JP2009528790A - 順方向誤り符号化の動的割当てのためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

順方向誤り符号化を動的に割り当てる方法が開示される。本方法は、データ送信用の帯域幅を監視し、データ用の帯域幅利用に基いて、利用されていない利用可能な帯域幅を実質的に占有するように順方向誤り符号化のレベルを調節する。さらに、データ帯域幅利用に基いて順方向誤り符号化のレベルを動的に調節して、当該順方向誤り符号化のレベルが利用されていない帯域幅を実質的に占有するように構成された、データフォーマットユニットと、データフォーマットユニットによってフォーマットされたデータ信号を送信するように構成された送信機と、データ及び順方向誤り訂正符号化を含む送信された信号を受信するように構成された受信機とを含む通信システムが開示される。

Description

本発明は、順方向誤り符号化の動的割当てのためのシステム及び方法に関する。

通信システムにおいて、送信される信号へ雑音がしばしば導入され、信号の一部を破損する。実質的には、すべてのシステムがビット誤りを経験することになる。これらの誤りを克服するために、様々な順方向誤り訂正スキームが使用されてきた。これらスキームは、ビタビアルゴリズムを使用するもの等の畳み込み符号化、並びにリード・ソロモン、ゴーレイ（Golay）及びハミング誤り訂正符号等のブロック符号化の両方を含む。両形式とも、複雑なアルゴリズムによってデータ・ストリームに冗長性を加える。このようにして、受信機は誤りを検出し、冗長な情報を使用して、破損したビットを訂正することができる。

残念なことに、データ・ストリームに冗長性を加えることにより、帯域幅が使い尽くされてしまう。より多くの冗長性が加えられるにつれてデータはより保護されるが、冗長性の増加は、データの伝送用に利用可能な帯域幅を減少させる。ほとんどのシステムは、すべての伝送のための最悪のシナリオにおいて必要とされるほぼ最小限の量の符号化を使用することによって、データ保護の必要性とデータのための帯域幅増加の必要性とのバランスをとるよう試みている。この手法は歴史的には適切に機能してきたが、順方向誤り訂正と帯域幅についての最も有効な使用ではない。

前述の問題及び他の問題は本発明によって解決され、以下の記述を読み検討することにより理解されるであろう。
本発明の好ましい実施例に従って、順方向誤り符号化を動的に割り当てる方法が提供される。本方法は、データを伝送するための帯域幅の利用を監視し、データ用の帯域幅の利用に基づいて、順方向誤り符号化のレベルを動的に調節して、利用されていない利用可能な帯域幅を実質的に占有する。

第２の実施例に従って、データ帯域幅利用に基いて順方向誤り符号化のレベルを動的に調節して、当該順方向誤り符号化のレベルが利用されていない帯域幅を実質的に占有するように構成された、データフォーマットユニットと、データフォーマットユニットによってフォーマットされたデータ信号を送信するように構成された送信機と、データ及び順方向誤り訂正符号化を含む送信された信号を受信するように構成された受信機とを含む通信システムが提供される。

様々な図面中の同様の参考番号及び記号表示は同様の要素を示す。

以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を成し、本発明が実施できる特定の例示的実施例を例として示す添付の図面を参照する。これら実施例は、当業者が発明を実施することを可能とするのに十分に詳細に記述され、また、他の実施例が利用されてもよいこと、並びに、本発明の範囲から逸脱することなく、論理的、機械的及び電気的な変更がなされてもよいことを理解されたい。説明される例示的な方法は、追加的な又はより少数のステップを含んてもよいし、より大きな処理スキームの状況で行なわれてもよいことを理解されたい。更に、図面又は明細書中で提示される方法は、個々のステップが実行される順序を制限するものとして解釈すべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、本発明を限定する意味で受け取られるべきではない。

本発明は、利用可能な帯域幅のより有効な使用を可能にし、ビット誤りからのデータ保護を改善するシステム及び方法を提供する。本発明は、データ転送に使用されている帯域幅の量に基づいて順方向誤り符号化のレベルを動的に調節することにより、これらの機能を達成する。従って、利用可能な帯域幅の最大量未満がデータ転送に使用されるときには、順方向誤り符号化は、利用可能な量の帯域幅を実質的に満たすために増加させられる。

