JP2008541506A - データを送信する方法および装置 - Google Patents

Abstract

受け取られたデータ・パケットは、フラグメント化の前にチャネル符号化され、その結果、そうでなければ使用可能なフレーム・リソース内に収まらないはずの大きいデータ・パケットが、チャネル符号化された物理層パケットをフラグメント化することによって送信されるようになる。その後、ハイブリッド自動再送要求（Ｈ−ＡＲＱ）を利用して、信頼性を保証する。

Description

本発明は、全般的にはデータ送信に関し、具体的には、通信システム内でデータを送信する方法に関する。

通信システム内での大きいデータ・パケットの送信は、通常、その大きいデータ・パケットを、物理無線ラジオ・フレーム（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ａｉｒ ｒａｄｉｏ ｆｒａｍｅ）に収めるためにフラグメント化することを必要とする。より具体的には、より大きいサイズのパケットを配送するために、次世代セルラ・システムならびにＩＥＥＥ ８０２．１６システムなどのブロードバンド無線アクセス・システムに使用される一般的な技法は、パケットをメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）層でフラグメント化することである。大きいパケットは、符号化の前に、変調およびコード化方式（ＭＣＳ）を使用してコード化されるときに使用可能なラジオ・フレーム・リソース内にそれぞれを収めることができる、より小さいセグメント（固定サイズまたは可変サイズ）に分割される。１パケットのすべてのフラグメントを正しく受信した後に、受信器は、それらを元のパケットに組み立てる。この方式では、フラグメントのそれぞれが、システムのコード化構成要素および復号構成要素によって独立の実体として扱われる。

図１に、従来技術のＭＡＣフラグメント化工程を示す。データ・パケット（インターネット・プロトコル（ＩＰ）パケットなど）は、ネットワーク層からシステムに入り、ＭＡＣ層内のフラグメント化モジュールによって処理される。フラグメント化モジュールは、ＩＰパケットを、それぞれが１つのラジオ・フレーム（Ｆ１、Ｆ２、…など）に収まるのに十分に小さい複数のＭＡＣプロトコル・データ単位（ＰＤＵ）に分割する。ＭＡＣ ＰＤＵは、これらのシステムのリライアビリティ・ユニット（ＲＵ）を形成し、巡回冗長検査（ＣＲＣ）などの誤り検出の手段を含み、ＭＡＣヘッダをも含む。次に、ＭＡＣ ＰＤＵは、符号語を形成するためにチャネル・コーダを介して符号化され、物理層フレームの一部として送信される。受信されたならば、これらの符号語は、完全なデータ・パケットをネットワーク層に配送するために、チャネル・デコーダによって復号され、その後、再アセンブリ・モジュールによって再組立される。

ＭＡＣ層フラグメント化は、プロトコル・スタックを複雑にし、エンド・ツー・エンド・パケット送信に関するより長い総待ち時間をもたらす。送信器は、チャネル符号化の前に、かつときにはデータを他のユーザと多重化する前に、パケットをフラグメント化することを要求される。正しい多重化を保証するために、送信器は、物理フレームの容量よりはるかに小さいフラグメントを作成しなければならないことが多い。これらの小さいフラグメントは、各フラグメントがそれ自体のＰＤＵヘッダを必要とするので、オーバーヘッドのかなりの増加を必要とする。さらに、ＭＡＣ層フラグメント化は、チャネル・コード化の観点から最適ではない。なぜならば、チャネル符号化が、比較的小さい情報フレーム・サイズを用いて行われ、送信の非効率性をもたらすからである。

したがって、上で記載した問題を解決する、データを送信する方法および装置の必要が存在する。

上で記載した必要に対処するために、本明細書で、データを送信する方法および装置を提供する。本発明の好ましい実施形態によれば、受け取られたデータ・パケットは、フラグメント化の前にチャネル符号化される。言い換えると、そうでなければ使用可能なフレーム・リソース内に収まらないはずの大きいデータ・パケットが、チャネル符号化された物理層パケットをフラグメント化することによって送信される。これは、データ・パケットが、チャネル符号化の後に使用可能な時間周波数リソースに収まるサイズの情報セグメントにフラグメント化される（チャネル符号化の前に）ＭＡＣ層フラグメント化方式と非常に対照的である。その後、ハイブリッド自動再送要求（Ｈ−ＡＲＱ）を利用して、信頼性を保証する。

ＭＡＣフラグメント化を除去し、高速な物理層Ｈ−ＡＲＱを使用してパケット信頼性をもたらすことによって、伝統的なＭＡＣ層の待ち時間およびオーバーヘッドを回避することができる。さらに、大きいＩＰパケットを、無線で直接に送信することができ、高い度合のフレーム占有を達成することができる。上の技法は、劣悪なチャネル条件のまたは狭チャネル割振りを有する移動体に関しても、フレーム境界を事実上除去し、無線ＩＰ（ＩＰ−ｏｎ−ｔｈｅ−ａｉｒ）のより短い待ち時間およびオーバーヘッド削減をもたらす。

本発明は、データを送信する方法を含む。この方法は、データ・パケットを含むリライアビリティ・ユニットを受信する工程と、符号語を作成するためにリライアビリティ・ユニットを符号化する工程と、符号語を複数のフラグメントにフラグメント化する工程と、複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置する工程と、複数の無線フレームを送信する工程とからなる。

