JP2007503772A - ランダム・アクセス通信機会の方法 - Google Patents

Abstract

ランダム・アクセス通信機会（１２）において、ユーザ端末（２０）は適応型変調・符号化通信プロトコル（２６）及びＨＡＲＱ通信プロトコル（２７）のうちの一方又は両方を利用し、性能を改良する。これにより、要求される通信をサポートするために個別チャネル（１３）を確立する必要が回避される。一実施形態では、複数の適応型変調・符号化通信プロトコルには、１つ以上の管理基準に相関して選択される所与のプロトコルが与えられる。例えば、プロトコルは通信路の品質状況、メモリ・バッファ等に相関して選択される。

Description

本発明は通信に関する。より詳細には、本発明はランダム・アクセス通信機会の使用に関する。

当該技術分野においては種々の通信プロトコルが公知である。例えば、第３世代パートナシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）は、無線通信路用の幾つかのプロトコルの開発を目指している。３ＧＰＰのもとの目的は、次世代グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーション（ＧＳＭ）のコア・ネットワークと、それらのネットワークがサポートする無線アクセス技術（即ち、周波数分割デュプレックス及び時分割デュプレックスの両モードを含むユニバーサル・テレストリアル無線アクセス（ＵＴＲＡ））とに基づき、第３世代移動体システムに全体的に適用可能な技術仕様及び技術報告を作成することであった。後に、３ＧＰＰの目的は、次世代無線アクセス技術（例えば、ゼネラル・パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）及びエンハンスト・データレート・フォー・ＧＳＭエボリューション（ＥＤＧＥ））を含む、ＧＳＭの技術仕様及び技術報告の整備及び開発を含むように補正された。

３ＧＰＰの仕様第２５．２１４版の第６章には、ランダム・アクセス・チャネル（ＲＡＣＨ）プロトコル、詳細には物理ランダム・アクセス手続が一部に記載されている（この仕様を引用により本明細書に援用する）。３ＧＰＰ ＵＭＴＳの仕様により、データ・パケットの伝送において必要な動作機能、予想される動作機能、及び所望される動作機能のうちの１つ以上の程度の変化に適応する、種々のプロトコル／動作状態を可能とする全手続が可能となる。

残念なことに、それらの動作状態のうちの１つは比較的高位の伝送データ機能をサポートするように設計されており、この目的に充分に適うものの、別の動作状態はより低位のデータ伝送機能をサポートするように設計されており、実際、少なくとも一部の所望される用途においては充分に設計されていないと考えられる。この別の動作状態においてはピーク・レート及び総ユーザ・スループットの両方が不適切であり、多くの動作の必要に充分に適わない場合がある。さらに、少なくとも一部の動作環境下では、この動作状態におけるアップリンク遅延時間性能も非常に長く、不適切であると考えられる。

本発明の種々の実施形態では、特定のユーザに対し中位から比較的高いデータ伝送レート通信を促進するように、一定の時間において特定のユーザに対し複数のアップリンク個別チャネルを提供する（例えば、対応する通信路状態中）。他の時間においては、ランダム・アクセス・チャネル（ＲＡＣＨ）通信機会を用いるアップリンク・データ伝送を提供する（例えば、別の対応する通信路状態中）。本発明の実施形態では、好適には、そうしたランダム・アクセス通信機会はハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）通信プロトコル及び適応型変調・符号化通信プロトコルのうちの少なくとも一方による。好適な一手法では、選択的な使用及び用途において、複数の選択可能なメッセージ・フレームも利用可能である。

一実施形態では、複数の適応型変調・符号化通信プロトコルの候補が利用可能である。ユーザ端末（又は基地局）は、種々の適切な基準に基づき特定のプロトコルを選択するこ
とが可能である。例えば、特定のプロトコルは、少なくとも部分的には、感知その他の手段により確認された通信路の品質状況及びユーザ端末のメモリ・バッファの状況のうちの少なくとも一方に相関して選択される。

そのように構成した場合、ランダム・アクセス通信機会はさらに活用され、遅延時間の減少及びデータ・スループットの改良が達成される（ピーク・データ・スループット及び総ユーザ・スループットの両方の改良を含む）。さらに、そうした改良は、３ＧＰＰ技術仕様第２５．２１１〜２５．２１４版等、既存の標準規格と完全に又は実質的に互換性を有する手法により得られる。そうした利点により、低位の伝送機能状態の改良された性能により多くの通信の必要を満たすことによって、より高位の伝送が可能な動作状態の必要が減少され、全通信路自体のより効率的な利用が可能となる。