図１は、本発明の１つの実施例による通信システム１００のブロック図である。この例示的な実施例については、通信システム１００は、ペイロード処理サブシステム１０４に接続されたセンサユニット１０２を含む。ペイロード処理サブシステム１０４は、センサユニット１０２から受信されたデータを処理するように構成されたデータ処理ユニット１０６、及びデータ処理ユニット１０６に接続されたデータフォーマットユニット１０８を含む。データフォーマットユニット１０８は、送信機１１０から受信機１１２への伝送のためにデータをフォーマットするように構成される。１つの例示的な実施例では、データフォーマットユニット１０８及びデータ処理ユニット１０６は、１つの物理的装置として用意される。第２の実施例において、データフォーマットユニット１０８及びデータ処理ユニット１０６は、それぞれの機能を行なう物理的に別個のユニットとして用意することができる。好ましい実施例では、データフォーマットユニット１０８、データ処理ユニット１０６及び送信機１１０は、宇宙で運ばれるプラットフォーム（例えば衛星、宇宙船等）に配置され、受信機１１２は、地球上の受け入れステーションに配置される。

この例示的な実施例については、データフォーマットユニット１０８はデータ用に利用されている帯域幅の量を監視するように構成される。例えば、データフォーマットユニット１０８は、データ用の帯域幅利用の量を決定するために送信バッファを監視し、データ用に利用される帯域幅の量に基づいて、順方向誤り符号化に使用される帯域幅の量を調節する。データ用に利用されている帯域幅の量が所定のしきい値未満であるとデータフォーマットユニット１０８が判断すると、順方向誤り符号化は、未使用の帯域幅を利用するために増加される。異なる実施例では、データフォーマットユニット１０８は、順方向誤り符号化の最小の量が常に使用されることを保証する。データフォーマットユニット１０８はまた、送信のためにデータ及び順方向誤り符号化をフォーマットするのに適している。例えば、好ましい実施例では、データフォーマットユニット１０８は、パケット交換網における伝送のためにデータ及び順方向誤り符号化をフォーマットするように構成される。しかしながら、本発明がパケット交換網に制限されるものとは意図されないことを理解されたい。例えば、データフォーマットユニット１０８は、回線交換網及びセルリレー網における伝送のためにデータ及び順方向誤り符号化をフォーマットすることができる。

この例示的な実施例については、送信機１１０は、ペイロード処理サブシステム１０４から、データ及び順方向誤り符号化を含むフォーマットされたデータを受信して、受信機１１２へ当該フォーマットされたデータを送信する。好ましくは、送信機１１０は、ワイヤレスの無線リンクを介して当該フォーマットされたデータを送信する。しかし、本発明がそのように限定されるようには意図されず、送信機１１０が、例えば同軸ケーブル、銅線、光ファイバ等の他の適切な通信媒体を介してデータを送信するように構成されてもよいことを理解されたい。受信機１１２は、送信されたデータを受信して、送信機１１０から受信した順方向誤り符号化を使用して、送信されたデータ中の如何なるビット誤りも訂正するように構成される。好ましい実施例では、受信機１１２は、受信した順方向誤り符号化のレベルを自動的に検出するように構成される。異なる実施例においては、送信される順方向誤り符号化は、使用される順方向誤り符号化のレベルを受信機１１２に対して示す１又はそれ以上のビットを含んでもよい。従って、本発明は、増大した誤り保護をもってデータを動的に転送し、利用可能な帯域幅をより効果的に使用するシステムを提供する。

図２はデータフォーマットユニット２００のブロック図であり、図１に示すデータフォーマットユニット１０８を実施するために使用することができる。この例示的な実施例について、データフォーマットユニット２００は、送信バッファ２０２及び帯域幅モニタ２０４を含む。帯域幅モニタ２０４はデータ用に利用されている帯域幅の量を監視するために送信バッファ２０２に接続される。利用されている帯域幅の量が所定のしきい値未満である場合、帯域幅モニタ２０４は、順方向誤り符号器（ＦＥＥ）２０６に対して、使用すべき順方向誤り符号化のレベルを示す信号を伝達する。異なる実施例では、帯域幅モニタ２０４は、順方向誤り符号器２０６に対して、データ用に利用されている帯域幅の現在の量が所定のしきい値を超えるかどうかを示す信号を伝達することができる。順方向誤り符号器２０６は、その後、帯域幅モニタ２０４から受信した信号及びバッファ２０２からのデータに基いて、使用すべき順方向誤り符号化のレベルを決定する。

この例示的な実施例については、構成部（フレーマ、framer）２０８は、順方向誤り符号器２０６により生成された順方向誤り符号化及びバッファ２０２からのデータを受信する。構成部２０８は、例えばワイヤレスの無線リンク、光ファイバ、同軸ケーブル等の通信媒体を介した伝送のために当該データ及び順方向誤り符号化をフォーマットする。好ましい実施例では、構成部２０８は、送信機１１０（例えば、図１に示される）による送信のための所与のプロトコルに従ってパケット内のデータをフォーマットする。異なる実施例では、構成部２０８は、セル・リレー・ネットワーク内のセル等の別の適切なフォーマットでデータをフォーマットすることができる。