本発明は、さらに、データを受信する方法を含む。この方法は、複数の無線フレームを受信する工程と、無線フレームから複数の符号語フラグメントを抽出する工程と、複数の符号語フラグメントを符号語に組み立てる工程と、リライアビリティ・ユニットを作成するために符号語を復号する工程とからなる。

本発明は、さらに、データ・パケットを含むリライアビリティ・ユニットを受信し、符号語を作成するためにリライアビリティ・ユニットを符号化するエンコーダと、符号語単位を複数のフラグメントにフラグメント化するフラグメント化ユニットと、複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置し、複数の無線フレームを送信する送信器とからなる装置を含む。

本発明は、さらに、複数の無線フレームを受信し、無線フレームから複数の符号語フラグメントを抽出する受信器と、複数の符号語フラグメントを符号語に組み立てる再アセンブリ・ユニットと、リライアビリティ・ユニットを作成するために符号語を復号するデコーダとからなる装置を含む。

ここで図面に移ると、図面では類似する符号が類似する構成要素を示すが、図２に、本発明の実施形態によるフラグメント化が示されている。この図に示されているように、データ（たとえば、ＩＰ、ＵＤＰ、…など）パケット（Ｐ１）は、ネットワーク層からシステムに入り、リライアビリティ・ユニット（ＲＵ）を形成する。ＲＵは、追加されたヘッダを伴う１つまたは複数のデータ・パケット（ＩＰパケットなど）からなる。ヘッダには、当技術分野で既知のように多数のタイプの情報を含めることができ、通常は、ＱｏＳレベルを指定するＱｏＳ表示と、順序通りの配送を保証するのに使用されるパケット番号とを含む。ＱｏＳレベルは、複数の形で通信することができる。たとえば、ＩＥＥＥ ８０２．１６は、フローのＱｏＳを暗黙のうちに識別する接続識別子（ＣＩＤ）を使用する。多数の他のパラメータをも、ＭＡＣレベルＰＤＵのさらなる多重化およびフラグメント化のためにＭＡＣヘッダに含めることができる。たとえば、長さ表示は、ＭＡＣが、各ＩＰパケットが別々のヘッダを有する状態で複数のＩＰパケットをＲＵ内にパケット化することを可能にする。その後、ＲＵは、物理層によって符号語に符号化される。ＣＲＣなどの誤り検出用のオーバーヘッドを、ＲＵに追加することができる。その後、符号語は、現在のラジオ・フレーム内で使用可能なスペースと一致するようにフラグメント化され、その後、送信される。より具体的には、フラグメント化ユニットが、各フレーム（送信器によって供給される）内の使用可能スペースを分析し、フレームが最大限充填されるように符号語をフラグメント化する。明白なとおり、符号語を等しいセグメントに分割する必要はない。物理層フラグメント化を用いて得られる符号語は、ＭＡＣ層フラグメント化を用いて得られる符号語より大きいので、畳込みターボ符号または低密度パリティ検査符号などの現代のコード化方式を用いて、よりよいチャネル・コード化性能を達成する。フラグメントは、複数の無線フレーム内に配置され、物理チャネル上で送信される。

各符号語フラグメントが受信されたならば、受信された符号語フラグメントの集合が、物理層による復号の前に部分的に再組立される。ハイブリッドＡＲＱの性質に起因して、チャネル・デコーダが部分的に受信された符号語を復号できる限り、すべての符号語が受信されてはいない場合であっても、完全な非フラグメント化されたＲＵをＭＡＣ層に配送することができる。

図３は、送信器および受信器のブロック図である。この図に示されているように、送信器３０１は、チャネル・エンコーダ３０３、フラグメント化ユニット３０４、およびトランシーバ（送信／受信）回路３０５からなり、受信器３０２は、トランシーバ回路３０６、再アセンブリ・ユニット３０７、およびチャネル・デコーダ３０８からなる。トランシーバ回路３０５および３０６は、周知の通信プロトコル（たとえば、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＧＳＭ、ＷＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ、…など）を利用する通信に関する当技術分野で既知の一般的な回路からなり、メッセージを送信し、受信する手段として働く。フラグメント化ユニット３０４および再アセンブリ・ユニット３０７は、符号語をフラグメント化する手段および符号語を再組立する手段を提供する、マイクロプロセッサ・コントローラなどの論理回路からなる。最後に、エンコーダ３０３およびデコーダ３０８は、好ましくは、ＲＵを符号化し、符号語を復号する周知のチャネル・エンコーダからなる。たとえば、チャネル・エンコーダ３０３およびチャネル・デコーダ３０８は、それぞれ、畳込みターボ・コード化方式を介してＲＵを符号化し、符号語を復号する、畳込みターボ・エンコーダおよび畳込みターボ・デコーダからなるものとすることができる。低密度パリティ検査符号または畳込み符号などの他のチャネル・コード化方式も使用することができる。

