JP3357067B2 - 予約スロットａｌｏｈａ型のプロトコル内のａｒｑ用の仮フレーム識別 - Google Patents

予約スロットａｌｏｈａ型のプロトコル内のａｒｑ用の仮フレーム識別

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Description

【発明の詳細な説明】 背景 この発明は、予約スロットALOHA型のプロトコルを用
いる移動パケット無線システムに関し、より詳しくは、
このようなシステムの自動反復要求（ARQ）に関する。
移動パケット無線通信システムでは、基地局（BS）は
多数の移動局（MS）と１つまたは複数のパケット無線チ
ャンネルを共用して通信する。このような移動パケット
無線システムは、フェリックス（Felix）の米国特許番
号第4,887,265号と、K.フェリックス「ディジタルセル
ラシステムにおけるパケット交換（Packet Switching i
n Digital Cellular Systems）」、Proc.38th IEEE Veh
icular Technology Conf.、414−418ページ（1988年６
月）、に述べられている。同様なシステムが、グッドマ
ン（Goodman）の米国特許番号第4,916,691号と、「セル
ラ・ディジタル・パケットデータ（CDPD）システム仕様
（Cellular Digital Packet Data System Specificatio
n）」、Vol.1、「システム概要（System Overvie
w）」、Release 1.0（1993年７月19日）、に述べられて
いる。欧州大域移動通信システム（Elropean Global Sy
stem for Mobile Telecommunication）（GSM）につい
て、P.デッカー（Decker）「GSMのパケット無線（Packe
t Radio in GSM）」、Tech.Doc.SMG 4 58/93、欧州電気
通信標準協会（European Telecommunications Standard
s institute）（ETSI）（1993年２月12日）と、P.デッ
カー他「GSM用に提案された一般パケット無線サービス
（A General Packet Radio Service Proposed for GS
M）」、Aachen University of Technology（1993年10月
13日）と、J.ハマレイン（Hamalainen）他「GSM網によ
るパケットデータ（Packet Data over GSM Networ
k）」、Tech.Doc.SMG 1 238/93、ETSI（1993年９月28
日）と、ビーソン（Beeson）他の欧州特許出願第０ 54
4 464号、に述べられている。
ダウンリンク（BSからMSへ）の通信はBSが計画を立て
て競合を避けるが、MSはBSにアクセスするのにランダム
多重アクセスを行うので、アップリンク（MSからBSへ）
の通信は競合が避けられない。また双方向において、各
データパケットはBSと通信するMSを一意的に指定する識
別（すなわち、データパケットの受信者または送信者と
してMSを識別する）を含む必要がある。このような識別
は、オーバーヘッドを少なくし、また各種の誤りの状況
に対して強くして、効率的な無線プロトコルを実現しや
すいものであることが望ましい。
移動パケット無線通信システムは、一般にパケットデ
ータに最適な単一の通信チャンネルを持つ。つまり、パ
ケット伝送も関連する制御信号も同じチャンネルで運
ぶ。他方、無線通信システムは中断された多重チャンネ
ルシステムでもよい。
中継される多重チャンネル移動パケット無線通信シス
テムについては、米国特許出願第08/354,874号、1994年
12月９日出願、L.ビルストローム（Billstrom）他「デ
ィジタルTDMAセルラシステムにおけるパケットデータ通
信用の装置と移動局（Apparatuses and Mobile Station
s for Providing Packet Data Communication in Digit
al TDMA Cellular Systems）と、対応するスウエーデン
特許出願第9304119−２号、1993年12月10日出願、に述
べられており、この２件を引例としてここに示す。また
中継される多重チャンネル移動パケット無線通信システ
ムについては、「GPRSシステム試案（Tentative GPRS S
ystem Concepts）」、Tech.Doc.SMG GPRS 17/94、ETSI
（1994年５月）に述べられている。「GPSR」は、「一般
パケット無線サービス（General Packet Radio Servic
e）」の略である。
現在のセルラ無線通信システムでは、無線チャンネル
は周波数変調無線搬送波信号で実現されており、多くの
システムで周波数は800メガヘルツ（MHz）付近である。
TDMAセルラ無線電話システムでは、各無線チャンネルは
一連の時間スロットに分割され、各時間スロットはデー
タ源、たとえばディジタルコンピュータ、からの情報の
バーストを含む。たとえばGSM型のシステムでは各時間
スロット中に114ビットが送信される。その主な部分は
送信される情報であって、誤り訂正コードのためのビッ
トを含み、その他の部分は同期などのための保護時間
（guard times）とオーバーヘッド信号に用いる。他の
システムでは別のビット数を各スロット中に送信するが
（たとえば、北米で用いられているディジタル高度化移
動電話サービス（Ｄ−AMPS）のシステムではスロット当
たり324ビット）、これはこの発明を制限するものでは
ない。
時間スロットをグループ化して、所定の継続時間を持
つ連続したTDMAフレームにする。たとえばGSM型のシス
テムでは、１フレームは８つの時間スロットを含む。無
線チャンネルを同時に共用することのできるユーザの数
は、各TDMAフレーム内の時間スロットの数に関係する。
一般にユーザの最大数は各フレーム内のスロットの数と