好ましい実施例では、帯域幅モニタ２０４は、データ帯域幅利用を監視し、データ帯域幅利用に基いて、使用すべき順方向誤り符号化のレベルを決定するように構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実施される。同様に、順方向誤り符号器２０６は、帯域幅モニタ２０４から受信される信号に基いて順方向誤り符号化のレベルを決定するように構成されたＡＳＩＣとして実施することができる。

図３は、順方向誤り符号器３００のブロック図であり、図２に示される順方向誤り符号器２０６を実施するために使用することができる。この例示的な実施例については、順方向誤り符号器３００は、主として図２に示される帯域幅モニタ２０４及びバッファ２０２から信号を受信するように機能する入出力インターフェース３０２を含む。順方向誤り符号器３００はまた、主として図２の帯域幅モニタ２０４から受信した信号に従って順方向誤り符号化のレベルを動的に調節するためのコンピュータ可読コードを実行するように機能する、少なくとも１つの処理ユニット３０４を含む。処理ユニット３０４は、上述のような順方向誤り符号化の動的割当てを支援するハードウェア構成要素及び回路とのインタフェースを含む。限定の目的ではなく一例として、これらのハードウェア構成要素は、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、メモリ、記憶装置、インターフェースカード、及び当技術分野において既知の他の標準的な構成要素を含む。さらに、処理ユニット３０４は、上述のような順方向誤り符号化の動的な割当てにおいて使用される、様々な方法、処理作業、計算、制御機能を実行するためのソフトウエアプログラム、ファームウェア又は実行可能なコンピュータ可読コードにより機能する。実行可能なコンピュータ可読コード、ファームウェア及びソフトウエアプログラムは、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリ装置等の半導体記憶装置、内部ハードディスク及び取外し可能なディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、及びＤＶＤディスクを例として含むがこれらに限定されないすべての形式の不揮発性メモリを含むがこれらに限定されない、コンピュータ可読コードの記憶に使用される任意の適切な媒体に具体的に具現化される。上述のもののいずれも、特に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）により補完され、またこれらに組み込まれる。

この例示的な実施例については、処理ユニット３０４は、入出力インタフェース３０２を介して、バッファ２０２及び帯域幅モニタ２０４（図２）から信号を受信する。処理ユニット３０４は、コンピュータ可読媒体に格納された実行可能なコンピュータ可読コードに従って帯域幅モニタ２０４からの信号を処理する。この例示的な実施例において、実行可能なコンピュータ可読コードは、帯域幅モニタ２０４から受信した信号により示されるように、データ用に利用されるデータ帯域幅に基いて、使用する順方向誤り符号化のレベルを処理ユニット３０４に選択させ、その結果、順方向誤り符号化は、未利用の帯域幅を実質的に占有する。処理ユニット３０４はまた、バッファ２０２（図２）から受信したデータに基づいて、順方向誤り符号化データを計算し生成する。さらに、データ用の帯域幅利用が所定のしきい値より大きい場合、処理ユニット３０４は、順方向誤り符号化のデフォルトのレベルを選択する。その後、処理ユニット３０４は、より悪い場合の帯域幅シナリオにおける順方向誤り符号化の最低限のレベルにとって十分な帯域幅を許容するデータ用帯域幅の最大量と本質的に等しい値に当該しきい値を設定する。代替的な実施例では、処理ユニット３０４は、順方向誤り符号化のデフォルトレベルを選択しない。

図４は、本発明の好ましい実施例による、順方向誤り符号化を動的に割り当てる方法４００を示すフローチャートである。ステップ４０２において、データフォーマットユニット（例えば図１のデータフォーマットユニット１０８）は、帯域幅利用を監視する。この例示的な実施例については、データフォーマットユニット内の帯域幅モニタ（例えば図２の帯域幅モニタ２０４）は、送信バッファ（例えば図２の送信バッファ２０２）内のデータを監視して、所与の時間において転送されているデータ量を決定する。ステップ４０４において、データフォーマットユニットは、データ用の帯域幅利用が所定のしきい値より大きいかどうか判断する。例えば、帯域幅モニタは、しきい値を超えたかどうか判断する。帯域幅利用がしきい値より大きい場合、順方向誤り符号器（例えば、図２の順方向誤り符号器２０６）は、ステップ４０６において順方向誤り符号化のデフォルトレベルを使用する。この実施例については、デフォルトレベルは、最悪の場合の帯域幅シナリオにおけるデータ伝送の成功に必要な最小限のレベルである。例えば、しきい値は、順方向誤り符号化のデフォルトレベルにとって十分な帯域幅を提供する帯域幅の最大量である。しかし、異なるデフォルト・レベル及びしきい値を使用することができる。

