JP2010516081A - ジッタバッファ実装のための最大スケジューリング遅延を示す方法および装置 - Google Patents

ジッタバッファ実装のための最大スケジューリング遅延を示す方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】モバイルブロードバンドネットワークの全体性能を維持しながら、エンドツーエンド遅延が最小化されるように、ジッタバッファ実装のための最大スケジューリング遅延を示すこと。
【解決手段】 VoIPシステムには、ジッタに対処する場合、損失パケット数の低減とエンドツーエンド遅延との間にはトレードオフがある。移動無線端末(200)のジッタバッファ領域(200)を増大させると、損失パケットの確率が低減するが、エンドツーエンド遅延が増大する。ジッタバッファ領域(200)を低減させると、エンドツーエンド遅延が短縮するが、再送率およびパケット破棄率が高くなる。移動無線端末(200)のジッタバッファ領域(200)をスケジューリング遅延に合致させることができる場合、最適なソリューションを達成することができる。これを従来のシステムで達成することは難しい。何故なら、移動無線端末(200)はネットワークによってもたらされるスケジューリング遅延を認識していないためである。したがって、コンスタントな調整が必要とされる。この問題を解消する一方法は、最大スケジューリング遅延を移動無線端末(200)に通知することである。
【選択図】図5

Description

技術分野
本開示の技術分野は、一般に、モバイルブロードバンドネットワークでのジッタバッファ実装のためのスケジューリング遅延に関する。より詳細には、本開示は、モバイルブロードバンドネットワークの全体性能を維持しながら、エンドツーエンド遅延が最小化されるように、ジッタバッファ実装のための最大スケジューリング遅延を示すことに関する。
背景
現在、高速パケットアクセス(HSPA)、ロングタームエボリューション(LTE)、EDGE(GSM進化型高速データレート)、またはEDGEコンティニュードエボリューション(EDGE Continued Evolution)等のモバイルブロードバンドネットワーク上のVoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)が大きく注目されている。他の無線ベアラ実現形態よりもこういったモバイルブロードバンドネットワークが選ばれる主な理由は、柔軟性にある。この柔軟性は、音声ストリームを補うものとして新しいメディアストリームの容易な導入を約束する。
しかし、こういったモバイルブロードバンドネットワークでの柔軟なスケジューリングは、VoIPサービスの性能が相当量のジッタによって悪影響を受けるという問題を生じさせる。ジッタはキューイング競合およびネットワークを通る通信路でのシリアル化の影響に起因するパケット伝送遅延のばらつきとして見ることができる。
ジッタを処理する一方法は、ジッタバッファを導入することである。ジッタバッファは、音声ストリームを復号化する際、再生する前に、到着した各VoIPパケットを短期間にわたってバッファリングすることでジッタの影響をなくすのに役立つ。ジッタバッファは、片側(早い側)が可能な最小遅延に位置合わせされ、他方の側(遅い側)が、パケットを破棄する前に可能な最大遅延を表す時間窓とみなすことができる。ジッタバッファの問題は、VoIPサービスのエンドツーエンド遅延が、商用CS(回線交換)電話システムの場合よりもかなり長くなることである。
ボイスオーバHSPAシステムおよびボイスオーバLTEシステムでは、ジッタの大部分は、パケットスケジューラおよび基地局とH−ARQと呼ばれる移動端末との間の高速再送メカニズムによってもたらされる。スケジューラは、実装および負荷状況に応じて、1つのパケットがスケジューラに到着するとすぐに、その1つのパケットを受信側に送信するか、または待ち、恐らくはいくつかのパケットを1回の送信で受信側に送信するかを決定することができ、このことはジッタをもたらす。VoIPのリアルタイム性により、VoIP用のスケジューラは長く待つべきではない。通常、最大スケジューリング遅延閾値がスケジューラに実装され、最大閾値よりも古いパケットは破棄される。H−ARQは、受信側エンティティが受信した情報を首尾良く復号化できるまで、または最大再送遅延閾値が過ぎるまでパケット(1つまたはいくつか)を再送し、これにより、パケットは破棄されることになる。
ボイスオーバEDGEも、多くの運営業者がWCDMA(広帯域符号分割多重アクセス)ネットワークとGSM(移動体通信用グローバルシステム)ネットワークとが混合したネットワークを有するため、関心を集めている。GSMのように、EDGEも時間共有およびスケジュールアクセスを有する。EDGEコンティニュードエボリューションでは、非永続的なスケジューリングが可能である。HSPAおよびLTEにおけるH−ARQメカニズムに関して、これは、VoIPパケットが破棄されるまでに最高でも数回しか再送されないことを示唆している。これは送信確率を増大させるが、EDGEを上のVoIPの性能が相当量のジッタによって悪影響を受けるという問題も生じさせる。
この問題を例示するために、HSPA上のVoIPの一例を図7に示す。図7は、HSPAネットワーク上のVoIPでのエンドツーエンド遅延の計算を提示する。図7から、エンドツーエンド遅延がこの特定の事例では134ミリ秒〜229ミリ秒の間でばらつき得るという結論を導き出すことができる。したがって、ジッタバッファ220の長さは229−134=95ミリ秒であるべきである。これは、DL(下りリンク)送信、すなわちネットワークからモバイルUE(ユーザ機器)への送信の最小スケジューリング遅延と、DLの最大スケジューリング遅延との差に対応する。しかし、従来のシステムでは、UEは最大スケジューリング閾値についての知識を有さない。モバイルUEは移動無線端末とも呼ばれる。
概要
モバイルブロードバンド上のVoIPを実行可能な移動無線端末の一実施形態が開示される。移動無線端末は、ジッタバッファおよび端末コントローラを含む。ジッタバッファは、基地局から無線インタフェースを介するVoIPパケットをバッファリングするように構成され、端末コントローラは、ジッタバッファに動作可能に結合され、ジッタバッファの最大スケジューリング遅延に足るバッファ領域の量をジッタバッファに割り振るように構成される。ジッタバッファに割り振られるバッファ領域の量は、移動無線端末に関連する最大スケジューリング遅延指示に従う。最大スケジューリング遅延指示は、無線インタフェースを介して基地局から受信される。