同じであるが、各フレーム内で１ユーザに２つ以上のス
ロットを割り当てることもできる。同じユーザに割り当
てられた逐次の時間スロットは、無線搬送波上の連続し
た時間スロットであってもなくてもよいが、ユーザに割
り当てられた論理チャンネルと考えることができる。
この発明の構造と動作をよく理解するため、通信シス
テムは少なくとも３層を有すると考える。層１（L1）は
物理層であって、物理的な通信チャンネルのパラメー
タ、たとえば無線周波数間隔や搬送波変調特性など、を
定義する。層２（L2）は、物理的なチャンネル（L1）の
制限内で情報を正確に送信するのに必要な技術、たとえ
ば誤り訂正や検出など、を定義する。層３（L3）は、L2
データリンク層を用いて情報を透明に伝送する手続きを
定義する。
各TDMA時間スロットは或る固定された情報搬送容量を
持つので、各バーストは一般にL3メッセージの一部だけ
を運ぶ。アップリンク方向では複数の移動局は競合して
チャンネル資源にアクセスしようとし、ダウンリンク方
向では複数の移動局はシステムから送られるL3メッセー
ジを聴く。既知のシステムでは、任意の所定のL3メッセ
ージを運ぶには、L3メッセージ全体を送るのに必要なだ
けのTDMAチャンネル・バーストを用いなければならな
い。
図１において、GSM型のエア・インターフェースを通
して送信されるデータパケットは、ユーザデータ部と層
３ヘッド部L3Hを持つ。パケットは、通常は暗号化した
後で、情報フィールドとフレームヘッダFHを持つフレー
ムに書式化される。次にこのフレームは、必要な数のブ
ロックに区分される。各ブロックは、ブロックヘッダBH
と、情報フィールドと、BCSフィールドを持ち、各ブロ
ックは連続したTDMAフレームにおいて４バーストで送信
される。
図２に示すように、例示のフレームヘッダFHは48ビッ
トを持ち、次の情報を運ぶ。すなわち、MSの識別（32ビ
ットすなわち４オクテット）、オクテット（octet）で
のフレームの長さ（10ビット、すなわち１オクテットと
２ビット）、フレームの種類（３ビット）、移動／静止
フラグ（１ビット）、フレームシーケンス番号（２ビッ
ト）、である。フレームの種類のビットを所定の値、た
とえば111にセットすることにより、フレームヘッダFH
を拡張することができる。図２は一例に過ぎず、多くの
他の例が考えられる。
チャンネル予約メッセージや肯定応答メッセージなど
の制御メッセージは２つの時間スロットを占めるが、ラ
ンダムアクセス要求と予約されたアクセス肯定応答は１
スロットのメッセージである。これらのメッセージにつ
いては後で詳細に説明する。
エアー・インターフェースを通して伝送される全ての
フレームは、MSの固有の識別番号を一般にフレームヘッ
ダ内に含む（図１参照）。「通常の」GSMでは、MSの固
有の大域識別番号は国際移動体加入者識別（Internatio
nal Mobile Subscriber Identity）（IMSI）である。シ
ステムによってはIMSIに識別秘密性サービスを適用する
ものがあり、この場合は特定のLA内だけで意味のある仮
移動体加入者識別（Temporary Mobile Subscriber Iden
tity）（TMSI）が用いられる。LAの外部では、TMSIとロ
ケーション・エリア識別子（Location Area Identifie
r）を組み合わせて一意的に識別する。「欧州ディジタ
ルセルラ電気通信システム（フェーズ２）；移動無線イ
ンターフェース層３仕様」、GSM04.08、バージョン4.9.
0、セクション4.3.1、ETSI TC−SMG（1994年７月）を
参照のこと。MSの他の種類の完全な識別もフレームヘッ
ダ内に用いてよいが（たとえば、TMSIに相当するCDPD識
別）、この例ではTMSIを用いる。
TMSIの長さは最大４オクテットありまたフレーム自体
がブロックに区分されるので各ブロックがTMSIを含む
（すなわち、同じ量のアドレシング情報を運ぶ）必要が
あるとするとオーバーヘッドが大きくなる。これは誤り
が生じた後で再送信されるブロックについても当てはま
る。したがって、通常は完全なまたは部分的なデータフ
レーム内の第１ブロックだけがMSの完全な識別を運ぶ。
このように再送信の場合には、MSを完全に識別するため
に、再送信される部分的なデータフレームに別に一次ブ
ロックを追加する必要がある。しかしこれ自体がオーバ
ーヘッドを増やすので望ましくない。
概要 この発明の一態様では、予約スロットALOHAプロトコ
ルを用いる移動パケットデータ通信システムにおいてAR
Qを実現する方法は、移動局に送信する各データフレー
ムに仮フレーム識別（temporary frame identity）（TF
I）を割り当てるステップを含む。割り当てられたTFIは
セル内の同時のフレーム伝送シーケンスの中で独特であ
って、移動局に送るデータフレーム内の情報に基づい
て、または移動局に送るデータフレームより前に送られ
たチャンネル予約メッセージ内の情報に基づいて、割り
当てられる。
この発明の別の態様では、予約スロット・ALOHAプロ
トコルを用いる移動パケットデータ通信システムにおい
てARQを実現する方法は、移動局から送信する各データ
フレームにTFIを割り当てるステップを含む。このTFI
は、移動局から送るデータフレームより前に送られたチ
ャンネル予約メッセージ内の情報に基づいて割り当てら
れ、割り当てられたTFIはセル内の同時のフレーム伝送
シーケンスの中で独特である。
TFIは特定のフレームに属する全てのブロック内に含
まれる。ただしブロックはARQの基になるデータの単位
である。伝送誤りが生じた場合に再送信される部分的な
データフレームは、用いるARQプロトコルの種類（たと
えば、選択的やゴー・バック・Ｎ（Go−back−Ｎ））に
より決まるブロックだけを含むが、移動局を識別するた
めに一次ブロックを追加する必要はない。異なる移動体
向けのフレームに属するブロックは、TFIに基づいてダ
ウンリンクで多重通信することができる。移動局はラン
