の誤りの程度を示す信頼度あるいはビット毎／ブロック毎の信頼度をＮＡＣＫ信号に付加することで、必要最小限の再送を行わせる手法を採用している。

図１９は本発明のＩＰパケットマッピング方法を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。図１９における構成は図１０に示したものとほぼ同様であり、受信機２０において、復調部２１の復調過程からビット毎の信頼度を検出し、必要に応じこれらを平均化してブロック毎あるいは全体の誤りの程度を示す信頼度を生成し、再送制御部２３に対してそれらの情報を付加してＮＡＣＫ信号を返送させる信頼度検出部２５が設けられている点と、送信機１０において再送制御部１７がＮＡＣＫ信号に付加される信頼度に基づいて必要最小限の再送を行う機能が付加されている点とが異なる。

図２０はＮＡＣＫ信号の例を示す図であり、（ａ）はＮＡＣＫ信号であることの識別情報とともにＡＲＱブロック全体の誤りの程度を示す信頼度を示す情報を伴う場合を示し、（ｂ）はＮＡＣＫ信号であることの識別情報とともにビット毎の誤りの程度を示す信頼度を示す情報を伴う場合を示し、（ｃ）はＮＡＣＫ信号であることの識別情報とともにブロック毎の誤りの程度を示す信頼度を示す情報を伴う場合を示している。なお、（ｂ）（ｃ）の場合は、信頼度情報として、信頼度が低く誤りが発生していると推定できる箇所の指定情報とすることができる。

図２１は図２０（ａ）に対応した全体の信頼度を併せて示すＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号の例を示す図であり、誤りのないＡＣＫ信号については１種類のＡＣＫ（０）とし、誤りがあることを示すＮＡＣＫ信号については信頼度の高いＮＡＣＫ（０）からＮＡＣＫ（６）までの７段階とした例を示している。なお、ＮＡＣＫ信号を何段階とするかは制御効率等を考慮して任意に決定することができる。

また、図２０（ｂ）（ｃ）において、ビット毎の信頼度を示す（ａ）ではフィードバックする情報量が多くなるため、ブロック毎の信頼度を示す（ｂ）の方が有利となる。図２２はブロックの例を示す図であり、１パケットを４個のブロック＃１〜４に分けた例を示している。

上述した信頼度情報を伴ったＮＡＣＫ信号を受け取った送信機１０の再送制御部１７は、全体の信頼度情報である場合には、信頼度が低い場合には多くのビットを再送し、信頼度が高い場合には一部のビットのみを再送する。また、ハイブリッドＡＲＱにおいて異なるパターンでパンクチャリングを行ったパケットとのパケット合成を行う場合には、追加する冗長度の大きさを変更することにより対応することができる。図２３はハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す図であり、（ａ）に示すように、パケットｐ１に復調誤りがあった場合はパケットｐ１を廃棄し、同内容のパケットｐ２の再送を受けて再度復調処理を行うタイプと、（ｂ）および（ｃ）に示すように、パケットｐ１に復調誤りがあった場合はそのパケットｐ１を廃棄せずに保持しておき、このパケットｐ１と再送を受けたパケットｐ２とをパケット合成してパケットｐ３を生成し、このパケットｐ３に対して復調処理を行うタイプとがある。ここで、（ｂ）は同じパケットの再送を受けるものであり、パケット合成により受信ＳＩＲが改善するものである。また、（ｃ）は異なるパターンでのパンクチャリングを行ったパケットの再送を受けるものであり、パケット合成により符号化利得が改善するものである。上述の追加する冗長度の大きさを変更する場合は（ｃ）のタイプとなる。

また、信頼度情報を伴ったＮＡＣＫ信号を受け取った送信機１０の再送制御部１７は、ビット毎あるいはブロック毎の信頼度情報である場合には、信頼度が低く、誤りが発生していると判断されるビットあるいはブロックのみを再送する。