移動無線端末は、無線ユニットおよび復号化ユニットも含む。無線ユニットは、基地局からVoIPパケットを受信するように構成され、無線インタフェースとして機能する。復号化ユニットはジッタバッファに動作可能に結合され、ジッタバッファ内にバッファリングされるVoIPパケットを復号化するように構成される。端末コントローラは無線ユニットおよび復号化ユニットに動作可能に結合され、無線ユニットおよび復号化ユニットの動作を制御するように構成される。復号化ユニットは、基地局との通信が確立された後、所定の時間が過ぎてから、または基地局との通信が確立された後、割り振られたバッファ領域が初めて満杯になったときに、ジッタバッファからのVoIPパケットの復号化を開始する。開始されると、復号化ユニットは、割り振られたバッファ領域が満杯であるか否かに関わらず、ジッタバッファからのVoIPパケットを連続して復号化する。
最大スケジューリング遅延指示は、基地局を介してネットワークから、または基地局自体から移動無線端末に明示的に提供することができる。例として、最大スケジューリング遅延指示は、95ミリ秒等の時間量または10KB等のデータ量として明示的に提供される。端末コントローラは、提供される時間量またはデータ量に対応してジッタバッファにバッファ領域を割り振る。最大スケジューリング遅延指示は、移動無線端末により、移動無線端末と基地局との通信が確立されてから、VoIPパケットを受信する前に受信される。
最大スケジューリング遅延指示は暗黙的に提供してもよい。一実施形態では、無線ユニットは所定のパケットを基地局から受信する。所定のパケットはVoIPデータを含む。所定のパケット内のVoIPデータの量は、最大スケジューリング遅延閾値に対応する。端末コントローラは、所定のパケット内のVoIPデータの量に対応してジッタバッファにバッファ領域を割り振るように構成される。
所定のパケットは、基地局からの初期バーストパケットの形態であることができる。1つまたは複数のVoIPパケットは初期バーストパケット内にカプセル化される。無線インタフェースは初期バーストパケットのカプセル化を解除して1つまたは複数の構成VoIPパケットにし、カプセル化解除されたVoIPパケットをジッタバッファに提供することができる。初期バーストパケットに続き、他のバーストパケットを基地局から受信することができ、続く各バーストパケットも1つまたは複数のVoIPパケットを含む。
モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する方法の一実施形態も開示される。この方法は、無線インタフェースを介して最大スケジューリング遅延指示を基地局から受信する動作を含み、最大スケジューリング遅延指示は、移動無線端末に関連する最大スケジューリング遅延に対応する。この方法は、最大スケジューリング遅延に足る移動無線端末のジッタバッファのバッファ領域の量を割り振る動作も含む。
この方法は、VoIPパケットを基地局から受信してジッタバッファに記憶することと、割り振られたバッファ領域が満杯であるか否かを判断することと、満杯であると判断された場合、VoIP復号化プロセスを開始することとをさらに含む。VoIP復号化プロセスは、基地局との通信を確立した後、割り振られたバッファ領域が初めて満杯になったときに開始される。VoIP復号化プロセスの開始後、復号化プロセスは、割り振られたバッファ領域が満杯であるか否かに関わらず、そこから続く。
最大スケジューリング遅延指示は、例えば、時間量またはデータ量として明示的に提供することができる。ジッタバッファに割り振られるバッファ領域の量は、提供される時間量またはデータ量に対応する。最大スケジューリング遅延指示は、VoIPパケットを受信する前に受信される。
最大スケジューリング遅延指示は暗黙的に提供することもできる。基地局からVoIPパケットを受信する動作は、所定のパケットを基地局から受信することを含む。所定のパケットは内部にパッケージされたVoIPデータを含み、所定のパケット内のVoIPデータの量は、最大スケジューリング遅延に対応する。ジッタバッファに割り振られるバッファ領域は、所定のパケット内のVoIPデータの量に対応する。
所定のパケットは、基地局からの初期バーストパケットの形態であることができる。1つまたは複数のVoIPパケットが初期バーストパケット内にカプセル化され、VoIPパケットを受信する動作は、初期バーストパケットのカプセル化を解除して1つまたは複数のVoIPパケットにし、カプセル化解除されたVoIPパケットをジッタバッファの割り振られたバッファ領域に提供することを含む。初期バーストパケットに続き、他のバーストパケットを基地局から受信することができ、続く各バーストパケットも1つまたは複数のVoIPパケットを含む。
モバイルブロードバンド上のVoIPを実行可能な基地局の一実施形態が開示される。この基地局は、ベースバンドユニットおよび基地局コントローラを含む。ベースバンドユニットは、無線インタフェースを介して複数の移動無線端末と通信するように構成され、基地局コントローラはベースバンドユニットに動作可能に結合され、ベースバンドユニットの動作を制御するように構成される。基地局はRF(無線周波数)ユニットも含み、これは無線インタフェースとして機能する。
各移動無線端末につき、ベースバンドユニットは、移動無線端末に妥当な最大スケジューリング遅延を決定し、最大スケジューリング遅延に対応する最大スケジューリング遅延指示を移動無線端末に提供し、移動無線端末宛てのVoIPパケットを提供するように構成される。最大スケジューリング指示は、時間量またはデータ量を明示的に指定することができる。ベースバンドユニットは、VoIPパケットを提供する前に、明示的な最大スケジューリング遅延指示を提供する。
最大スケジューリング遅延は暗黙的に提供することもできる。ベースバンドユニットは、所定のパケットをパッケージし、所定のパケットを移動無線端末に提供するように構成することができる。所定のパケットはVoIPデータを含み、所定のパケット内のVoIPデータの量は最大スケジューリング遅延に対応する。所定のパケットは初期バーストパケットとして提供することができる。ベースバンドユニットは、1つまたは複数のVoIPパケットを初期バーストパケット内にカプセル化するように構成されるとともに、他のいかなるVoIPパケットを移動無線端末に提供する前に、初期バーストパケットをモバイル移動端末に向けてバーストするように構成される。
複数の移動無線端末の場合、個々の各移動無線端末へのVoIPパケットは、ベースバンドユニットによってキューイングされる。キューイングされた各VoIPパケットにつき、ベースバンドユニットは、優先基準に基づき、そのパケットを移動無線端末の最大スケジューリング遅延以内に移動無線端末に送出できるか否かを判断する。キューイングされたパケットを最大スケジューリング遅延以内で送出できる場合、パケットの送出がスケジュールされる。キューイングされたパケットを最大スケジューリング遅延以内で送出できない場合、VoIPパケットは破棄される。送出がスケジュールされたパケットの場合、ベースバンドユニットは、これらVoIPパケットをバーストデータパケット内にパッケージし、バーストパケットの部分として移動無線端末に送出することができる。バーストデータパケット内のすべてのVoIPパケットは、最大スケジューリング遅延以内に送出される。移動無線端末宛ての各VoIPの優先度は、移動無線端末に関連する加入者サービスレベルおよびVoIPの発信時間に基づき得る。
モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する方法400の一実施形態が開示される。この方法は、移動無線端末に妥当な最大スケジューリング遅延を決定することと、無線インタフェースを介して最大スケジューリング遅延に対応する最大スケジューリング遅延指示を移動無線端末に提供することと、移動無線端末宛てのVoIPパケットを、これもまた無線インタフェースを介して提供することとを含む。最大スケジューリング遅延指示は、明示的または暗黙的に提供することができる。VoIPパケットをバーストパケット内にカプセル化することもでき、各バーストパケットは1つまたは複数のVoIPパケットを含む。初期バーストパケット内のVoIPパケットの量は、最大スケジューリング遅延指示として機能することができる。
モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する方法の別の実施形態が開示される。この方法は、基地局と移動無線端末との通信を確立することと、移動無線端末に基地局から、その移動無線端末に関連するVoIPパケットの最大スケジューリング遅延を通知することと、最大スケジューリング遅延に対応して移動無線端末内のジッタバッファ領域を割り振ることと、複数のVoIPパケットを基地局から移動無線端末に提供することと、複数のVoIPパケットを移動無線端末の割り振られたジッタバッファ領域内にバッファリングすることと、割り振られたジッタバッファ領域が最初に満杯になったときに移動無線端末内で復号化プロセスを開始して、バッファを復号化して複数のVoIPパケットにすることとを含む。最大スケジューリング遅延は、時間量またはデータ量のうちの一方として明示的に提供することができる。
ジッタを低減する方法の代替の実施形態が開示される。この方法は、初期バーストパケットを準備することと、基地局と移動無線端末との通信を確立した後、他のいかなるVoIPパケットを提供する前に、基地局から移動無線端末に初期バーストパケットをバーストすることとを含む。初期バーストパケットは、内部に1つまたは複数のVoIPパケットをカプセル化する。初期バーストパケット内のVoIPデータの量は、移動無線端末の最大スケジューリング遅延に対応する。この方法は、基地局から移動無線端末に残りのVoIPパケットを提供することと、移動無線端末から1つまたは複数の初期VoIPパケットおよび残りのVoIPパケットを復号化することとも含む。この場合、上述した他の実施形態と異なり、復号化は、移動無線端末のジッタバッファが満杯であるか否かに関わりなく、移動無線端末がVoIPデータを受信するとすぐに開始される。通信確立後にジッタバッファが最初に満杯になるまで待たない。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、参照文字が各図を通して同じ部分を指す添付図面に示される好ましい実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも実寸ではなく、その代わりに本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
図面の簡単な説明
移動無線端末と通信するために使用される基地局の一実施形態例を示す。 移動無線端末の一実施形態を示す。 モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する、移動無線端末によって実行される方法の一例を示す。 バーストパケットを受信する方法の一例を示す。 図3に示す方法の一変形を示す。 モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する、基地局によって実行される方法の一例を示す。 最大スケジューリング遅延を示すために初期バーストパケット内にVoIPパケットをカプセル化する方法の一例を示す。 基地局から移動無線端末にVoIPパケットを提供する方法の一例を示す。 基地局と移動無線端末との通信方法のタイムラインを示す。 図5に示すタイムラインの一変形を示す。 基地局と移動無線端末との通信のタイムラインの代替の実施形態を示す。 HSPAシステム上のVoIPでのエンドツーエンド遅延の計算の一例を示す。 基地局スケジューラに実装される優先度関数の一例を示す。 基地局スケジューラのパケット到着時間および移動無線端末の対応するパケット到着時間の例を示す。 移動無線端末において発生するジッタの一例を示す。 1つまたは複数の開示される原理を適用する時間の関数としてのジッタバッファの深さの一例を示す。 1つまたは複数の開示される原理を適用する時間の関数としてのジッタバッファの深さの代替の例を示す。 ジッタバッファが最適化されていない従来のシステムでの時間の関数としてのジッタの深さの一例を示す。 1つまたは複数の開示される原理を適用する特定のマッチングスケジューリング遅延の場合のHSPAシステム上のVoIPのエンドツーエンド遅延を示す。
詳細な説明
簡素化および説明のために、本発明の原理を主に本発明の実施形態例を参照することによって説明する。しかし、同様の原理が、基地局と移動無線端末とが通信する多くの種類のシステムおよび方法に等しく適用可能なことを当業者は容易に認識するであろう。図に示される機能ブロックおよび方法は、ソフトウェアプログラム、DSP、ASIC等を含むがこれらに限定されない様々な方法で実施してもよい。有利なことに、エンドツーエンド遅延が費用効率的に低減され、通信リソースの利用率が向上する。
ジッタ問題を示すために、HSPAシステム上のVoIPでのエンドツーエンド遅延の計算の図である図7を再び参照する。図7から、ジッタバッファ220の大きさが95ミリ秒(229−134)でなければならないという結論を導き出すことができる。これは、図中のDLの最小スケジューリング遅延とDLの最大スケジューリング遅延との差に対応する。このシステム例では、スケジューリングはMAC−d(媒体アクセス制御)PDU(パケットデータユニット)に対して実行される。いくつかのMAC−d PDUは、スケジューリング判断の結果として1つのMAC−hs PDUとして提供される。音声パケットは、MAC−d PDU内にカプセル化され、通常、音声パケット毎に1つのMAC−d PDUが使用される。MAC−d PDUはMAC−hs PDU内にカプセル化される。スケジューラは、負荷状況、無線状況、および実施態様に応じていつデータを送信するかを決定する。スケジューラは、MAC−hs PDU毎に1つのMAC−d PDUを送信するか、または待ち、多くのMAC−d PDUをMAC−hs PDU毎に含めるかを決定することができる。MAC−hsは、無線リンクを介する最下位プロトコルレイヤである。