図１には、本発明の実施形態の理解を向上させ得る３ＧＰＰ技術仕様第２５．３３１版に関し、さらに詳細を示す。本質的には、この仕様では３つの主な状態１０が提供される。第１の状態１１は、所謂、ＣＥＬＬ＿ＰＣＨ／ＵＲＡ＿ＰＣＨ状態であり、本質的には、伝送機能を欠く期間に機能する。第２の状態１２は、所謂、ＣＥＬＬ−ＦＡＣＨ状態であり、第３の状態１３による個別チャネル（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）の確立を補助するため、及び第２の状態自身が低位の伝送機能をサポートするために機能する。このＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態は、ネットワークにより検出され、捕捉インジケータ（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いて応答されるまで、出力レベルを増大してプレアンブルを送信することにより、アップリンクにてランダム・アクセス手続（修正スロット化ＡＬＯＨＡプロトコルを含む）を用いる。捕捉インジケータは、捕捉インジケータ・チャネルにて送信される。捕捉インジケータにより肯定応答された場合、最後に応答されたプレアンブルの数スロット後に、長さ１０ｍｓ〜２０ｍｓのメッセージ・フレームが送信される。第３の状態１３（所謂、ＣＥＬＬ−ＤＣＨ状態）は個別チャネルを用い、より高位の伝送をサポートする。個別チャネルは再構成交換１４により確立又は維持される。再構成交換１４には、ＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態１２が含まれ得る。

本発明の実施形態は、ＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ１２状態の利用及び構成の修正に関する。本発明の実施形態により、ランダム・アクセス通信機会（ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）（詳細には、そうしたランダム・アクセス手続のメッセージ部分）の利用が改良される。

ここで図２を参照する。本発明における使用に適切なユーザ端末２０は、好適には、動作可能にトランシーバ２２に接続されているコントローラ２１を備えており、例えば、メッセージ２３等のベアラ・コンテンツの伝送が可能である。好適な一実施形態では、トランシーバ２２は、３ＧＰＰ仕様第２５．２１１〜２５．１１版との互換性を有する無線トランシーバである。当然のことながら、選択した通信システムにおいて互換動作を保証するために適切な他のトランシーバが利用され得る。そうしたユーザ端末２０は、任意でメモリ・バッファ２４を備えることも可能である。メモリ・バッファ２４は当該技術分野において周知である。そうしたメモリ・バッファ２４を利用して、例えば、ベアラ・コンテンツのうちの有用な送信若しくは受信、又は送信及び受信をサポートすることが可能である。ユーザ端末は当該技術分野において周知であり、当業者には、所与の用途の必要に適うように他の構成要素又は性能が与えられることが認識されるであろう。したがって、簡潔及び焦点保持のため、上述の構成要素の詳細及びそうした追加の構成要素の説明を本明細書において述べることはしない。

また、好適な一実施形態では、ユーザ端末２０は、異なるメッセージ・フレーム・サイズのセットからメッセージ・フレーム・サイズを選択するための機構２５、適応型変調・符号化通信２６、及びＨＡＲＱ通信プロトコルのうちの１つ以上も備える。そのような構
成要素又は機能もまた当該技術分野において周知であるが、本発明の実施形態の理解をより完全なものとするため、必要に応じて以下にさらに詳細を述べる。

この実施形態では、ランダム・アクセス通信機会は、２つの１０ミリ秒フレームから構成される無線アクセス・チャネル機構を備える。各々の１０ミリ秒フレームは、各々５１２０チップを含む１５のアクセス・スロットから構成される。

上述のように、一実施形態では、コントローラ２１はサイズを異にする複数のメッセージ・フレームへのアクセス２５を有する。３ＧＰＰ仕様第２５．２１１〜２５．２１４版では、２つの異なったサイズのメッセージ・フレームが提案されている。一方のメッセージ・フレームの継続時間は１０ミリ秒であり、他方のメッセージ・フレームの継続時間は２０ミリ秒である。好適な一実施形態では、フレーム・サイズに関する１つ以上の選択肢が提案される。詳細には、そうした一実施形態では、より小さなフレーム・サイズが提供される。このフレーム・サイズの継続時間は３．３３ミリ秒である。そうした３．３３ミリ秒のメッセージ・フレームは、０．６６６７ミリ秒のタイムスロットを５つ用いることより実施可能である。