図２４〜図２８は復調過程から信頼度を生成する手法を示したものである。

図２４は繰り返し復号を行う復号器の構成例を示す図であり、ｙ_０〜ｙ_２は多重分離された受信信号（復号器の入力信号）であって、ｙ_０は信号系列の情報ビットのみからなる信号、ｙ_１は信号系列が再帰的組織畳み込み符号化された信号、ｙ_２は信号系列がインターリーブされ、更に再帰的組織畳み込み符号化された信号である。そして、信号ｙ_０と信号ｙ_１とが軟入力軟出力復号器ＤＥＣ１により復号され、その出力信号と信号ｙ_０とがインタリーバＩによりインターリーブされたものと信号ｙ_２とが軟入力軟出力復号器ＤＥＣ２により復号され、その出力信号がデインタリーバＤＩによりデインタリーブされたものが軟入力軟出力復号器ＤＥＣ１の入力信号に加えられる。そして、軟入力軟出力復号器ＤＥＣ１、ＤＥＣ２の出力信号は識別器Ｄ１、Ｄ２により硬判定されて出力信号となる。

図２５は復号器の軟判定出力を用いて信頼度を検出する例を示す図であり、パケットに含まれるビット毎の軟判定出力（尤度）を信頼度の指標として採用することができる。すなわち、図２４に示したような繰り返し復号器では、複数の軟入力軟出力復号器ＤＥＣ１、ＤＥＣ２を接続する構成を持ち、最終段において軟出力を硬判定することにより信号系列を再生するものであり、硬判定のスレショルドレベル（０レベル）に近い、絶対値の小さいｅ１、ｅ２は誤っている確率が高く、信頼度が低いものとなる。

図２６は繰り返し復号過程での符号反転回数を用いて信頼度を検出する例を示す図であり、パケットに含まれるビット毎の軟判定出力が繰り返し過程で符号が反転する回数を信頼度の指標として採用することができる。すなわち、繰り返し数ｉとｉ＋１とで符号反転しているｅ１、ｅ２は復号結果が安定せず、誤っている確率が高いため、信頼度が低いものとなる。

図２７は繰り返し復号におけるクロスエントロピを用いて信頼度を検出する場合の算出処理の例を示す図であり、図２４中に示した信号の値を用いて計算することができる。この場合、クロスエントロピＴ_ＣＥが大きいほど復号結果が安定せず、誤っている確率が高いため、信頼度が低いものとなる。

図２８は受信ＳＩＮＲを用いて信頼度を検出する例を示す図であり、パケットに含まれるビット毎の受信ＳＩＮＲが小さいほど誤っている確率が高いため、信頼度が低いものとなる。

また、パケット内における最低の対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio）を信頼度の指標として用いることもできる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

従来のＨＳＤＰＡにおけるＩＰパケットの物理チャネルへのマッピング方法を示す図である。 従来のＩＰパケットの物理チャネルへのマッピングにおけるヘッダ等のビット数の例を示す図である。 有線系インターネット上のＩＰパケットサイズの分布の例を示す図である。 本発明のＩＰパケットマッピング方法を示すフローチャートである。 本発明のＩＰパケットマッピング方法のパターンの分類を示す図である。 分割なし、可変長の場合のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図である。 分割あり、可変長、一定長以下となるように等分割の場合のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図である。 分割あり、可変長、固定長で分割（１つのみ可変長）の場合のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図である。 分割あり、固定長の場合のＩＰパケットとＭＡＣ−ＰＤＵの関係の例を示す図である。 本発明のＩＰパケットマッピング方法を適用した通信システムの構成例を示す図である。 ＩＰパケットからＭＡＣ−ＰＤＵを経てチャネルコーディングブロックを生成する例を示す図である。 適応変復調・チャネル符号化（ＡＭＣ）の概念図である。 データ変調方式とチャネル符号化率の組み合わせの例を示す図である。 チャネルコーディングブロックから無線フレームへのマッピングの例を示す図である。 ハイブリッドＡＲＱの処理を示す図である。 本発明の実施形態で採用するＣＲＣ符号に基づく再送要求信号誤り検出型ハイブリッドＡＲＱの説明図である。 従来の一般的なハイブリッドＡＲＱで発生する再送要求信号誤りの例を示す図である。 従来のＲＬＣレイヤによる再送要求信号誤りの補償の例を示す図である。 本発明のＩＰパケットマッピング方法を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。 ＮＡＣＫ信号の例を示す図である。 全体の信頼度を併せて示すＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号の例を示す図である。 ブロックの例を示す図である。 ハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す図である。 復号器の構成例を示す図である。 軟判定出力を用いて信頼度を検出する例を示す図である。 繰り返し復号過程での符号反転回数を用いて信頼度を検出する例を示す図である。 繰り返し復号におけるクロスエントロピを用いて信頼度を検出する場合の算出処理の例を示す図である。 受信ＳＩＮＲを用いて信頼度を検出する例を示す図である。