遅延スケジューラは、HSPA上のVoIPにおいて使用することができる。遅延スケジューラは、MAC−d PDUがスケジューリングキュー内に保持されている時間量をスケジューリング判断の際の入力パラメータとして使用する。VoIP等のリアルタイムサービスは、通常、最大許容エンドツーエンド遅延を有するため、遅延スケジューラは最大遅延閾値を備えるべきである。この最大閾値は、スケジューリングキュー内に最大遅延閾値を超える時間にわたって保持されているMAC−d PDUを破棄するために使用され得る。
図8は、遅延スケジューラに実装することができる優先度関数の一例を示す。この図では、最大スケジューリング遅延が100ミリ秒であると仮定される。100ミリ秒を超えてキュー内に存在する任意のMAC−d PDUは破棄される。しかし、100ミリ秒以内では、PDUの優先度は、PDUがキュー内にある時間量が増大するにつれて増大する。最大閾値もH−ARQ(ハイブリッド自動再送要求)再送も考慮に入れる場合(すなわち、再送プロセス中であってもMAC−d PDUが破棄される)、スケジューリングおよびH−ARQ再送による遅延は0ミリ秒から最大で最大閾値によって設定される最大遅延まで変化し得る。
しかし、従来のシステムでは、移動無線端末は最大スケジューリング閾値についての知識を有さない。このような最大スケジューリング閾値の知識は、ジッタバッファの実装に有益である。説明のために、図7および図8を再び参照する。これらの図では、各VoIPパケットが20ミリ秒の発話データを含むものと仮定される。したがって、1〜5までの任意の個数のVoIPパケットをスケジュールすることができる。1〜5でランダムにスケジュールされるVoIPパケットの場合の基地局のパケット到着時間(ジッタなし)および移動無線端末(スケジューリングによってジッタがもたらされる)を図9に見ることができる。移動無線端末が受けるジッタは図10にも示される。
VoIPシステムには、ジッタに対処する場合、損失パケット数の低減とエンドツーエンド遅延の最小化との間にはトレードオフがある。移動無線端末のジッタバッファを増大させると、パケット損失率が低減するが、エンドツーエンド遅延が増大する。一方、ジッタバッファを低減させると、エンドツーエンド遅延が短縮し、音声通信経験の品質が向上するが、再送率およびパケット破棄率が高くなる。移動無線端末のジッタバッファのサイズをスケジューリング遅延に合致させることができる場合、最適なソリューションを達成することができる。これを従来のシステムで達成することは難しい。何故なら、移動無線端末は基地局にもたらされるスケジューリング遅延を認識していないためである。したがって、コンスタントな調整が必要とされる。
この問題を解消する一方法は、移動無線端末に最大スケジューリング遅延を通知することである。最大スケジューリング遅延がモバイル移動端末に通知される場合、移動無線端末は、破棄パケット数または再送パケット数が最小化されるように、最大スケジューリング遅延に対応するのに足るジッタバッファ領域の量を割り振るという処置を講じることができる。割り振られる領域の量が最大スケジューリング遅延の処理に必要なバッファ領域の量以下であることも好ましい。このようにして、エンドツーエンド遅延も最小化される。
図1は、HSPAまたはEDGE等のモバイルブロードバンドネットワーク上のVoIPを実行可能な基地局100の一実施形態を示す。基地局100は、RF(無線周波数)ユニット110、ベースバンドユニット120、基地局コントローラ130、およびネットワークインタフェースユニット140を含む。RFユニット110は、VoIPパケットを複数の移動無線端末200(図2に示すユーザ機器等)に提供するように構成される。移動無線端末は移動無線端末200とも呼ばれる。ベースバンドユニット120はRFユニット110に動作可能に結合され、VoIP信号をRFユニット110に提供して、複数の移動無線端末200と通信するように構成される。基地局コントローラ130は、RFユニット110およびベースバンドユニット120ならびにネットワークインタフェースユニット140の動作を制御する。
図4は、モバイルブロードバンド上のVoIPにおいてジッタを低減する方法400の一例を示す。ベースバンドユニット120、RFユニット110、およびネットワークインタフェース140は、基地局コントローラ130の制御下で方法400を実行することができる。図4に示すように、方法400は、基地局100と移動無線端末200との通信を確立すること(動作410)を含む。移動無線端末200に対して、最大スケジューリング遅延が決定され(動作420)、最大スケジューリング遅延の指示が移動無線端末200に提供される(動作430)。最大スケジューリング遅延は基地局100(ベースバンドユニット120等)によって決定することができる。しかし、基地局100が接続されるコアネットワーク(図示せず)は、移動無線端末200に妥当な最大スケジューリング遅延を決定することができる。最大スケジューリング遅延指示が提供された後、基地局100はVoIPパケットを移動無線端末200に送信(すなわち、提供)する(動作440)。
図2は、移動無線端末200の一実施形態例を示す。移動無線端末200は、無線ユニット210、ジッタバッファ220、および復号化ユニット240を含み、これらはすべて端末コントローラ230の制御下で動作する。無線ユニット210は、VoIPパケットを基地局100から受信するように構成される。ジッタバッファ220は無線ユニット210に動作可能に結合され、無線ユニット210が基地局100から受信したVoIPパケットをバッファリングする。復号化ユニット240は、ジッタバッファ220にバッファリングされたVoIPパケットを復号化する。
図3および図3Aは、移動無線端末200によって実行される、ジッタを低減する方法の一例を示す。この方法は、基地局100と移動無線端末200との通信を確立することによって開始される(動作310)。通信確立後、動作320において、基地局100からの最大スケジューリング遅延指示が移動無線端末200、例えば、無線ユニット210によって受信される。動作330において、最大スケジューリング遅延に対応するのに足るジッタバッファ220にバッファ領域の量が、例えば、端末コントローラ230によって割り振られる。
再び図4を参照すると、基地局100は、スケジューリング遅延を提供した後、動作440において、VoIPパケットを連続して提供する。VoIPパケットは、通信の終了まで移動無線端末200に連続して提供される。それに対応して、移動無線端末200において、動作320においてスケジューリング遅延を受信した後、動作380および390において、VoIPパケットが連続して受信される。VoIPパケットの受信は、動作320においてスケジューリング遅延を受信した直後に、または動作330においてバッファ領域を割り振られた後に行うことができる。
一例では、ジッタバッファ220内のVoIPパケットの初期復号化は、動作340に示されるように、割り振られた領域が満杯になるまで開始されない。この復号化プロセスの初期トリガは、以下の疑似コードによって表すことができる。
if allocated_buffer_space_is_full
decoding_started = 1;
end