ダムアクセス要求に、TFIがすでに割り当てられている
という指示を含めてよい。
この発明では、データフレームの送信の第１ブロック
に誤りがあっても、他のブロックは正しく受信して特定
のフレームと特定の移動局に正しく関連付けることがで
きる。移動局からの誤った肯定応答のためにフレームの
伝送が未完結になった場合は、伝送が中断したフレーム
のTFIを持つメッセージを基地局が送れば（例えば、最
後の送信の第１ブロックを再送信すれば）通信を再開す
ることができる。基地局からの誤った肯定応答のために
フレームの伝送が未完結になった場合は、移動局がラン
ダムアクセス要求を送り、チャンネル予約を受けた後
で、伝送が中断したフレームのTFIを送れば（たとえ
ば、最後の送信の第１ブロックを再送信すれば）通信を
再開することができる。
図面の簡単な説明 この発明について、添付の図面に示す例示の実施の形
態を参照して、以下に詳細に説明する。
図１は、データパケットのブロックおよびフレームの
構造を示す。
図２は、フレームヘッダの構造を示す。
図3A・図3Bは、ブロックヘッダの構造を示す。
図4A・図4Bは、移動体発信（MO）パケット伝送に用い
る、エア・インターフェースを通したメッセージ・シー
ケンスを示す。
図4C・図4D・図4Eは、移動体受信（MT）パケット伝送
に用いる、エア・インターフェースを通したメッセージ
・シーケンスを示す。
図５は、ランダムアクセス要求メッセージの構造を示
す。
図６は、短い肯定応答メッセージの構造を示す。
図７は、パケットデータ機能を有するGSM型の通信シ
ステムを示す。
図８は、図７のシステムのプロトコル構造を示す。
図９は、パケットデータ機能を有する別のGSM型の通
信システムを示す。
詳細な説明 TDMA構造と、最初のランダムアクセスではいくらかの
タイミングの調整不良を許容する必要があることから、
出願者は、この出願に記述するGSM型のパケット通信シ
ステム用の予約スロットALOHA型のプロトコルを選択し
た。しかし、この発明は他のシステムプラットフォーム
（platform）でも実施できるものである。
この発明では、伝送する各フレームに、固有の仮フレ
ーム識別（TFI）が割り当てられる。TFIは、伝送が行わ
れる特定のセル内の局所的な文字である。言い換える
と、あるフレームに割り当てられる特定のTFIは伝送が
行われるセルに依存し、そのセル内で同時に行われるパ
ケット伝送に用いられる他のTFIとは異なる。あるフレ
ーム内の各ブロックは同じTFI、すなわちそのブロック
のフレームに一意的に割り当てられるTFI、を含み、ま
た再送信しなければならないブロックも元のTFIを含
む。TFIは、２つの情報、すなわちTMSIと伝送するブロ
ック内に通常含まれるフレーム・シーケンス番号FN、の
代わりに用いられるものである。
またこの発明では、各ブロックは、フレーム内のブロ
ックの相対位置を示すそれぞれのブロック・シーケンス
番号を含む。この発明で用いるブロック・シーケンス番
号とTFIを組み合わせると、個々のブロックを特定のフ
レーム内の特定のブロックとして一意的に識別すること
ができる。このようにして、この発明は、再送信するフ
レーム内に一次的ブロックを含む必要のないARQプロト
コルを与える。ここでは選択的ARQに焦点を当てて説明
するが、この発明は他の種類のARQプロトコル、たとえ
ば、F.ハルサル（Halsall）「データ通信、コンピュー
タ網およびOSI」、Addison−Wesley Publishing Co.（1
989年）、などの文献に述べられている「ゴー・バック
・Ｎ連続」ARQ、にも適用できる。
この発明では図3A・図3Bに示すように、ブロックヘッ
ダは一般にTFI（８ビット）、ブロック・シーケンス番
号（５ビット）、ブロックの種類（２ビット）、ポール
／最終ビットを含む。フレーム内の一次ブロックのブロ
ックヘッダ（図3A）はランダムアクセス試行の回数（た
とえば、４ビット）をさらに含み、追加したオクテット
の他のビットは他の用途に使えるので都合がよい。図示
の例では、一次ブロック内のブロックヘッダBHの長さは
24ビット（３オクテット）であり、次のブロック内のブ
ロックヘッダBH（図3B）の長さは16ビット（２オクテッ
ト）である。
TFI値の割当てと解除は、網側の媒体アクセス層管理
が行う管理サービスである。TFIフィールドの最小の大
きさは１つのセル内の可能な同時のパケット伝送の数に
より決まる。現在のところ、オーバーヘッドに対する瞬
時容量のバランスが良いのは８ビットと考えているが、
もちろん他のバランスも用いてよい。TFI値を継続的に
再使用することにより、前と後のパケット伝送を区別す
ることができる。
MOパケット伝送では、BSはチャンネル予約手続きの一
部としてTFIを割り当て、TFIをチャンネル予約命令ChRe
に含めてMSに送る。MTパケット伝送では、BSは、移動体
のTMSIと、特定のフレームに割り当てられそのフレーム
の一次ブロック内にあるTFIを送る。TMSIはフレームヘ
ッダFHの一部として送り、TFIはブロックヘッダBHの一
部として送る。このようにして、MSは現在のフレーム伝
送に用いられるTFIを知る。
現在好ましいのは、アップリンクであってもダウンリ
ンクであっても、エア・インターフェースを通して送信
するフレーム内の各ブロックが、特定のフレームを一意
的に識別する同じTFIを含むことである。厳密に言うと
計画的なアップリンク伝送で送信するブロックにTFIを
含める必要はないが、これがあるとプロトコルは一層頑
強になる。
この発明を用いる例示の無線リンク・プロトコルは選
択的ARQ型のプロトコルである。選択的ARQとは、誤りの
あるブロックだけを再送信するものである。基本的概念
を図4A−図4Eに示すが、当業者にはこれで十分であろ
う。以下の説明は、上に引例として示した特許出願に基
づいて行う。
予約スロットALOHA型のプロトコルを用いるGSM型パケ
ット通信システムでは、MSは、可能になるとパケットデ
ータ・チャンネル（PDCH）アップリンクでランダムアク
セス要求Raを送信して、パケット伝送を開始する。この