符号の説明

１０ 送信機
１１ 送信バッファ
１２ 分割・連接部
１３ パケット符号化部
１４ チャネル符号化部
１５ マッピング部
１６ 変調部
１７ 再送制御部
１８ 制御部
２０ 受信機
２１ 復調部
２２ 受信品質測定部
２３ 再送制御部
２４ ＩＰパケット再生部
２５ 信頼度検出部

Claims (12)

1. ＩＰパケットが所定のサイズより小さい場合はそのままとし、所定のサイズを超える場合は分割を行ってＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、
   上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、
   上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、
   上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えたことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
2. ＩＰパケットから固定サイズの１または複数のＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、
   上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、
   上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、
   上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えたことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
3. ＩＰパケットからそのまま可変サイズのＭＡＣ−ＰＤＵを生成する工程と、
   上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行う工程と、
   上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成する工程と、
   上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングする工程とを備えたことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
4. 請求項１に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   上記所定のサイズは、受信品質情報および／もしくは再送要求信号頻度に応じて適応的に設定することを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
5. 請求項１または４のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   上記ＩＰパケットが所定のサイズを超える場合の分割は、上記ＩＰパケットを先頭から上記所定のサイズの部分で分割することを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
6. 請求項１または４のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   上記ＩＰパケットが所定のサイズを超える場合の分割は、上記ＩＰパケットを上記所定のサイズ以下となるように所定の個数に等分割することを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
7. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   受信側から上記チャネルコーディングブロックの誤りの程度を示す信頼度を受信する工程と、
   上記信頼度に応じ、信頼度が低い場合には多くのビットを再送し、信頼度が高い場合には一部のビットのみを再送する工程とを備えたことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
8. 請求項７に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   上記信頼度は信頼度に応じてレベル分けされたＮＡＣＫ信号により受信されることを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
9. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
   受信側から上記チャネルコーディングブロックのビット毎あるいはブロック毎の誤りの程度を示す信頼度を受信する工程と、
   上記信頼度に応じ、信頼度が低く誤りが発生していると判断されるビットあるいはブロックのみを再送する工程とを備えたことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
    そのままもしくは分割したＩＰパケットのサイズが事前に定めた一定の値に満たない場合またはサイズに余裕が生ずる場合、続くＩＰパケットとの連接、繰り返し符号化によるレートマッチングもしくはダミービットの挿入を行うことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＩＰパケットマッピング方法において、
    上記ＣＲＣ符号に基づく受信側からの再送要求信号は、他の制御シンボルとともにＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号をＣＲＣ符号化した他のＣＲＣ符号を伴うことを特徴とするＩＰパケットマッピング方法。
12. ＩＰパケットの分割および／もしくは続くＩＰパケットとの連接を行い、ＭＡＣ−ＰＤＵを生成する分割・連接部と、
    上記ＭＡＣ−ＰＤＵにＩＰパケット分割情報を含むヘッダおよびＣＲＣ符号の付加を行うパケット符号化部と、
    上記ヘッダおよびＣＲＣ符号を付加したＭＡＣ−ＰＤＵをチャネル符号化してチャネルコーディングブロックを生成するチャネル符号化部と、
    上記チャネルコーディングブロックを無線フレームにマッピングするマッピング部とを備えたことを特徴とする送信機。

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