この実施形態では、移動無線端末200に、移動無線端末200に妥当な最大スケジューリング遅延、すなわち、時間量またはデータ量のいずれか(パケット数として表すこともできる)が通知される。この情報は、QoSネゴシエーション(PDPコンテキストセットアップ)において移動無線端末200に提供することができる。3GPP GS23.107の転送遅延属性または新しい遅延属性を使用して、最大スケジューリング遅延の情報を運ぶことができる。転送遅延は、通常、ベアラサービスの寿命中に送出されるすべてのSDU(サービスデータユニット)の遅延の分布の95パーセンタイルという最大遅延として定義され、SDUの遅延は、あるSAP(サービスアクセスポイント)におけるSDU転送要求から他のSAPへの送出までの時間として定義される。
図3中、VoIPパケットの初期読み取りおよび復号化は、割り振られた領域が満杯になる(動作340および350参照)まで開始されない。通信が確立された後、割り振られた領域が最初に満杯になるまで復号化を開始しないことを確実にすることにより、移動無線端末200はジッタを効率的に処理することができる。図11は、移動無線端末200が図9および図10に示される遅延およびジッタトレース(jitter trace)をどのように処理するかを示す。より具体的には、図11は、図3に示すようなアルゴリズムを適用する時間の関数としてのジッタバッファの深さを示す。図から分かるように、中断のない再生が確保される。図3に示す戦略は、復号化後のジッタバッファの深さがゼロパケットまで下がるという意味で、すなわち可能な限り最小のジッタバッファ遅延で働き、ひいてはエンドツーエンド遅延が最小化されるという意味で最適化される。初期復号化が開始された後、割り振られたジッタバッファ領域の読み取りおよび復号化は、通信が終了するまで続けられる(動作360および370)。
基地局100と移動無線端末200との対話を図5に示し、図5は、基地局100と移動無線端末200とのイベントのタイムラインである。示すように、動作510において、通信が基地局100と移動無線端末200との間に確立される。動作520において、最大スケジューリング遅延が、基地局100から移動無線端末200に提供される。これは、図4の動作420および図3の動作320に対応する。最大スケジューリング遅延を提供した後、基地局100は、基地局100と移動無線端末200との通信が終了する(動作570)までVoIPパケットを移動無線端末200に連続して提供する(動作540)。
移動無線端末200側において、動作520において最大スケジューリング遅延を受信した後、動作530において、ジッタバッファ領域が割り振られ、動作550において、動作540において提供されるVoIPパケットがバッファリングされる。バッファが最初に満杯になると、動作560において、VoIPパケットは連続して復号化される。バッファリング動作550および復号化動作560は、動作540においてVoIPパケットが提供される限り実行される。すなわち、復号化プロセスが開始されると、復号化は、割り振られたバッファ領域が満杯であるか否かに関わりなく続けられる。
図3を再び参照すると、動作320において、最大スケジューリング遅延は基地局100から移動無線端末200に受信される。最大スケジューリング遅延指示は、実際のVoIPパケットとは別個に明示的に提供することができる。一例として、100ミリ秒等の時間量を示すことができる。別の例として、データ量を示すことができる。データ量は、バイト数または等価のパケット数に関して示され得る。バッファ領域を割り振る動作330において、最大スケジューリング遅延指示が時間量として提供される場合、端末コントローラ230は、その時間量に対応するデータ量をバッファリングするのに十分なバッファ領域を割り振ることになる。指示がデータ量の形態で提供される場合、端末コントローラ230はここでも、対応するバッファ領域の量を割り振る。
最大スケジューリング遅延指示は暗黙的に提供されてもよい。上では、いくつかのMAC−d PDUを単一のMAC−hs PDUに含めてよいことが示されている。換言すれば、複数のVoIPパケットを所定のパケット内にパッケージすることができる。所定のパケットは初期バーストパケットであることができる。1つまたは複数のVoIPパケットは単一のモバイルブロードバンドデータパケット内にカプセル化され、モバイルブロードバンドデータパケットは、初期バーストパケットとして基地局100から移動無線端末200に送信することができる。初期バーストパケット内にカプセル化されるVoIPパケットの量を使用して、移動無線端末200の最大スケジューリング遅延を示すことができる。これを図4Aに示し、図4Aは、スケジューリング遅延を提供する動作430を実施する方法の一例を示す。この方法では、動作432において、VoIPパケットの初期セットが初期バーストパケット内にカプセル化され、動作434において、初期バーストパケットはバースト内で送信される。これに対応して、図3の動作320および330において、端末コントローラ230は、バーストデータパケット内にカプセル化された、最初に受信されたVoIPパケットをバッファリングするのに十分なバッファ領域を割り振ることになる。
図3では、復号化プロセスは、割り振られたバッファが最初に満杯になるまで開始されない。図3Bはこの方法の一変形を示し、図5Aは対応するタイムラインイベントを示す。図3Bでは、動作340において行われた判断が動作345で置き換えられている。動作345では、基地局100との通信が確立されてから待ち時間が経過したか否かが判断される。復号化プロセス(動作350)は、待ち時間が経過した後に開始される。一実施形態では、待ち時間は、動作320において受信される最大スケジューリング遅延に対応する。この復号化プロセスの初期トリガは、以下の擬似コードで表すことができる。
if wait_time_passed
decoding_started = 1;
end
なお、初期パケット以外の音声パケットをカプセル化し、バーストパケットとして基地局100から移動無線端末200に提供してもよい。このようなパケットが移動無線端末200側で受信されると、パケットはカプセル化解除されて個々のVoIPパケットになり、カプセル化解除されたVoIPパケットは、図3A(動作382、384、および386)に示すように、バッファ領域に提供される。
パケットをバーストする能力は、パケットの複数の移動無線端末200への送出のスケジューリングを助ける。このスケジューリングは、基地局100自体を含めた任意のネットワーク構成要素によって達成することができる。これは、VoIPパケットを移動無線端末200に提供する一方法を例示した図4Bに示される。ネットワーク遅延スケジューラは、基地局コントローラ130内に実装することができ、この方法を実行することができる。VoIPパケットをスケジューリングし提供する方法は、動作442において、移動無線端末200宛てのVoIPパケットをキューイングすることによって開始される。動作443におけるキューから、移動無線端末200の次のパケットが読み出される。パケットが最大遅延以内の場合、パケットは送出にスケジュールされる(動作444および446)。その他の場合、パケットは破棄される(動作445)。このプロセスは、キュー内にパケットがある限り繰り返される(動作447)。複数のVoIPパケットの送出は、上述したように、複数のVoIPパケットを単一のバーストデータパケット内にカプセル化することによってバーストで行うことができる。