いわゆるランダムアクセス・サブチャンネルは、PDCHダ
ウンリンク上の、「空き」（図4A−図4EにUSF＝ｆで示
す）または「予約」（図4A−図4EにUSF＝Ｒで示す）と
印を付けたアップリンク状態フラグ（USF）により決定
される。図５に示すように、ランダムアクセス要求Raは
通常のGSMと同じ型のアクセス・バーストを用い、MSの
最初の識別に用いる５ビットの乱数と、後で説明する他
の情報を含む。
図4A−図4Eは、移動局発信（MO）および移動局受信
（MT）のパケット伝送用のエア・インターフェースを通
したメッセージ・シーケンスを示す。１から51までの時
間スロットの索引を、図4Aの上部に示す。
図4Aに示すように、MO方向のパケット伝送は移動局が
ランダムアクセス要求Raを送信することから始まる。MS
はUSF＝ｆであるかどうか調べ、そうであれば、MSは次
の時間スロットでランダムアクセス要求を送信する。US
F＝Ｒの場合は、MSは一般にUSF＝ｆになるまで待ち、所
定数の次の時間スロットの１つをランダムに選択して、
USFがまだ空いている場合はこの選択したスロットでラ
ンダムアクセス要求を送信する。
このようなランダムアクセス要求に対するシステムか
らの通常の応答として、BSはチャンネル予約命令ChReを
送信して、可変長のデータパケットのアップリンク伝送
に将来用いるスロットを予約する（USF＝Ｒ）。チャン
ネル予約命令ChReをPDCHダウンリンクで送る。これは通
常は要求参照とタイミングアドバンス（timing advanc
e）を含む。要求参照情報の目的は、アクセス要求Raに
用いられたランダムアクセス情報と、アクセス要求を受
信したTDMAフレーム用のフレーム番号FNモジュロ42432
（「欧州ディジタル・セルラ電気通信システム（フェー
ズ２）；移動無線インターフェース層３仕様」、GSM04.
08、バージョン4.9.0、セクション10.5.2.30、ETSI TC
−SMG（1994年７月）を参照のこと）を与えることによ
り、特定のMSのアドレス指定を行うことである。システ
ムが移動局のランダムアクセス要求Raに応答しない場合
は、MSはランダムなバックオフ（back off）時間後に再
試行を行う。
予約された時間スロットでMSが或データフレームを送
信し、BSが全データフレームを正しく受信すると、BSは
肯定応答メッセージAckを送信する。図4Aに示す例で
は、MSが送信するデータフレームは４ブロック、すなわ
ち16バースト（時間スロット16−31）で構成する。受信
したデータフレームに誤りがある場合は、BSは２バース
トの否定応答メッセージNackを送信する。これに応じ
て、MSは誤りブロックだけを部分フレームとして再送信
する。これを図4Bに示す。すなわち、受信したフレーム
の第３ブロック（時間スロット24−27）に誤りがある
と、システムはスロット34と35でNackメッセージを送
り、MSはスロット40−43で第３ブロックを再送信し、シ
ステムはスロッド46と47でAckメッセージを送信する。
図4C−図4Eにおいて、MT方向のパケット伝送はシステ
ムがPDCHダウンリンクでページング・メッセージを送信
することから始まる。無線スペクトルを節約するため、
ロケーション・エリア（LA）と、移動局の最新のセルロ
ケーション履歴と、MSサブモードに基づいて、ページン
グをセルの可能な最小のグループに限定する。ページン
グ・メッセージは、MSがこのページング・メッセージに
応答するのに用いるPDCHアップリンク上のアクセス・ス
ロットの予約を含む。MSからページング応答を受信する
と、システムはMSにデータフレームを送る。ある条件の
下では、たとえばMSのセルロケーションが高い確度で分
かっているときは、MT方向に送るデータは、前にページ
ング・メッセージを付けない「直接データ」として直接
送る。この状況を図4C−図4Eに示す。
MSは「直接データ」送信に応えて、予約されたアクセ
ス・スロットで肯定応答メッセージを送る。肯定応答メ
ッセージは、受信したブロックが全て正しい場合は短い
（１バーストの）Ackメッセージ（図4C参照）、受信し
たブロックが必ずしも全て正しくはない場合は短い（１
バーストの）Nackメッセージ（図4D、図4E参照）であ
る。図６に示すように、短いNackメッセージは、少なく
とも小さいパケット（たとえば、最大７ブロック）で
は、誤りブロックと肯定応答フラグ（図６のACK）を示
すビットマップを含む。肯定応答フラグが所定の値、た
とえば１、にセットされている場合は、受信した全ての
ブロックに誤りがない。ビットマップの中の或るビット
が所定の値、たとえば１、にセットされている場合は、
対応するブロックに誤りがあることを示す。図4Dに示す
例ではフレームは４ブロックで構成され、その第３ブロ
ックの受信に誤りがあった。そのときはMSが送った短い
Nackメッセージ内のACKフラグは０にセットされ、この
ビットマップによりシステムは第３ブロックを再送信し
た。
より大きな（すなわち、７ブロックより大きな）パケ
ットでは、短いNackメッセージは、より長い（２バース
トの）完全な否定応答メッセージNackのためにチャンネ
ル予約が必要であることをシステムに示す。これは、ビ
ットマップ内の全てのビットの値を、誤りがないことを
示す値、たとえば０、にセットし、同時にACKフラグビ
ットの値を、誤りがあることを示す値の０にセットする
ことにより示すことができる。図4Eではブロック８と９
と10の受信に誤りがあり、システムは移動局の短いNack
メッセージ（全てゼロ）に対して、フレーム内の全ての
ブロック用の完全なビットマップを含む長い（２バース
トの）Nackのために時間スロットを予約したことを示す
予約メッセージChReで応答する。
２バーストの肯定応答メッセージの構造は、TFIと、A
ck/Nack標識と、受信に誤りがあったブロックのリスト
（ビットマップ）を含む。ダウンリンクでは、２バース
トの肯定応答メッセージは再送信のためのチャンネル予
約も含む。MSは割り当てられたスロットで長い（２バー