チャネル・エンコーダ３０３は、ユーザのキューからデータ・パケットを取り出すことによってＲＵを構成する。ＲＵは、追加されたヘッダを伴う１つまたは複数のデータ・パケット（ＩＰパケットなど）からなる。ＲＵは、最大送信ユニット（ＭＴＵ）までのサイズとすることができる。ＭＡＣフラグメント化は、仮定されず、必要ではない。ＲＵ内のパケットの個数は、キュー内の使用可能なパケットの個数およびそれらのサイズなどの要因によって決定することができる。さらに、ＲＵ内の個数パケットは、ＲＵの最小サイズおよび最大サイズという制約の対象になる。選択されるＭＣＳは、当技術分野で既知の工程であるＭＣＳ選択技法に基づき、指数有効信号マッピング（Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ）技法などのリンク誤り予測技法に基づくものとするか、最初の送信の１％の目標フレーム誤り率を目標とすることによるものとすることができる。ＲＵを構成した後に、チャネル・エンコーダは、選択されたＭＣＳを使用してＲＵを変調し、符号化することによって符号語を作成する。

Ｓと表される、符号語の送信に必要なシンボルの個数は、

として計算される。ここで、Ｎは、バイト単位のＲＵのサイズであり、ＭＣＲは、変調コード化レート（ビット／シンボル単位）である。

一般に、ラジオ・フレームは、有限の個数のデータ・シンボルを搬送することしかできない。たとえば、ＯＦＤＭシステムでは、１つのフレームで搬送できる情報の量は、フレーム持続時間、占有帯域幅、副搬送波間隔、サイクリック・プレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）持続時間、およびパイロット・シンボルの個数を含む複数の要因によって決定される。その結果、１フレーム内の使用可能なシンボルの個数は、しばしば、単一の符号語を送信するのに必要なシンボルの総数より少ない。したがって、符号化された符号語を、使用可能なスペースに収まるようにフラグメント化しなければならない。

送信器３０１でのこの物理層フラグメント化方式の工程は、次のとおりである。
１．チャネル・エンコーダ３０３が、最大送信ユニット（ＭＴＵ）サイズまでのサイズのパケットを符号化する。実際には、１つまたは複数のデータ／ＩＰパケットからなるＲＵが、チャネル・エンコーダ３０３に直接に送られる。チャネル符号化の後には、符号化されたＲＵすなわち符号語を、Ｃと称する。

２．符号語Ｃが現在のフレームに収まらない場合には、フラグメント化ユニット３０４が、ＣをＣ_１、Ｃ_２にフラグメント化する。Ｃに関する空きリソースの量は、他のユーザからの符号語フラグメントに依存する。このＣに関する空きリソースの量は、特定のリソース割振り方式にも依存する場合があり、たとえば、マルチキャリア・システムでは、あるユーザへ／からの送信が、選択された個数の副搬送波のみの上で行われる場合がある。リソース割振り工程は、全ユーザ間の共同最適化工程とすることができる。しかし、この物理層フラグメント化方式の利点は、共同最適化が不要になる可能性が高くなるようにする、単純で効率的なスケジューリングを可能にすることである。

３．送信回路３０５が、あるフレームで符号語フラグメントＣ_１を送信する。いくつかのリソースが、Ｃ_１のスケジューリングの後に占有されないままである場合に、すべての空きスペースが消費されるまで、この工程ごとの工程を他のパケットに再適用できることに留意されたい。

４．残りのＣ_２は、後続フレームで送信される。任意選択として、Ｃ_２は、前の送信が成功して受信され、アーリー・ターミネーションＡＣＫが受信器３０１によって受信される場合に、送信される必要がない。

明白なとおり、もちろん、１つのパケットを、望み通りの個数にフラグメント化することが可能である。この特徴は、弱いラジオ・リンクを用いるユーザに有用である。また、この工程を反復的に適用することが可能であり、Ｃ_２が１フレームに収まらない場合に、

になるように、Ｃ_２を２つのフラグメント

および

に分割することができる。その後、

が、次のフレームで送信されるはずである。

次の任意選択の方法を、送信器３０１で実施することができ、その結果、受信器３０２が、フィードバック・オーバーヘッドを減らし、貴重なラジオ・リソースを節約できる。
１．これまでに送信されたＣのフラグメントの組が、十分な情報ビット（ＣＲＣビットを含む）を含み、その結果、復号の試みが、成功すると考えてよい場合に、送信器３０１は、移動体受信器からのフィードバック用にラジオ・リソースを割り振る。

２．受信器３０２が、システマティック・ビット（ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｂｉｔ）およびＣＲＣを含む物理層パケットの最小サイズを推定する。この情報は、送信器３０１によって送信される割当メッセージから導出される。

３．ＡＣＫ／ＮＡＣＫ抑制：物理層パケットのフラグメントを受信した後に、受信器３０２は、すべてのシステマティック・ビットおよびＣＲＣを受信し終えたかどうかを判定する。そうである場合には、受信器３０２は、受信された符号語の復号を試み、復号の結果に応じてＡＣＫ／ＮＡＣＫを送信する。すべてのシステマティック・ビットおよびＣＲＣをまだ受信し終えていない場合には、受信器３０２は、フィードバックを一切送信しない。代替案では、送信器３０１が、物理パケット・フラグメントに関する割振りを送信するときに、ＡＣＫ／ＮＡＣＫを抑制するように受信器３０２に明示的に指示する。

上のアルゴリズムでは、送信器３０１がセルラ通信システムにおける基地局であり、受信器３０２がリモート・ユニットであると仮定した。しかし、物理層フラグメント化の一般的方式は、リモート・ユニットが送信器であり、基地局が受信器である場合、またはアドホック・ネットワークなどのシステムにおいてさえ適用される。