最大スケジューリング遅延についての情報を移動無線端末200に明示的に伝達することが常に実現可能であるわけではないであろう。例えば、移動無線端末200によってはこのような情報を受信する機能を有さないものがあり得る。こういったタイプの移動無線端末200は、ジッタバッファ220にVoIPパケットがあるとすぐに復号化を開始するように構成することができる。換言すれば、移動無線端末200の復号化プロセスを以下の疑似コードで表すことができる。
if packets_in_jitter_buffer >= 0,
decoding_started = 1;
end
この場合、移動無線端末200は、VoIPパケットを受信するとすぐに復号化を開始する。中断なしの発話再生を保証するインテリジェンスはネットワーク側、例えば、基地局100に移る。なお、インテリジェンスは基地局100だけではなく任意のネットワーク側構成要素内に構築することができる。この実施形態の一利点は、ネットワーク(例えば、基地局100)によって利用されるアルゴリズムが簡易化されることである。基地局100は、移動無線端末200に関連する最大スケジューリング遅延と等価のVoIPデータ量をバーストすることによって送信を開始する。図12は、図9および図10からの遅延トレースが、5つのパケットの送信で開始されるように変更され、上記疑似コードによって表されるバッファ戦略を適用する場合に何が起こるかを示す。ここでも、バッファの深さはゼロに達することができる。
これは、コンピュータバッファ量が必要量を超える従来のコンピュータバッファ割り振り戦略を示す図13とは対照的である。図13では、VoIPパケットは決して空にならず(決してゼロに達せず)、エンドツーエンド遅延が必要よりも長いことを示す。なお、図13は図11とも対比される。
この代替の戦略のタイムラインを図6に示す。図6では、動作610において、基地局100と移動無線端末200との通信が確立される。動作620において、1つまたは複数のVoIPパケットをカプセル化するバーストデータパケットも基地局100において用意される。用意されると、動作630において、バーストパケットは移動無線端末200に提供される。初期パケットが提供された後、動作640において、基地局100は、動作670において通信が終了するまで、VoIPパケットの残りを移動無線端末200に連続して提供する。なお、VoIPパケットの残りは、1つまたは複数の他のバーストパケット内にカプセル化して移動無線端末200に提供してもよい。
移動無線端末200側において、VoIPパケットが基地局100から提供されるとすぐに、パケットは、基地局100と移動無線端末200との通信が終了するまで、バッファリングされて復号化される(動作650および660)。
上述したように、VoIPを埋め込むことができるモバイルブロードバンドシステムの一形態はHSPAである。別の形態はEDGE上のVoIPを実施している。HSPAを使用する場合、ダイナミックフレームバンドリング(dynamic frame bundling)が可能である。すなわち、基地局100と移動無線端末200との間で伝送する発話フレームの数を変化させることができる。ダイナミックフレームバンドリングはEDGE上のVoIPの場合と異なる。何故なら、移動無線端末200は、通常、EDGEでは一定のタイムスロットとして、例えば20ミリ秒毎にスケジュールされるためである。再送は、音声サービスにおいて十分に低いFER(フレーム消去率)で受信するために有益である。しかし、このような再送が許される場合、大きなジッタが生じる。
GSM EDGEコンティニュードエボリューション規格において提案される可能な1つの最適化プロセスは、パケットが破棄される前に最大数の再送がある非永続的なスケジューリングである。EDGEシステム上のVoIPにおいて発生し得るジッタの最大量は、この場合、パケットが再送される時間になる。したがって、織り込むことができる遅延属性の追加特徴は、遅延属性が、EDGE上のシステムVoIPにおいてパケットを再送することができる時間を伝達することである。
その実施形態例を参照して説明したが、当業者は、説明した実施形態に各種変更を行い得るであろう。本明細書において使用される用語および説明は、例示としてのみ記され、限定を意味しない。特に、方法を例として説明したが、方法の動作は図示の順番とは異なる順番で、または同時に実行してもよい。当業者は、これらおよび他の変形が可能なことを認識するであろう。

Claims (30)

  1. モバイルブロードバンド上のVoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)を実行可能な移動無線端末(200)であって、
    基地局(100)から無線インタフェースを介するVoIPパケットをバッファリングするように構成されるジッタバッファ(220)と、
    前記ジッタバッファに動作可能に結合され、前記移動無線端末に関連する最大スケジューリング遅延指示に従って前記ジッタバッファの最大スケジューリング遅延に足るバッファ領域の量を前記ジッタバッファに割り振るように構成される端末コントローラ(230)とを備える移動無線端末(200)において、
    前記最大スケジューリング遅延指示が前記無線インタフェースを介して前記基地局(100)から受信されることを特徴とする、移動無線端末(200)。
  2. 前記無線インタフェースとして機能する、基地局(100)からVoIPパケットを受信するように構成される無線ユニット(210)と、
    前記ジッタバッファ(220)に動作可能に結合され、前記ジッタバッファ(220)内にバッファリングされた前記VoIPパケットを復号化するように構成される復号化ユニット(240)と
    をさらに備える移動無線端末(200)であって、
    前記端末コントローラ(230)が前記無線ユニット(210)および前記復号化ユニット(240)に動作可能に結合され、前記無線ユニット(210)および前記復号化ユニット(240)の動作を制御するように構成され、
    前記復号化ユニット(240)が、前記基地局(100)との通信が確立された後、前記割り振られたバッファ領域が最初に満杯になったときに、前記ジッタバッファ(220)からの前記VoIPパケットの復号化を開始するように構成されることを特徴とする、請求書1に記載の移動無線端末(200)。
  3. 前記最大スケジューリング遅延指示が、時間量またはデータ量のうちの一方として明示的に受信され、
    前記端末コントローラ(230)が、前記時間量または前記データ量に対応する前記バッファ領域を前記ジッタバッファ(220)に割り振ることを特徴とする、請求書2に記載の移動無線端末(200)。