そのように構成した場合を図３に示す。コントローラ２１には、３つのランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズの選択肢３０が利用可能となる。各ランダム・アクセス・チャネルは、アップリンク・ランダム・アクセス手続をサポートするための１つ以上のプレアンブル部分３２（及び場合によってはさらなるプレアンブル部分３３）を有し、仕様第２５．２１１〜２５．２１４版に従って機能する。この実施形態では、プレアンブル部分はプレアンブル毎に４０９６チップを含む。第１のランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズ選択肢３１では、継続時間が最短であるメッセージ部３４が提供される。第２のランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズ選択肢３５では、継続時間が中間の長さであるメッセージ部選択肢が提供される。また、第３のランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズ選択肢３７では、継続時間が最長であるメッセージ部選択肢が提供される。

そのように構成した場合、コントローラ２１は、所与の伝送における潜在的な要件にさらに適するように、所与のランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズ選択肢を選択することが可能である。少なくとも一部の動作状況下では、以下に述べるように、アップリンク遅延時間の減少及びＨＡＲＱ交換の促進のうちの一方又はその両方のため、継続時間がより短いメッセージ・フレーム３４を用いることが有用である。より短いＲＡＣＨメッセージ選択肢の潜在的な一利点は、チャネルのフェージング補正のためプレアンブルが送信されたときと比較して、メッセージ・フレーム長の増大に従いチャネル状況が次第に変化することである。したがって、より短いメッセージを用いると、メッセージ・フレームの終端までのチャネルの変化はより少ない。ＲＡＣＨ手続において用いられるプレアンブルのランプは不充分な形式の出力制御であると考えられるため、ＲＡＣＨメッセージ長がより短いことはＲＡＣＨメッセージがより優れて出力制御されることを意味する。

再び図２を参照する。好適な一実施形態では、コントローラ２１は１つ以上の適応型変調・符号化通信プロトコル２６へのアクセスも有する。例えば、一実施形態では、ユーザ端末２０はそうした３つのプロトコルをサポートする。用いられ得るプロトコルの例は、以下に限定されないが、２相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第１の選択可能なプロトコル、４相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第２の選択可能なプロトコル、並びに８相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第３の選択可能なプロトコルを含む。

そうした選択により、有用な範囲のデータスループット機会が可能となる。例えば、最
大チャネル・ビット・レートが４８０ｋｂｐｓである（即ち、巡回冗長検査（ＣＲＣ）ビットを１６ビットかつテール・ビットを８ビットとすると、３．３３ミリ秒のメッセージ・フレームに対するペイロードはＲ＝０．６１５の符号化を用いると９６０ビットとなる）と仮定した場合の、２相位相変調及び４相位相変調における種々の利用可能なランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・フィールドの例をテーブル１に示す。また、ランダム・アクセス・メッセージ制御フィールドをテーブル２に示す。制御フィールドのビットは、パイロット・フィールドと、トランスポート・フォーマット組み合わせインジケータ（ＴＦＣＩ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｆｏｒｍａｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィールドとを含む（両方のテーブルにおいて、「ＳＦ」は「拡散率」を意味する）。

上述では、畳み込み符号化の使用を仮定する。ターボ符号の使用により、より大きなペイロード・サイズが得られる場合がある。

そうした複数の適応型変調・符号化通信プロトコルが利用可能であるとき、所与の用途の必要に最適な又は所与の動作状況若しくは動作環境に最適な特定のプロトコルを選択するように、コントローラ２１を構成することが可能である。例えば、図４に示すように、４１にて複数の適応型変調・符号化方式の候補から所与の選択可能なプロトコルを選択し、続いて４２にて、ランダム・アクセス手続中に所与のメッセージを送信するとき、その選択した方式を用いるようにコントローラを構成することが可能である。