上で記載したように、フラグメント化ユニット３０４は、現在のフレーム内の使用可能なリソース（シンボルの個数単位での）を判定する。この情報は、送信回路３０５からフィードバックされる。その送信が以前のフレームで開始された符号語のフラグメントが存在し得ることに留意されたい。これらのフラグメントを、キューからの新しいパケットより高い優先順位で送信することができる。そのようなフラグメントが、送信について保留されていない場合、あるいは、送信器が、まだチャネル符号化されていないＲＵのフラグメントを送信することが有利であると考える（たとえば、マルチ・ユーザ・ダイバーシチ利得を利用するために）場合には、キュー内のＩＰパケットから新しいＲＵが構成され、符号化される（上で説明したように）。フラグメント化ユニット３０４は、使用される変調方式に基づいて、符号語の送信に必要なシンボルの個数を判定する。符号語が、フレームで使用可能なスペースに収まる場合には、その符号語全体が送信される。そうでない場合には、そのフレームで使用可能なスペースに収まる符号語フラグメントが、作成され、送信され、残りの符号語フラグメントは、そのユーザがもう一度スケジューリングされる将来のフレームにおいて送信される。

図４および図５に、それぞれ汎用エア・インターフェース・アーキテクチャでの高ＳＮＲユーザと低ＳＮＲユーザとの両方に属するパケット（この事例ではＩＰパケット）の送信を示す。また、フラグメント化が使用されない場合およびフレーム充填技法が使用される場合に対する物理層フラグメント化使用の利益が、示されている。高ＳＮＲの事例（図４）について、３つのＲＵが、３つのＩＰパケットすなわちＩＰ１、ＩＰ２、およびＩＰ３から作成され、これらのＩＰパケットは、同一ユーザまたは異なるユーザに属するものである。これらのパケットのそれぞれの、選択されたＭＣＳを用いて変調されチャネル符号化された後のサイズＣＷ１、ＣＷ２、およびＣＷ３は、フレーム・サイズより小さい。空のフレーム内の物理リソースをこれらの符号語のそれぞれに割り振った後に、ある量の物理リソースが未使用のままになる。なぜならば、他の符号語のどれをも、残りのスペースに完全に収めることができない可能性があるからである。したがって、１００％フレーム利用を達成することができず、これらの未使用のリソースは、浪費される可能性が最も高い。フレーム充填方式では、準最適ＭＣＳ（最適ＭＣＳ値より小さい）が、符号語ＣＷ１’、ＣＷ２’、およびＣＷ３’の生成に使用され、これらのそれぞれがフレーム全体を占めるようになる。物理層フラグメント化方式を使用することによって、選択されたＭＣＳが、パケットの符号化に使用されるようになる。選択されたＭＣＳは、目標フレーム誤り率または選択されたアグレッシブネス・ファクタなど、いくつかの要因に基づいて最適または実質的に最適とすることができる。ＣＷ１用のリソースをフレームｎで割り振った後に、残りの使用可能リソースは、ＣＷ２のフラグメントを送信するのに使用される。その後、ＣＷ２の残りの部分は、フレームｎ＋１で送信される。同様に、ＣＷ３は、２つのフラグメントに分割され、第１フラグメントは、フレームｎ＋１の残りの使用可能な空きリソース上で送信され、第２フラグメントは、フレームｎ＋２で送信される。フレームｎ＋２のリソースの残りは、次のパケットの送信に使用される。図を明瞭にするために、図４では、選択されたＭＣＳが、したがって符号語サイズが、３つのパケットについて示されていることに留意されたい。しかし、実際には、各パケットについて選択されるＭＣＳは、したがって各関連する符号語のサイズは、最新のチャネル情報を使用するために送信の直前に決定されなければならない。したがって、ＣＷ１およびＣＷ２のサイズは、フレームｎの直前に決定されるはずであるが、ＣＷ３のサイズは、１フレーム後まで決定される必要がない。

低ＳＮＲユーザについて、２つのＩＰパケットＩＰ１およびＩＰ２の送信を、図５に示す。ユーザの選択されたＭＣＳを使用することによって生成される符号語ＣＷ１およびＣＷ２は、単一の物理層フレーム・リソースに収めるには大きすぎる。したがって、フラグメント化方式が使用されない場合には、これらのパケットを送信することはできない。サブ選択されたＭＣＳ値（選択されたＭＣＳ値より大きい）を使用することによって、パケットを符号化して、それぞれがフレーム・サイズと等しい符号語ＣＷ１’およびＣＷ２’を生成することができる。しかし、これらの送信の成功の確率は、非常に低くなる。物理層フラグメント化が使用される場合に、選択されたＭＣＳ符号化を使用して、この図に示されているように複数のフレーム上でこれらのパケットを送信することができる。図を明瞭にするために、図５では、選択されたＭＣＳが、したがって符号語サイズが、２つのパケットについて示されていることに留意されたい。しかし、実際には、各パケットについて選択されるＭＣＳは、したがって各関連する符号語のサイズは、最新のチャネル情報を使用するために送信の直前に決定されなければならない。したがって、ＣＷ１のサイズは、フレームｎの直前に決定されるはずであるが、ＣＷ２のサイズは、２フレーム後まで決定される必要がない。