ストの）Nackメッセージを送信し、このメッセージはブ
ロック８と９と10の再送信が必要であることをシステム
に示した。短いまたは長い否定応答メッセージの場合
は、MSから肯定応答メッセージを受信するまで、システ
ムは非肯定応答ブロックから成る部分フレームを送る。
このようにしてこの発明では、全体または部分フレー
ムを送信する度に、その後に、参照するフレームのTFI
と、必要な場合は、誤りがあったブロックのリストを含
む応答メッセージが続く。１バーストのAck/Nackメッセ
ージは予約されたスロットだけで送られるので、送信移
動局は間接的に識別され、１バーストのAck/Nackメッセ
ージ内にTFIを含める必要はない。肯定応答を受信する
まで、すなわち誤りのあるブロックのリストを含まない
肯定応答メッセージを受信するまで、再送信される非肯
定応答ブロックから成る部分フレームが送られる。
通信が短時間中断した場合でも、TFIはそのまま有効
である。たとえば、BSが送った肯定応答メッセージに誤
りがあるときは、MSはTFIがすでに割り当てられている
ことをBSに知らせるランダムアクセス要求Raを送ること
により、通信を再確立することができる。図５に示すよ
うに、ランダムアクセス要求Raは１オクテットで構成す
る。１オクテット内のいくつか（たとえば５）のビット
はMSを識別する疑似乱数を運び、１ビット（図５のRET
R）は最初の／再送信の要求を示し、１ビット（図５のS
ING）はMSがアップリンクで１ブロックだけを送信する
予定かどうかを示し、最後の１ビット（図５のPRIO）は
優先度を示す。疑似乱数を用いて、異なる移動局からの
アクセス要求を区別する。最初の／再送信の要求は、TF
Iがすでに割り当てられていることを示す。
ランダムアクセス・メッセージRaに応えてBSが送るチ
ャンネル予約メッセージChReを受信すると、MSはTFIを
再び示すことにより（たとえば、不完全なフレーム伝送
の一次ブロックを再送信することにより）、不完全なフ
レーム伝送を識別して再開することができる。次にBS
は、前の送信のときに誤りがあったものと同じ肯定応答
メッセージを送ることにより、フレーム伝送を続けるこ
とができる。この方法による操作は非常に優れている。
パケット伝送が不完全だった（たとえば、BSからの肯定
応答メッセージを見過ごした）場合にBSと通信を再確立
するときは、伝送が中断したフレームのTFIを示す（た
とえば、最後の送信の第１ブロックを再送信する）だけ
で十分である。
エア・インターフェースを通したフレームの伝送が成
功した後、すなわち肯定応答を受信した後、網側の層管
理エンティティはTFI値を解放して後で使えるようにす
る。TFI値の解放は、MSからの応答が途絶えたままのと
きや、MSが別のセルにローミングするときにも行われ
る。
この発明は、他のシステムに比べて多くの利点を持つ
通信システムを与えることを理解していただきたい。TF
Iは短い識別であって、２つの情報、すなわちTMSIとエ
ア・インターフェースを通したフレームの伝送中のフレ
ーム・シーケンス番号、の代わりに用いる。またTFIと
ブロック・シーケンス番号を組み合わせると、特定のMS
と授受する特定のフレーム内のブロックを一意的に識別
することができる。さらにTFIを各ブロックのヘッダの
一部として用いると、MSを完全に識別するために、伝送
されるデータフレーム毎に一次主ブロックを追加する必
要がなくなる。さらに、フレームの各ブロック内にTFI
を含めると、受信したフレームの第１ブロックに誤りが
あっても、他のブロックは正しく受信して特定のフレー
ムと特定のMSに正しく関連付けることができる。
この発明により、ダウンリンク通信の計画を一層簡単
に、柔軟に、スペクトル効率よく行うことができる。そ
の理由は次の通りである。
（１）異なるMS向けのフレームに属するブロックを、同
じダウンリンク・チャンネルで多重通信することができ
る（たとえば、第１のMSからの肯定応答メッセージを待
っている間に第２のMSにブロックをいくつか送ることが
できるので、ダウンリンク・スペクトルを完全に利用す
ることができる）。（２）複数のブロックを含むデータ
フレームのダウンリンク送信を、たとえば他のMSへの制
御メッセージにより中断し、また再開することができ
る。（３）ダウンリンク通信に２つ以上のデータチャン
ネルを利用できる場合は、同じフレームに属するブロッ
クを異なるチャンネルで送信し、相手のMSが多数のチャ
ンネルを並行して監視することができればこのMSはこれ
を正しく受信することができる。
上に述べたように、この発明はGSM型の構造を持つデ
ィジタルTDMAセルラ無線電話システムに適用することが
できる。次に述べる最初のシステムでは、現在のGSM基
礎構造を最大限に用いて、パケットデータサービスをGS
M型のシステムに密接に統合して追加することができ
る。次に述べる二番目のシステムでは、GSM網の主とし
てBS部を用いて、他の網部に別個の移動パケットデータ
基礎構造を追加することができる。
図７は、パケットデータ（PD）機能により高度化した
GSMシステムを示し、主要なPD機能ブロックを太い輪郭
線で示す。各セル内の複数のMSにそれぞれ無線通信サー
ビスを行う複数の基地トランシーバ局（BTS）は、全体
でGSM公衆陸上移動体網（PLMN）サービスエリアを完全
にカバーする。図７は、１つのBTSと、移動体終端（M
T）部と端末装置（TE）部を有する１つのMSだけの略図
を示す。BTSの機能ユニットは、他の移動局に同時に送
信するデータフレームに割り当てられるTFIの中の独特
のTFIを、MSに送信する各データフレームに割り当てる
上記のステップを行う。
一群のBTSを基地局コントローラ（BSC）で制御する。
この両者で基地局システム（BSS）を形成する。前に述
べたBSは、BTSとそのBSCを組み合わせたものと考えてよ
い。１つまたは複数のBSSは移動体サービス交換センタ
（MSC）と、関連するビジタ・ロケーション・レジスタ
（VLR）からサービスを受ける。MSCは、公衆交換電話網