そのような選択は、所与の用途に関連し得る１つ以上の基準に基づくことが可能である。ここで図５を参照する。例えば、コントローラは、５１にて無線通信路の品質状況を判
定し、少なくとも部分的には、この品質状況に基づき、所与の適応型変調・符号化通信プロトコルの選択を行うことが可能である。品質は種々の手法により確認可能である。例えば、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の送信及び受信の出力レベルの差を用いて、アップリンク・チャネル品質を確認することが可能である。ＣＰＩＣＨの送信出力レベルはＦＡＣＨにて簡便にブロードキャストされ得る。簡単に示すと、通信路が高い品質を示すとき、より高スループットのプロトコルが選択される。反対に、通信路がより低い品質を示すとき、コントローラ２１は低スループットのプロトコルを選択する。

ここで図６を参照する。別の例では、６１にてユーザ端末メモリ・バッファの現在の状況又は予想される状況が確認され、６２にて、少なくとも部分的には、その状況に関連して特定のプロトコルが選択される。例えば、低い状況又はバッファ占有率が全くない状況の場合、プロトコル選択は低スループットのプロトコルの方へ偏る。同様に、バッファ占有率がより高い状況の場合、比較的高スループットのプロトコルの選択が正当とされる。

当然のことながら、特定のシステム、状況、及び用途に関する必要、要件、及び感度に対し適切な他の基準が用いられ得る。
パケットデータ通信システムでは、自動再送要求（ＡＲＱ）方式が用いられる。最も単純な形式のハイブリッドＡＲＱ方式は、チェイス（Ｃｈａｓｅ）により提案された。チェイス方式の基本的概念では、各符号化データ・パケットの繰り返しを幾つか送信することで、複数の受信した符号化パケットのコピーが復号の前にＳＮＲにより重み付けされ、復号器により組み合わせられることを可能とする。この方法はダイバーシチ利得を提供するとともに、実装が非常に容易である。ハイブリッドＡＲＱ方式の効率を改良するため、ターボ符号を用いることも可能である。このハイブリッドＡＲＱの形式では、符号化データ・パケットの単純な繰り返しを送信する代わりに、Ｒ＝３／４，１／２，１／３等の符号レートに対応する段階的なパリティ・パケットを送信する。即ち、後続の各パケットの伝送において、符号レートが増大する。この形式のハイブリッドＡＲＱ方式は、増加的冗長性（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ；ＩＲ）と呼ばれる。

再び図２を参照する。先述のように、好適な一実施形態では、コントローラ２１は１つ以上のＨＡＲＱ通信プロトコル２６へのアクセスも有する。そのように構成した場合、コントローラ２１は、通信リソースのＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態のランダム・アクセス部分中、通信リソースを用いてメッセージを送信するために、ＨＡＲＱ方式を用いることが可能である。種々のＨＡＲＱ方式が現在知られており（かつ、その他のＨＡＲＱ方式は将来開発される見込みである）、本発明の教示と互換可能であると考えられる。例えば、コントローラ２１は増加的冗長性ＨＡＲＱ通信プロトコルを用いることや、或いはチェイス式のＨＡＲＱ通信プロトコルを用いることが可能である（両ＨＡＲＱ手法は当該技術分野において周知である）。一実施形態では、コントローラ２１には１つのＨＡＲＱプロトコルのみが利用可能である。別の手法によると、現在の必要及び現在の動作状況のうちの一方又は両方に最適なように選択されている所与のプロトコルにより、複数のＨＡＲＱプロトコルが提供される。

通常、ＨＡＲＱプロトコルの使用には、応答メッセージの伝送を可能とすることが必要である。そうした必要は種々の手法により満たされる。例えば、３ＧＰＰ仕様第２５．２１１版により、ＲＡＣＨのプレアンブル部の応答を送信するために用いられるダウンリンク捕捉インジケータ・チャネルにおいて、応答フィールドを提供することが可能である。所望の場合、このフィールドはＨＡＲＱ応答メッセージ用に利用され得る。詳細には、そうした応答機能に対し、現在未使用の１０２４チップを割り当てることが可能である（受信の信頼性を高めるため、そうした応答は捕捉インジケータ部分より高出力で送信されることが好適であろう）。別の例として、そうした応答を別個の捕捉インジケーション・チャネルにて送信することも可能である（例えば、この目的のため、より低出力のチャネル
（例えば、４０９６チップを有する）が用いられ得る）。