  4. 前記無線ユニット(210)が、前記VoIPパケットを受信する前に前記最大スケジューリング遅延指示を受信することを特徴とする、請求書2に記載の移動無線端末(200)。
  5. 前記無線ユニット(210)が、前記基地局(100)から、VoIPデータを含む所定のパケットを受信し、
    前記所定のパケット内の前記VoIPデータの量が前記最大スケジューリング遅延に対応し、
    前記端末コントローラ(230)が、前記所定のパケット内の前記VoIPデータの量に対応する前記バッファ領域を前記ジッタバッファ(220)に割り振ることを特徴とする、請求書2に記載の移動無線端末(200)。
  6. 前記無線ユニット(210)が、
    いかなる他のVoIPパケットを受信する前に受信される初期バーストパケットであって、かつ前記所定のパケットである初期バーストパケット内にカプセル化された1つまたは複数のVoIPパケットを前記基地局(100)から受信し、
    前記初期バーストパケットのカプセル化を解除して1つまたは複数のVoIPパケットにし、
    前記カプセル化解除された1つまたは複数のVoIPパケットを前記ジッタバッファ(220)に提供することを特徴とする、請求書5に記載の移動無線端末(200)。
  7. モバイルブロードバンド上のVoIP(ボイスオーバネットワーク)においてジッタを低減する方法(300)であって、
    無線インタフェースを介して、基地局(100)から移動無線端末(200)に関連する最大スケジューリング遅延に対応する最大スケジューリング遅延指示を受信すること(320)と、
    前記最大スケジューリング遅延に足るバッファ領域の量を前記移動無線端末(200)のジッタバッファ(220)に割り振ること(330)と
    を含む、方法(300)。
  8. 前記基地局(100)からVoIPパケットを受信すること(380)であって、前記VoIPパケットを前記ジッタバッファ(220)内に記憶することと、
    前記割り振られたバッファ領域が満杯であるか否かを判断すること(340)と、
    前記基地局(100)との通信を確立した後、前記割り振られたバッファ領域が最初に満杯になったと判断された場合、VoIP復号化プロセスを開始すること(350)と
    をさらに含む、請求項7に記載の方法(300)。
  9. 前記最大スケジューリング遅延指示が、時間量またはデータ量のうちの一方として明示的に提供され、
    前記バッファ領域の量を前記移動無線端末(200)の前記ジッタバッファ(220)に割り振る動作(330)が、前記時間量または前記データ量に対応する前記バッファ領域を前記ジッタバッファ(220)に割り振ることを含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法(300)。
  10. 前記最大スケジューリング遅延指示の指示を受信する動作(320)が、前記VoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)パケットを受信する動作(380)の前に行われることを特徴とする、請求項8に記載の方法(300)。
  11. 前記基地局(100)から前記VoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)パケットを受信する動作(380)が、前記基地局(100)から、VoIPデータを含む所定のパケットを受信することを含み、
    前記所定のパケット内の前記VoIPデータの量が前記最大スケジューリング遅延に対応し、
    前記ジッタバッファ(220)に割り振られるバッファ領域が、前記所定のパケット内の前記VoIPデータの量に対応することを特徴とする、請求項8に記載の方法(300)。
  12. 前記基地局(100)から前記VoIPパケットを受信する動作(380)が、
    いかなる他のVoIPパケットを受信する前に、1つまたは複数のVoIPパケットを含み、かつ前記所定のパケットである初期バーストパケットを前記基地局(100)から受信することと、
    前記1つまたは複数のVoIPパケットを前記初期バーストパケットからカプセル化解除すること(384)と、
    前記カプセル化解除された1つまたは複数のVoIPパケットを前記割り振られたバッファ領域に提供すること(386)と
    を含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法(300)。
  13. モバイルブロードバンド上のVoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)を実行可能な基地局(100)であって、
    無線インタフェースを介して複数の移動無線端末(200)と通信するように構成されるベースバンドユニット(120)と、
    前記ベースバンドユニット(120)に動作可能に結合され、前記ベースバンドユニット(120)の動作を制御するように構成される基地局コントローラ(130)とを含む基地局(100)において、
    前記複数の移動無線端末(200)の中の移動無線端末(200)に対して、前記ベースバンドユニット(120)が、
    前記無線インタフェースを介して、前記移動無線端末(200)に妥当な最大スケジューリング遅延に対応する最大スケジューリング遅延指示を前記移動無線端末(200)に提供し、
    前記無線インタフェースを介して、前記移動無線端末(200)宛ての前記VoIPパケットを提供することを特徴とする、基地局(100)。
  14. 前記最大スケジューリング遅延指示が、時間量またはデータ量のうちの一方を特定する明示的な指示であることを特徴とする、請求項13に記載の基地局(100)。
  15. 前記ベースバンドユニット(120)が、前記VoIPパケットを提供する前に前記最大スケジューリング遅延指示を提供することを特徴とする、請求項14に記載の基地局(100)。
  16. 前記ベースバンドユニット(120)が、
    前記所定のパケット内の前記VoIPデータの量が前記最大スケジューリング遅延に対応するように、前記VoIPデータを含む所定のパケットをパッケージし、
    前記所定のパケットを前記移動無線端末(200)に提供することを特徴とする、請求項13に記載の基地局(100)。
  17. 前記ベースバンドユニット(120)が、
    初期バーストパケット内のVoIPデータの量が暗黙的な最大スケジューリング遅延指示であるように、1つまたは複数のVoIPパケットを初期バーストパケット内にカプセル化し、
    いかなる他のVoIPパケットを前記移動無線端末(200)に提供する前に、前記初期バーストパケットを前記移動無線端末(200)にバーストする
    ことを特徴とする、請求項16に記載の基地局(100)。
  18. 前記ベースバンドユニット(120)が、