マルチキャリア・システムにおける、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）にターボ・コードを使用する物理層フラグメント化方式は、次のように働く。チャネル・エンコーダ３０３が、システマティック・ビット（ＣＲＣを含む）およびそれに続くパリティ・ビットからなる符号語を、選択されたＭＣＳを用いて１つまたは複数のパケットを含むＲＵを符号化することによって生成する。次に、符号化されたＲＵが、送信のために変調されたシンボルに写像される。物理層フレームの時間周波数リソースは、リソース・エレメント（ＲＥ）のブロックとして編成され、各ＲＥは、固定された個数のシンボルからなる。符号化されたＩＰパケットも、各ブロックがフレームのＲＥに収まることのできるシンボルのブロックに分割される。ユーザのパケットの送信に関する使用可能リソースは、使用されるリソース割振りポリシに依存する。周波数ダイバーシチ割振り方式に関して、ユーザのパケットの送信のために割り振られるＲＥは、帯域幅の範囲全体にまたがって分散される。周波数選択的割振り方式について、帯域幅全体が、複数の帯域に分割され、帯域ごとに、１人のユーザが送信のために選択される。使用可能なフレーム・リソースが、符号語全体の送信に十分ではない場合には、システマティック・ビットから開始し、パリティ・ビットを続けることによって、フラグメントが作成される。

図６には、マルチキャリア・システムを介する２つのＩＰパケットすなわちＩＰ１およびＩＰ２の送信が示されている。ＩＰ１およびＩＰ２は、２つの独立のリライアビリティ・ユニットを形成する。選択されたＭＣＳに基づいて、ＲＵを送信するのに必要なシンボルの個数が判定される。ＩＰ１およびＩＰ２が、チャネル符号化されて、ＣＷ１およびＣＷ２を形成する。この例では、ダウンリンク・フレーム・インターバルは、これらの２つのＲＵのそれぞれを送信するのに十分なリソースを有する。しかし、フラグメント化方式を全く使用しない場合に、フレーム・リソースの１００％利用を達成することはできない。物理層フラグメント化技法を使用すると、フレームｎにおいてＣＷ１を割り振った後に使用可能なＲＥを使用して、ＣＷ２のフラグメントを送信することができる。ＣＷ２の残りは、フレームｎ＋１において送信される。

図７には、周波数選択的割振り方式での物理層フラグメント化方式の応用が示されている。この図では、周波数帯域幅全体が、複数の周波数帯に分割される。送信についてパケットのキューを出した４人のユーザがいる。彼らのチャネル条件に基づいてこの図に示されているように、ユーザが選択されて、周波数帯で選択されたユーザのデータを送信する。この図では、ある周波数帯でのユーザの送信は、使用可能な周波数帯域幅全体未満を占有する。一般に、符号語からの１つのフラグメントだけが各無線フレームに配置される限り、１フレーム内の複数の帯域での送信および異なるフレーム・インターバル内の異なる帯域での送信について、あるユーザを選択することができる。フラグメント化が使用されない場合に、ユーザ１および３について、ＩＰパケットから生成された符号語は、彼らに割り振られた周波数帯内の単一のフレーム内の使用可能リソースに収めるには大きすぎ、ユーザ２について、符号語のそれぞれは１フレーム・インターバル内の割り振られたリソースに収まるが、リソースの１００％利用を達成することはできない。しかし、この図からわかるように、物理層フラグメント化方式を使用することによって、ユーザ１および３のパケットを送信することができ、フレーム・リソースの１００％利用を、ユーザ２に割り振られた周波数帯内で達成することができる。

符号語フラグメントは、割当メッセージと共に送信され、この割当メッセージには、送信されたデータ・パケットを受信するために受信器移動体が必要とする、フラグメントに関するすべての情報が含まれる。符号語フラグメントがデータ・チャネル３０９を介して送信される間に、本発明の好ましい実施形態では、割当メッセージが、制御チャネル３１０上で送信される。２つの割当メッセージ戦略がある。第１の戦略は、符号語フラグメントあたり１つの制御メッセージを送信すること（下では「通常」と表す）であり、第２の戦略は、フラグメントのグループについて１つの制御メッセージを送信することである。「通常」戦略は、プリエンプションを可能にし、リソース割振りにおける最大限の柔軟性を可能にする。マルチフレーム割当は、周波数選択的リソース割振りに関してより有効である。

通常の割当メッセージの内容を、表１に示す。これらのフィールドのうちの１つまたは複数が存在する。割当メッセージは、制御チャネル３１０上で送信されるが、ユーザＩＤ（ＵＩＤ）を用いて明示的にまたはＨＳＤＰＡで行われるようにＣＲＣのマスクを介してのいずれかで受信側を識別しなければならない。さらに、ＭＣＳおよびＲＵ情報サイズを伝えなければならない。しばしば、受信器がＨＡＲＱの複数のインスタンスをサポートする場合に、ＨＡＲＱチャネルＩＤが含まれる。ＰＨＹ ＰＤＵに対する相対的なＰＨＹ ＰＤＵフラグメントの位置は、符号化されたパケットを再構成するために必要であり、開始シンボルおよび終了シンボル、ＰＨＹ ＰＤＵによって占有されるシンボルの個数、またはフラグメント番号などの情報を含めることができる。フレーム内でこの特定のＰＤＵに割り振られたシンボルの位置は、「割り振られたリソース（ａｌｌｏｃａｔｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ）」によって示される。この情報のすべてを、複数の異なる形で伝えることができる。柔軟性の低下を犠牲にして、情報を量子化し、システム・リソースを節約することによってオーバーヘッドを減らすために、トレードオフを行うことができる。