帯域幅利用がしきい値未満である場合、ステップ４０８において、帯域幅モニタは、順方向誤り符号化がデータ用に利用されていない利用可能な帯域幅を実質的に占有するように、順方向誤り符号器が順方向誤り符号化のレベルをどのレベルに調節すべきかを示す。代替的に、順方向誤り符号器は、順方向誤り符号化をどのレベルに調節すべきか決定することができる。データ用の帯域幅利用が増加すると、順方向誤り符号化のレベルは下がり、逆もまた同様である。例えば、しきい値が、順方向誤り符号化のデフォルトレベルを許容する最大のデータ帯域幅に設定される場合、データ用に利用される帯域幅の量としきい値との間の余分な未利用の帯域幅が順方向誤り符号化に使用される。

ステップ４１０において、データフォーマットユニットは、データ転送用にデータ及び順方向誤り符号化をフォーマットする。例えば、データフォーマットユニットは、パケット交換網における転送用にパケット中のデータをフォーマットする。別の例として、データフォーマットユニットは、セル・リレー・プロトコル内での転送用のセル等の別のフォーマットでデータをフォーマットすることができる。ステップ４１２において、送信機（例えば図１の送信機１１０）は、受信機（例えば受信機１１２）にフォーマットされたデータ及び順方向誤り符号化を送信する。この例示的な実施例については、送信機はワイヤレス無線通信リンクを介してデータを送信するように構成される。他の実施例では、送信機は、有線、同軸ケーブル又は光ファイバケーブル等の別の種類の通信媒体を介してデータを送信するように構成される。ステップ４１４において、受信機（例えば受信機１１２）は送信されたデータを受信し、順方向誤り符号化の調節を検出する。１つの実施例では、受信機は当該調節を自動的に検出することができる。異なる実施例において、送信される順方向誤り符号化は、どのレベルの順方向誤り符号化が使用されているかを受信機に対して示す１又は複数のビットを含む。ステップ４１６において、受信機は、送信されたデータ内の誤りを訂正するために順方向誤り符号化を使用する。

当業者であれば、上述の議論が、データを送信する１つのサイクルに関連し、実行する上では、このサイクルが速く頻繁に繰り返すことを理解するであろう。さらに、当業者であれば、１つ又は複数の方法ブロックが実質的に同時に起こることを理解するであろう。例えば、いくつかの実施例において、帯域幅の監視は、フォーマットデータの送信等の他のステップと連続的に実質的に同時に行われる。さらに、当業者であれば、いくつかの実施例において、しきい値及び順方向誤り符号化のデフォルトレベルが使用されないことを理解するであろう。そのような実施例においては、順方向誤り符号化のレベルはデータ用の帯域幅利用に基づいて決定される。

本明細書において特定の実施例が例示され説明されたが、当業者であれば、同一の目的を達成するために予想される任意の構成が、説明された特定の実施例の代わりに用いられてもよいものと理解するであろう。このような応用例は、本発明の如何なる適応又は変更をもカバーするように意図される。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。

本発明の一実施例による通信システムのブロック図である。 本発明の一実施例によるデータフォーマットユニットのブロック図である。 本発明の一実施例による順方向誤り符号器のブロック図である。 本発明の一実施例により順方向誤り符号化を動的に割り当てる方法を示すフローチャートである。

Claims (6)

1. 順方向誤り符号化を動的に割り当てるための方法（４００）であって、
   送信されるデータについての帯域幅の利用を監視するステップ（４０２）と、
   帯域幅の前記利用に応答して、利用されていない帯域幅が実質的に占有されるように、順方向誤り符号化のレベルを調節するステップ（４０８）とを含む方法。
2. 順方向誤り符号化のレベルの調節を自動的に検出するステップ（４１４）をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記監視するステップは、送信バッファ内の前記データを監視するステップ（４０２）を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記調節するステップは、
   帯域幅の前記利用が増加する場合に順方向誤り符号化のレベルを下げるステップ（４０８）と、
   帯域幅の前記利用が減少する場合に順方向誤り符号化のレベルを上げるステップ（４０８）とをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 使用すべき順方向誤り符号化の最小限のレベルを設定するステップ（４０６）を更に含む請求項１に記載の方法。
6. 最悪の場合の帯域幅シナリオに基づいて順方向誤り符号化の最小限のレベルを設定するステップ（４０６）をさらに含む請求項１に記載の方法。

Images