（PSTN）や、統合サービスディジタル網（ISDN）や、そ
の他のPLMNなどの、他の網との呼の授受を制御する。着
信呼の経路選択設備を持つMSCをゲートウエーMSC（GMS
C）と呼ぶ。１つまたは複数のMSCサービスエリアを統合
してPLMNサービスエリアを構成する。
MSC/VLRは、共通線信号（CCS）システムNo.7網により
ホーム・ロケーション・レジスタ（HLR）と通信する。
共通線信号システムNO.7網は国際電信電話諮問委員会
（CCITT）、現在の国際電気通信連合（ITU）により標準
化されている。HLRは、加入者が現在登録されている
（または最後に登録されていた）MSC/VLRを識別するロ
ケーション情報などの、全ての加入者の情報を含むデー
タベースである。HLRに、確認パラメータをHLRに与える
確認センタ（AUC）が接続する。加入者装置を識別でき
るように、装置識別レジスタ（EIR）もMSCに接続する。
最後に、網全体を支援する、操作および保全センタ（OM
C）がある。
BTS内のパケットデータ機能性は、要求に従って、１
つまたは複数の共用PDCHを与える機能を含む。パケット
データ・ユーザが訪れる頻度の小さいセルでは、PDCHは
ユーザの要求があるときに一時的に割り当てられる。パ
ケットデータ通信の要求頻度の大きいセルでは、現在の
負荷の状況に応じて半永久的にまたは動的に、１つまた
は複数のPDCHが割り当てられる。PDCHの割当てはBSCが
制御する。支援レベルを規定する情報と、最初のパケッ
ト伝送用に割り当てられる任意のPDCHは、従来のGSM放
送制御チャンネル（BCCH）で放送される。
セルに割り当てられたPDCHによるパケットデータ無線
リンクプロトコルは、BTS内のPD伝送コントローラが処
理する。少なくとも１つのPDCHが割り当てられているBT
Sでは、PD伝送コントローラはMSCとの間のパケット伝送
のために物理的に接続されている。この物理的な接続は
一般に固有であり、普通のノード間中継回線を用いる。
MSC/VLRはMSCサービスエリアと授受するパケットの経
路を選択するPDルータと、回路モードMSCとの信号交換
を扱うPD信号コントローラを備える。またPD信号コント
ローラは、パケットデータMSに関する制御と監視とパラ
メータ記憶の機能を扱う。PDコントローラはプロセッサ
と、メモリと、信号インターフェース機能と、ソフトウ
エアを備える。PDルータとPD信号コントローラをMSC/VL
Rの一部として示したが、どちらかまたは両方を、全体
的にまたは部分的に、MSCに付属する外部装置として物
理的に実現してよい。
MSC（PDルータ）は中枢網により相互に接続され、こ
れには１つまたは複数の相互作用機能（IWF）も接続さ
れる。IWFにより、インターネット（すなわち、IP網）
やパケット交換公衆データ網（PSPDN）（すなわち、X.2
5網）などの外部網と相互作用を行い、したがって固定
局（FS）とMSを相互接続することができる。IWFは必要
に応じてプロトコル変換やアドレス変換を行い、またIW
Fは協同するPLMNの間のパケットデータ通信の経路選択
を行う。同じPLMN内の異なるMSCサービスエリア内に居
るMSの間のパケットデータ通信は、通常は中枢網により
直接各MSC間で経路選択を行う。経路選択のために、パ
ケットデータ網からの問合わせに必要な機能を与えるHL
R問合わせサーバを通して、HLRは中枢網上のエンティテ
ィから問合わせを受ける。またAUC、EIR、OMC、HLR問合
わせサーバを時々強化して、新しい種類の加入、サービ
ス、装置を支援する。
図７に示すようなセルラ・パケットデータPLMNが与え
る基本的なパケットデータ網サービスは、標準コネクシ
ョンレスIPプロトコルに基づく標準コネクションレス網
（データグラム）サービスである。「IPプロトコル」と
いう語は、インターネット・プロトコル（TCP/IPプロト
コル・スイート（suite）で用いる事実上の標準IPプロ
トコル）か、または国際標準化機構（ISO）網間プロト
コルISO8473、を意味する。マルチキャスト（multicas
t）や放送や電子メールサービスなどの付加価値サービ
スは、中枢網に付属しかつIPに加えてより高層のプロト
コルを用いてアクセスされる、網応用サーバ（NAS）に
より与えられる。したがって、パケットデータ通信の観
点からは、PLMNは基本的にIP網のように見える。
プロトコル構成を図８に示す。図８は、MSと、たとえ
ば外部IP網に付属するホストコンピュータなどのFSとの
間の通信の例を示す。したがってIWFとMSCは共にIP（層
３）ルータの役割を演じ、MSとFSは送信制御プロトコル
（TCP）または伝送（層４）プロトコルを用いて終端間
通信を行うことができる。図８に示す構成では、MSのMT
およびTE部は１つのユニットに統合してよい。
BTSはMSCとMSの間で、中継接続による無線リンクプロ
トコル（図８にRL2で示す）とリンクプロトコル（L2で
示す）の間のリンク層（層２）中継器として働く。BTS
が扱う無線プロトコルは出願者の上述のARQ型である。
通常のGSMとは対照的に、暗号化／復号はMSのMT部とMSC
の間で行う。MSは、層３ではIPアドレスで、また層２で
は標準GSM識別で、すなわちIMSIまたはより一般的にTMS
Iで、識別される。
図９はこの発明により恩恵を受ける別のGSM型のシス
テムの略図で、主要なPD機能ブロックを太い輪郭線で示
す。図９では、GSMの基礎構造のBSS部だけをパケットデ
ータに用いる。BTS内のPD機能もBSC内のPDCH割当て機能
も、図７に示したシステムとほぼ同じである。この場合
もBTSの機能ユニットは、他の移動局に同時に送信する
データフレームに割り当てられるTFIの中の独特なTFI
を、MSに送信する各データフレームに割り当てる、とい
う上述のステップを行う。
図９に示すように、BTSのパケットデータ伝送接続
は、MSC/VLR内のPDルータではなく別個の移動パケット
データ基礎構造（MPDI）に結合する。MPDIは、必要なパ
ケットの経路選択、移動性管理、確認、網管理などの機