この情報を伝える１つの例の方式は、物理層フラグメント化をサポートするための拡張と組み合わされた、ＩＥＥＥ ８０２．１６で使用される方法に類似する方法に基づく。たとえば、ＭＣＳを、変調レベル（たとえば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど）およびコード化レート（たとえば、Ｒ＝１／４、Ｒ＝１／３、Ｒ＝１／２、Ｒ＝２／３、Ｒ＝３／４など）を明示的に指定して符号化する。ＩＥＥＥ ８０２．１６では、ダウンリンク間隔利用コード（ＤＩＵＣ）およびアップリンク間隔利用コード（ＵＩＵＣ）が、それぞれダウンリンクとアップリンクとの両方でＭＣＳ情報を伝える。ＲＵサイズは、割振りサイズから導出することができる。ＩＥＥＥ ８０２．１６では、割振りは、サブチャネルの個数を指定することによって伝えられ、各サブチャネルは、所定の個数のデータ・シンボルを搬送する。その結果、受信器は、割り振られたシンボルの総数を計算することができ、次に、ＭＣＳに基づいて、受信器は、非フラグメント化された符号語のＲＵ情報サイズを計算することができる。Ｎと表されるバイト単位のＲＵのサイズは、

として計算される。ここで、Ｓは、割り振られたシンボルの個数であり、ＭＣＲは、ＭＣＳから導出される、変調コード化レート（バイト／シンボル単位）である。

ＩＥＥＥ ８０２．１６シグナリングは、分数サイズ（たとえば、１／８、１／２、１／４など）とフラグメント位置との両方を指定する物理フラグメント化フィールドを追加することによって拡張される。この場合に、分数サイズＦ_ｓｉｚｅは、ＭＣＳおよび割り振られたシンボルの個数と組み合わせて、

としてＲＵ情報サイズを計算するために使用される。ここで、ＳおよびＭＣＲは、上で定義されたものである。分数位置が、作成された複数のフラグメントを区別するのに使用される。たとえば、分数サイズが、１／４として伝えられる場合に、分数位置を２ビットで伝えられ、この分数位置は、０、１、２、３として開始点を参照し、ここで、０は、符号語内のシンボルの最初の１／４を表し、１は、シンボルの次の１／４を表し、２は、シンボルの第３の１／４を表し、３は、シンボルの最後の１／４を表す。１／８の分数サイズを使用すると、符号が８つに分割され、符号語のすべての部分を参照するために少なくとも３ビットが必要になる。分数サイズおよび位置を４ビットで符号化する効果的な手段は、分数サイズを示すのに先頭の０の個数、位置を伝えるのに残りのビットの数に頼ることである。この符号化を表２に示す。

分数サイズに応じて、粒度が、フレーム内の残りのスペースを占めるのに十分でない場合がある。その場合には、フレームを実質的に充填することだけが可能である。

ＩＥＥＥ ８０２．１６シグナリングを拡張する代替のより一般的な形は、分母と分子との両方として分数サイズを別々に符号化することである。分数ベース（Ｆ_ｂａｓｅ）と表される分数サイズの分母は、物理層フラグメント化の粒度（たとえば、１／２、１／４、１／８）を伝え、分子は、分数スライス・カウント（Ｆ_{ｓｌｉｃｅ ｃｏｕｎｔ}）と表されるスライスの個数単位での現在の割振りのサイズを伝える。この代替の拡張された方式は、より柔軟であり、同一の符号語に関して異なるサイズのフラグメントを混合することを可能にする。この場合に、送信器は、３つの値すなわち、フラグメント・ベース、フラグメント・スライス・カウント、およびフラグメント位置を伝えなければならない。１つのフラグメント・ベースだけが使用される場合に、この情報を通信する必要はなく、この情報を受信器のファームウェアに格納する。１６のフラグメント・ベースが使用される場合に、すべてのフラグメント・サイズおよびフラグメント位置を、８ビットで伝える。ここで、４ビットは、スライスの個数を指定し、他の４ビットは、フラグメント位置を指定する。

割当情報伝達のもう１つの例は、ＭＣＳレベルではなくＲＵサイズを明示的に送信することである。この場合に、ＭＣＲを、次のようにＲＵサイズおよび割り振られたシンボルの個数から導出される。

次に、このＭＣＲを、同等のＭＣＲを有するＭＣＳレベルを区別するために事前定義のルールによってＭＣＳに写像する。同様に、物理層フラグメント化拡張を、この方法に適用するために使用され、ＭＣＲ計算は、

になる。ここで、Ｆ_ｓｉｚｅは、分数サイズであり、Ｎは、バイト単位のＲＵサイズであり、Ｓは、割り振られたシンボルの個数である。

最初のＰＨＹ ＰＤＵフラグメントが送信されたならば、送信器は、符号化されたＲＵ全体が送信されるかＡＣＫが受信されるまで、後続フレームでフラグメントを送信し続ける。これらの後続フレームが連続している必要はないことに留意されたい。実際に、ある特定のパケットのＰＨＹ ＰＤＵフラグメントの送信が、より高い優先順位のトラフィックまたはよりよいチャネル条件を有するユーザからのトラフィックによって中断されるかプリエンプトされる場合がある。送信器と受信器との間のメッセージの交換を、図８に示す。