これらの種々の実施形態により、上述の３ＧＰＰ標準規格にて現在規定されているアップリンクは非常に改良される。詳細には、ＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態の性能を改良することにより、データ伝送のピーク・レートが改良され、アップリンクの遅延時間は有意に減少する。より高いセクタ・スループット及びユーザ・パケット呼スループットを達成することも期待される。これらの利点にもかかわらず、これらの実施形態は、既存の関連標準規格に最小限の変化を与えることにより実施可能である。

３ＧＰＰ ＵＭＴＳの標準規格のリリース−９９、リリース−４、リリース−５により構成される従来技術の状態図。 本発明の一実施形態により構成されるブロック図。 本発明の一実施形態により構成される種々のランダム・アクセス・チャネル・メッセージ・サイズの選択肢の概略図。 本発明の一実施形態により構成されるフローチャート。 本発明の別の一実施形態により構成されるフローチャート。 本発明のさらに別の一実施形態により構成されるフローチャート。

Claims (14)

1. 通信路用の通信方法であって、
   特定のユーザに対し比較的高いデータ伝送レート通信を促進するように、一定の時間において特定のユーザに対し複数の個別チャネルを提供する個別チャネル提供工程と、
   個別チャネル提供工程以外の少なくとも一部の時間において、ランダム・アクセス通信機会を提供するランダム・アクセス通信機会提供工程と、
   ランダム・アクセス通信機会はＨＡＲＱ通信プロトコル及び適応型変調・符号化通信プロトコルのうちの少なくとも一方を含むこととからなる方法。
2. ランダム・アクセス通信機会はランダム・アクセス手続のメッセージ部分に対応する請求項１に記載の方法。
3. ランダム・アクセス通信機会は修正スロット化ＡＬＯＨＡプロトコルを含む請求項１に記載の方法。
4. 通信路は無線通信路を含む請求項１に記載の方法。
5. ランダム・アクセス通信機会はサイズを異にする複数の選択可能なメッセージ・フレームの使用を含む請求項１に記載の方法。
6. サイズを異にする複数の選択可能なメッセージ・フレームは継続時間が約３．３３ミリ秒の第１の選択可能なフレームと、継続時間が約１０．０ミリ秒の第２の選択可能なフレームと、継続時間が約２０．０ミリ秒の第３の選択可能なフレームとを含む請求項５に記載の方法。
7. 適応型変調・符号化通信プロトコルは複数の選択可能な変調・符号化プロトコルの使用を含む請求項１に記載の方法。
8. 複数の選択可能な変調・符号化プロトコルは２相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第１の選択可能なプロトコルと、４相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第２の選択可能なプロトコルと、８相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第３の選択可能なプロトコルとを含む請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも部分的には通信路の品質状況に相関して特定の適応型変調・符号化通信プロトコルを選択する工程を含む請求項１に記載の方法。
10. 少なくとも部分的には特定の通信装置のメモリ・バッファの状況に相関して特定の適応型変調・符号化通信プロトコルを選択する工程を含む請求項１に記載の方法。
11. ベアラ・コンテンツを含むメッセージの伝送を促進するためにランダム・アクセス手続を用いてランダム・アクセス通信機会中に通信リソースを利用する通信方法であって、
    複数の適応型変調・符号化方式の候補から特定の適応型変調・符号化方式を選択する方式選択工程と、
    特定の適応型変調・符号化方式を用いて、通信リソースのランダム・アクセス通信機会中に通信リソースを利用しメッセージを送信するメッセージ送信工程とからなる方法。
12. 複数の適応型変調・符号化方式の候補は２相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第１の選択可能なプロトコルと、４相位相変調及び種々のチャネル符号化レートからなる第２の選択可能なプロトコルと、８相位相変調及び種々のチャネル符号化レート
    からなる第３の選択可能なプロトコルとを含む請求項１１に記載の方法。
13. 方式選択工程は、少なくとも部分的には通信リソースの品質状況に相関して特定の適応型変調・符号化方式を選択する工程を含む請求項１１に記載の方法。
14. 方式選択工程は、少なくとも部分的には特定通信装置のバッファ状況に相関して特定の適応型変調・符号化方式を選択する工程を含む請求項１１に記載の方法。
    

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