能を行う。MPDIとパケットデータに用いるBSSの各部を
含めた全体で、移動パケットデータシステムを構成す
る。GSMに関しては、このシステムは別個のシステムと
見なされ、GSMのオペレータは別個のパケットデータシ
ステムのオペレータに無線チャンネル容量を賃貸する場
合がある。したがって、パケットデータと通常のGSMサ
ービスの両方を必要とするMSは、各システムに別個に加
入する必要がある。システムが提供するパケットデータ
サービスは、（MPDIの機能性に従って）図７に示すシス
テムが提供するものと同じでよい。
図９に示すシステムでは、MSが利用できる無線チャン
ネルはPDCHと通常のGSM放送チャンネルだけである。従
って、登録やロケーションの更新（またはセルロケーシ
ョンの報告）や確認などの送信はPDCHにより行われるの
で、ユーザの要求があったときに、図７のように通常の
GSM送信を用いて第１の主パケットデータ・チャンネル
（MPDCH）の割当てを行うことはできない。この例外を
除けば、PDCHを提供する機能は図７の説明と同じであ
る。
MPDCHはパケット伝送を開始するセルに割り当てられ
る最初のPDCHであり、通常はシステム構成により割り当
てられる。ただし、隣接セルのPDCHを用いて、そのセル
に移動する前に、「PDCH要求」セル内でMPDCHの割当て
を要求することも可能である。この場合は、割当て要求
はMPDI内のシステム・エンティティに伝送される。この
システム・エンティティは、対象の「PDCH要求」セルの
BTSに割当て要求を送り、このセルはBSC内のPDCH割当て
コントローラにこの要求を伝える。
図７に示したシステムの場合と同様に通常のGSM放送
制御チャンネルを用いて、PDCH支援レベルとセル内で割
り当てられる（BCCH上の情報により）MPDCHを定義し、
またセル選択のための２つの代替基準を用いてセルを選
択する。図７のシステムの場合と同様にして、セル放送
の短いメッセージを聴くことも可能である。
PDCHによるパケット伝送は、図７で説明した原理に従
って行うことができる。BTS内のPD伝送コントローラと
関連するインターフェース機能も、MPDIの相互接続要求
に適応する。たとえば経路選択網により相互接続するこ
とができる。図９のシステム内のMSの機能は基本的に図
７のシステム内のMS機能と同じである。ただし通常のGS
M送信およびPDモードに関する機能は、図９のシステム
では適用できない。
GSM型のセルラシステムに適用されるこの発明の特定
の実施の形態について説明したが、この発明はＤ−AMPS
やPDCシステムなどの他のTDMAセルラシステムにも適用
できるものである。これらのシステムではBSCは別個の
機能エンティティとしては与えられないが、対応する基
地局コントローラ機能と関連する新しいPD機能は、MSC
と基地局の間に分けて設けられる。
この発明は、これまで説明し図示した特定の実施の形
態に限定されるものではない。この発明は、次の請求の
範囲の精神と範囲内にある任意の全ての修正も含む。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 12/28 H04B 7/24 - 7/26

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】予約スロットALOHAプロトコルを用いて基
    地局と移動局の間でデータフレームを交換する移動パケ
    ット通信システムにおいて、自動反復要求（ARQ）を実
    現する方法であって、 移動局に送信される各データフレームに仮フレーム識別
    （TFI）を割り当てる際に、その割り当てるTFIは他の移
    動局に同時に送信されるデータフレームに割り当てるTF
    Iの中で独特なものとしてTFIを割り当てるステップと、 前記TFIが割り当てられたデータフレーム内の各データ
    ブロック内にそのTFIを含めるステップと、 送信が中断されたとき、中断された未完結のデータフレ
    ームの送信を、前記基地局が前記未完結のデータフレー
    ムに割り当てられたTFIを含む所定のメッセージを送信
    することにより再開するステップとを含む、自動反復要
    求を実現する方法。
  2. 【請求項２】前記TFIは、前記移動局に送信されるデー
    タフレーム内の情報に基づいて割り当てられる、請求項
    １に記載の自動反復要求を実現する方法。
  3. 【請求項３】前記TFIは、前記移動局に送信されるデー
    タフレームより前に送られたチャンネル予約メッセージ
    内の情報に基づいて割り当てられる、請求項１に記載の
    自動反復要求を実現する方法。
  4. 【請求項４】前記割り当てられたTFIを、前記移動局が
    送信する肯定応答メッセージ内に含めるステップをさら
    に含む、請求項１に記載の自動反復要求を実現する方
    法。
  5. 【請求項５】前記基地局は、受信したデータブロックの
    中で送信誤りのあるものだけを、データブロックの内容
    を変えずに再送信する、請求項１に記載の自動反復要求
    を実現する方法。
  6. 【請求項６】受信した前記データフレームの第１のデー
    タブロックには送信誤りがあり、前記データフレームの
    他のデータブロックは正しく受信されて前記データフレ
    ームと移動局に正しく関連付けられる、請求項５に記載
    の自動反復要求を実現する方法。
  7. 【請求項７】予約スロットALOHAプロトコルを用いて基
    地局と移動局の間でデータフレームを交換する移動パケ
    ット通信システムにおいて、自動反復要求（ARQ）を実
    現する方法であって、 移動局に送信され複数のデータブロックを含む各データ
    フレームに仮フレーム識別（TFI）を割り当てる際に、
    その割り当てるTFIは他の移動局に同時に送信されるデ
    ータフレームに割り当てるTFIの中で独特なものとしてT
    FIを割り当てるステップと、 前記TFIが割り当てられたデータフレーム内の各データ