図８に示されているように、割当メッセージは、各フレームと共に送信される。それまでに送信されたフラグメントの組が、復号の試みが成功の可能性を有するに十分なビット（ＣＲＣビットを含む）を含むようになったならば、送信器３０１は、受信器３０２からのフィードバックのためにラジオ・リソースを割り振る。物理層パケットのフラグメントを受信した後に、受信器３０２は、すべてのシステマティック・ビットおよびＣＲＣを受信し終えたかどうかを判定する。そうである場合には、受信器３０２は、受信した符号語の復号を試み、復号の結果に応じてＡＣＫ／ＮＡＣＫを送信する。すべてのシステマティック・ビットおよびＣＲＣをまだ受信し終えていない場合には、受信器３０２は、ＮＡＫを送信することができ、あるいはその代わりにフィードバックを一切送信しないものとすることができる。任意選択で、ＡＣＫが送信器３０１によって受信されたならば、フラグメントの継続される送信が停止する。

非常に低いＳＮＲ条件のユーザについて、物理層フラグメント化方式を使用するパケットの送信が、多数のフレームにまたがる場合がある（この状況は、周波数選択的割振り方式の場合など、副搬送波の小さいサブセットだけが使用されるときに、高ＳＮＲユーザについても発生する可能性がある）。そのような場合に、割当メッセージに起因する制御チャネル・オーバーヘッドを、マルチフレーム割当方式と表される次の方法を使用することによって減らすことができる。

１．送信器３０１が、パケットを複数のフラグメントに分割する。フラグメントのサイズは、使用可能なラジオ・リソースによって決定される。しばしば、最初のフラグメントのサイズを、初期フレーム内で使用可能なリソースに基づいて決定し、その後、後続フラグメントのサイズを、完全なフレーム未満である可能性が高いＰＨＹ ＰＤＵの残りを最終フレームが含むようになるまで、フレーム全体を充填するように決定することが効果的である。

２．送信器３０１が、表２に示されたフォーマットの割当メッセージを送信する。一般に、この情報は、表１の情報と同一である。しかし、今や、割り振られるリソースは、現在のフレームだけではなく、後続フレームも含む。もちろん、ＰＨＹフラグメントの符号化を再適化する多数の形がある。

３．送信器３０１が、連続するフレーム内で、割当メッセージで記載されたフレーム位置で、連続するフラグメントを送信する。
この方式を説明するメッセージの流れを、図９に示す。

物理層フラグメント化技法は、受信器によって成功して復号することのできないＲＵの再送信にも適用されなければならない。再送信の正確な技法は、ＡＲＱプロトコルに依存する。チェース組み合わせ付きＨＡＲＱ（ＨＡＲＱ ｗｉｔｈ Ｃｈａｓｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）技法について、物理層フラグメント化を伴う再送信方式は、初期送信に似た形で働く。ＨＡＲＱのインクリメンタル・リダンダンシー（ＩＲ）技法について、再送信は、累積送信の実効コード・レートを下げる追加の冗長性ビット（初期送信より小さくすることができる）を含む。マザー・コード・レートに達するときに、再送信されるビットは、システマティック・ビットにラップ・アラウンドする。物理層フラグメント化方式を、ＩＲ再送信に適用することもできる。再送信のフラグメントを受信した後に、受信器は、アーリー・ターミネーション手順を適用しなければならない。

図１０は、図３の送信器の動作を示す流れ図である。この論理フローは、工程１００１で開始され、ここで、データ・パケット（より具体的にはＲＵが、チャネル・エンコーダ３０３に入る。上で記載したように、ＲＵは、好ましくは大きいデータ・パケットからなる。本発明の好ましい実施形態では、データ・パケットは、実質的にＭＴＵサイズと等しいＩＰパケットからなる。工程１００３で、エンコーダが、各ＲＵを符号化し、ＲＵごとに符号語を出力する。より具体的には、畳込みターボ・エンコーダまたは低密度パリティ検査エンコーダを使用することができる。

工程１００５で、フラグメント化ユニット３０４が、エンコーダ３０３から出力された符号語を、送信についてスケジューリングされたユーザ用のフレーム内のスペース可用性に関する情報と一緒に受け取る。より具体的には、送信器３０５は、スケジューリングされる過程にある送信されるフレームの使用可能なスペース（たとえば使用可能なシンボル数）をフラグメント化ユニット３０４に与える。工程１００７で、フラグメント化ユニット３０４が、送信される現在のフレーム内で使用可能なスペースに基づいて各符号語をフラグメント化し、それらのフラグメントを送信回路３０５に出力する。上で記載したように、フラグメント・サイズは、送信器３０５によって送信されるフレームにフラグメントを最適に収めることができるように選択される。送信器３０５は、そのフレーム内で他の情報（たとえば、オーバーヘッド・トラフィック、他のユーザ宛のデータ、…など）を送信している場合があるので、各フレームは、符号語の送信に使用可能な変化する量のスペースを有する可能性がある。したがって、各フラグメントが、変化する個数のシンボルを占める場合がある。任意選択で、フラグメント化およびスケジューリングが共同で最適化されるようにするために、工程１００５および１００７を共同して判定させることが可能である。