    前記移動無線端末(200)宛ての前記VoIPパケットをキューイングし、
    キューイングされた各VoIPパケットについて、前記VoIPパケットを優先度に基づいて前記最大スケジューリング遅延以内に前記移動無線端末(200)に送出できるか否かを判断し、
    前記最大スケジューリング遅延以内に送出できる各VoIPパケットの送出をスケジュールし、
    前記最大スケジューリング遅延以内に送出できない各VoIPパケットを破棄することを特徴とする、請求項13に記載の基地局(100)。
  19. モバイルブロードバンド上のVoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)においてジッタを低減する方法(400)であって、
    無線インタフェースを介して、最大スケジューリング遅延指示を移動無線端末(200)に提供すること(430)であって、前記最大スケジューリング遅延指示が、前記移動無線端末(200)に妥当な最大スケジューリング遅延であることを特徴とすることと、
    前記無線インタフェースを介して、前記移動無線端末(200)宛てのVoIPパケットを提供すること(440)と
    を含む、方法(400)。
  20. 前記最大スケジューリング遅延指示を提供する動作(430)が、時間量またはデータ量のうちの一方として前記最大スケジューリング遅延指示を明示的に提供することを含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法(400)。
  21. 前記最大スケジューリング遅延指示を前記移動無線端末(200)に提供する動作(430)が、前記移動無線端末(200)宛ての前記VoIPパケットを提供する動作(440)を実行する前に実行されることを特徴とする、請求項20に記載の方法(400)。
  22. 前記最大スケジューリング遅延指示を提供する動作(430)が、
    VoIPデータの量が前記最大スケジューリング遅延指示に対応するように、前記VoIPデータを所定のパケットにパッケージすることと、
    前記所定のパケットを前記移動無線端末(200)に提供することと
    を含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法(400)。
  23. 前記VoIPデータを前記所定のパケットに提供する動作および前記所定のパケットを前記移動無線端末(200)に提供する動作が、
    1つまたは複数のVoIPパケットを、前記所定のパケットであるように対応する初期バーストパケットにカプセル化すること(432)と、
    前記初期バーストパケットを前記移動無線端末(200)にバーストすること(434)と
    を含むことを特徴とする、請求項22に記載の方法(400)。
  24. 前記移動無線端末(200)宛ての前記VoIPパケットを提供する動作(440)が、
    前記移動無線端末(200)宛ての前記VoIPパケットをキューイングすること(442)と、
    キューイングされた各VoIPパケットについて、前記VoIPパケットを優先度に基づいて前記最大スケジューリング遅延以内に前記移動無線端末(200)に送出できるか否かを判断すること(444)と、
    前記最大スケジューリング遅延以内に送出できる各VoIPパケットの送出をスケジュールすること(446)と、
    前記最大スケジューリング遅延以内に送出できない各VoIPパケットを破棄すること(445)と
    を含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法(400)。
  25. モバイルブロードバンド上のVoIP(ボイスオーバインターネットプロトコル)においてジッタを低減する方法(600)であって、
    初期バーストパケット内のVoIPデータの量が前記移動無線端末(200)の最大スケジューリング遅延に対応するように、カプセル化した前記1つまたは複数の初期VoIPパケットを内部に有する前記初期バーストパケットを用意すること(620)と、
    基地局(100)と前記移動無線端末(200)との通信を確立した後、いかなる他のVoIPパケットを提供する前に、前記初期バーストパケットを前記基地局(100)から前記移動無線端末(200)にバーストすること(630)と、
    前記VoIPパケットの残りを前記基地局(100)から前記移動無線端末(200)に提供すること(640)と、
    前記移動無線端末(200)からの前記1つまたは複数の初期VoIPパケットおよび前記残りのVoIPパケットを復号化すること(660)と
    を含む方法(600)において、
    前記復号化する動作(660)が、前記移動無線端末(200)のジッタバッファが満杯であるか否かに関わりなく、前記移動無線端末(200)が前記VoIPデータを受信するとすぐに開始されることを特徴とする、方法(600)。
  26. 無線インタフェースとして機能する、基地局(100)からVoIPパケットを受信するように構成される無線ユニット(210)と、
    前記ジッタバッファ(220)に動作可能に結合され、前記ジッタバッファ(220)内にバッファリングされた前記VoIPパケットを復号化するように構成される復号化ユニット(240)と
    をさらに備える移動無線端末(200)であって、
    前記端末コントローラ(230)が、前記無線ユニット(210)および前記復号化ユニット(240)に動作可能に結合され、前記無線ユニット(210)および前記復号化ユニット(240)の動作を制御するように構成され、
    前記復号化ユニット(240)が、前記基地局(100)との通信が確立されてから待ち時間が経過した後、前記ジッタバッファ(220)からの前記VoIPパケットの復号化を開始するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の移動無線端末(200)。
  27. 前記待ち時間が前記最大スケジューリング遅延に対応することを特徴とする、請求項26に記載の移動無線端末(200)。
  28. 前記基地局(100)からVoIPパケットを受信すること(380)であって、前記VoIPパケットを前記ジッタバッファ(220)に記憶することと、
    前記基地局(100)との通信を確立してから待ち時間が経過したか否かを判断すること(345)と、
    前記待ち時間が経過した後、VoIP復号化プロセスを開始すること(350)と
    をさらに備える、請求項7に記載の方法(300)。
  29. 前記待ち時間が前記最大スケジューリング遅延に対応することを特徴とする、請求項28に記載の方法(300)。
  30. 各VoIPの優先度が、前記移動無線端末(200)に関連する加入者サービスレベルおよび前記VoIPの発信時間に基づくことを特徴とする、請求項18に記載の基地局(100)。
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