    ブロック内にそのTFIを含めるステップと、 前記移動局が誤った肯定応答メッセージを送信したため
    に送信が中断されたとき、中断された未完結のデータフ
    レームの送信を、前記基地局が前記未完結のデータフレ
    ームに割り当てられたTFIを含む所定のメッセージを送
    信することにより再開するステップとを含む、自動反復
    要求を実現する方法。
  8. 【請求項８】前記所定のメッセージは前記未完結のデー
    タフレームの第１のデータブロックである、請求項７に
    記載の自動反復要求を実現する方法。
  9. 【請求項９】異なる移動局に送信されるデータフレーム
    内のデータブロックは、前記各データフレームに割り当
    てられるTFIに基づいてダウンリンク通信チャンネルで
    多重通信される、請求項５に記載の自動反復要求を実現
    する方法。
  10. 【請求項１０】予約スロットALOHAプロトコルを用いて
    基地局と移動局の間でデータフレームを交換する移動パ
    ケット通信システムにおいて、自動反復要求（ARQ）を
    実現する方法であって、 移動局が送信したデータフレームより前に送られたチャ
    ンネル予約メッセージ内の情報に基づいて、移動局から
    送信される各データフレームに、仮フレーム識別（TF
    I）を割り当てる際に、その割り当てるTFIは他の移動局
    が同時に送信するデータフレームに割り当てるTFIの中
    で独特なものとしてTFIを割り当てるステップと、 前記TFIが割り当てられたデータフレーム内の各データ
    ブロック内にそのTFIを含めるステップとを、 送信が中断されたとき、中断された未完結のデータフレ
    ームの送信を、前記基地局が前記未完結のデータフレー
    ムに割り当てられたTFIを含む所定のメッセージを送信
    することにより再開するステップとを含む、自動反復要
    求を実現する方法。
  11. 【請求項１１】前記割り当てられたTFIを、前記移動局
    から送信される肯定応答メッセージ内に含めるステップ
    をさらに含む、請求項10に記載の自動反復要求を実現す
    る方法。
  12. 【請求項１２】前記移動局は、受信したデータブロック
    の中で送信誤りのあるものだけを、データブロックの内
    容を変えずに再送信する、請求項10に記載の自動反復要
    求を実現する方法。
  13. 【請求項１３】受信した前記データフレームの第１のデ
    ータブロックには送信誤りがあり、前記データフレーム
    の他のデータブロックは正しく受信されて前記データフ
    レームと移動局に正しく関連付けられる、請求項12に記
    載の自動反復要求を実現する方法。
  14. 【請求項１４】予約スロットALOHAプロトコルを用いて
    基地局と移動局の間でデータフレームを交換する移動パ
    ケット通信システムにおいて、自動反復要求（ARQ）を
    実現する方法であって、 前記移動局が送信したデータフレームより前に送られた
    チャンネル予約メッセージ内の情報に基づいて、移動局
    から送信され複数のデータブロックを含む各データフレ
    ームに、仮フレーム識別（TFI）を割り当てる際に、そ
    の割り当てるTFIは他の移動局が同時に送信するデータ
    フレームに割り当てるTFIの中で独特なものとしてTFIを
    割り当てるステップと、 前記TFIが割り当てられたデータフレーム内の各データ
    ブロック内にそのTFIを含めるステップをと、 前記移動局が誤った肯定応答メッセージを送信したため
    に送信が中断されたとき、中断された未完結のデータフ
    レームの送信を、前記基地局が前記未完結のデータフレ
    ームに割り当てられたTFIを含む所定のメッセージを送
    信することにより再開するステップとを含む、自動反復
    要求を実現する方法。
  15. 【請求項１５】前記所定のメッセージは前記未完結のデ
    ータフレームの第１のデータブロックである、請求項14
    に記載の自動反復要求を実現する方法。
  16. 【請求項１６】予約スロットALOHAプロトコルを用いて
    基地局と移動局の間でデータフレームを交換する移動パ
    ケット通信システムにおいて、自動反復要求（ARQ）を
    実現する方法であって、 前記移動局が送信したデータフレームより前に送られた
    チャンネル予約メッセージ内の情報に基づいて、移動局
    から送信され複数のデータブロックを含む各データフレ
    ームに、仮フレーム識別（TFI）を割り当てる際に、そ
    の割り当てるTFIは他の移動局が同時に送信するデータ
    フレームに割り当てるTFIの中で独特なものとしてTFIを
    割り当てるステップと、 前記TFIが割り当てられたデータフレーム内の各データ
    ブロック内にそのTFIを含めるステップと、 前記基地局が間違った肯定応答メッセージを送信したた
    めに送信が中断されたとき、中断された未完結のデータ
    フレーム伝送の送信を、前記移動局が、ランダムアクセ
    ス要求を送信し、チャンネル予約メッセージを受信し、
    前記未完結のデータフレームに割り当てられたTFIを含
    む所定のメッセージを送る、という各ステップを行うこ
    とにより再開するステップとを含む、自動反復要求を実
    現する方法。
  17. 【請求項１７】前記所定のメッセージは前記未完結のデ
    ータフレームの第１のデータブロックである、請求項16
    に記載の自動反復要求を実現する方法。
  18. 【請求項１８】前記移動局は、TFIがランダムアクセス
    要求の中にすでに割り当てられているという指摘を含
    む、請求項16に記載の自動反復要求を実現する方法。
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