論理フローは、その後、工程１００９に継続し、ここで、フレームおよび制御情報が、回路３０５によって送信される。上で記載したように、制御情報は、受信回路３０６が、フラグメント化された符号語を正しく抽出できるようにするために提供される。さらに、符号語を、Ｈ−ＡＲＱを利用してユーザに送信する。Ｈ−ＡＲＱが利用されているときには、物理層フラグメント化を伴う再送信方式は、初期送信に似た形で働く。ＨＡＲＱのインクリメンタル・リダンダンシー（ＩＲ）技法について、再送信は、累積送信の実効コード・レートを下げる追加の冗長性ビット（初期送信より小さくすることができる）を含む。マザー・コード・レートに達するときに、再送信されるビットは、システマティック・ビットにラップ・アラウンドする。

図１１は、図３の受信器の動作を示す流れ図である。この論理フローは、工程１１０１で開始され、ここで、複数のフレームおよび制御情報が、受信回路３０６によって受信される。工程１１０３で、受信回路３０６が、制御情報を分析し、各フレームから符号語フラグメントを抽出する。符号語セグメントが、再アセンブリ・ユニット３０７に供給され、再アセンブリ・ユニット３０７で符号語に再組立される（工程１１０５）。最後に、工程１１０７で、チャネル・デコーダ３０９が、組み立てられた符号語を受け取り、その符号語を適当に復号し、リライアビリティ・ユニットを抽出し、最終的にデータ（たとえば、ＩＰパケット）を抽出する。

Ｈ−ＡＲＱが利用されているときには、デコーダ３０８は、特定のフレームの追加の再送信を要求することができる。したがって、送信回路３０６に再送信の要求を送信させる情報を、送信回路３０６に渡すことができる。類似する形で、符号語の成功の復号を可能にするのに十分な情報が得られた場合に、送信器３０１に符号語の送信を中止させる情報を、送信回路３０６に渡すことができる。

本発明を、特定の実施形態を参照して具体的に図示し、説明してきたが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、形態および詳細におけるさまざまな変更をその中で行うことができることを理解するであろう。具体的に言うと、本発明をダウンリンク側で説明したが、本発明は、アップリンク側でも適用可能である。本発明は、さまざまなフレーム持続時間と共に働くことも意図されている。そのような変更が、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれることが意図されている。

従来技術のフラグメント化を示す図。 本発明の実施形態によるフラグメント化を示す図。 送信器および受信器を示すブロック図。 汎用エア・インターフェース・アーキテクチャでの高ＳＮＲユーザに属するＩＰパケットの送信を示す図。 汎用エア・インターフェース・アーキテクチャでの低ＳＮＲユーザに属するＩＰパケットの送信を示す図。 マルチキャリア・システムを介する２つのＩＰパケットすなわちＩＰ１およびＩＰ２の送信を示す図。 周波数選択的割振り方式での物理層フラグメント化方式の応用を示す図。 図３の送信器と受信器との間でのメッセージの交換を示す図。 図３の送信器と受信器との間でのメッセージの交換を示す図。 図３の送信器の動作を示す流れ図。 図３の受信器の動作を示す流れ図。

Claims (10)

1. データを送信する方法であって、
   データ・パケットを含むリライアビリティ・ユニットを受信する工程と、
   該リライアビリティ・ユニットを符号化して符号語を作成する工程と、
   該符号語を複数のフラグメントにフラグメント化する工程と、
   該複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置する工程と、
   該複数の無線フレームを送信する工程と
   を備える、データを送信する方法。
2. 前記リライアビリティ・ユニットを受信する前記工程は、ＩＰパケットを受信する工程からなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記リライアビリティ・ユニットを受信する前記工程は、実質的に最大送信ユニット（ＭＴＵ）サイズのＩＰパケットを受信する工程からなる、請求項１に記載の方法。
4. 符号化する前記工程は、チャネルを符号化する工程からなる、請求項１に記載の方法。
5. 前記符号語を前記複数のフラグメントにフラグメント化する前記工程は、前記符号語を複数の異なるサイズの複数のフラグメントにフラグメント化する工程からなる、請求項１に記載の方法。
6. 前記符号語を前記複数の異なるサイズのフラグメントにフラグメント化する前記工程は、前記符号語を前記複数の異なるサイズのフラグメントにフラグメント化する工程を含み、フラグメントの前記サイズが無線フレーム内のスペースの量に基づく、工程からなる、請求項５に記載の方法。
7. 前記複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置する前記工程は、１つのフラグメントが各無線フレームに配置されるように前記複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置する工程からなる、請求項１に記載の方法。
8. 符号語内のフラグメント位置を識別する制御情報を送信する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. 装置であって、
   データ・パケットを含むリライアビリティ・ユニットを受信し、該リライアビリティ・ユニットを符号化して符号語を作成するエンコーダと、
   符号語単位を複数のフラグメントにフラグメント化するフラグメント化ユニットと、
   該複数のフラグメントを複数の無線フレームに配置し、該複数の無線フレームを送信する送信器と
   を備える装置。
10. 装置であって、
    複数の無線フレームを受信し、該無線フレームから複数の符号語フラグメントを抽出する受信器と、
    該複数の符号語フラグメントを符号語に組み立てる再アセンブリ・ユニットと、
    該符号語を復号して、リライアビリティ・ユニットを作成するデコーダと
    を備える装置。

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