JP3801652B2 - ディジタルデータの符号化方法および符号化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有効データセグメントに分けられているディジタルデータの符号化ならびに伝送に関する。
通信ネットワークを介したパケット指向のデータ伝送の場合、伝送すべきデータは第１の装置から第２の装置へ伝送される。どのようなデータ伝送システムであってもその目標は、アプリケーションないしはユーザの要求するデータ伝送品質を高い信頼性で保証することであるにちがいない。このような伝送は通常、ハイアラーキ構成の種々の通信サービスを利用しながら行われる。通信サービスは各々、すぐ隣りの通信サービスによりもたらされる経過進行に関する情報が個々の通信サービスに与えられないようにして行われる。通常、このようなハイアラーキ構造は、周知のＯＳＩ（Open System Interconnection）階層モデルを基礎としている。
データ伝送システムの効率を高めるため、ＯＳＩ階層モデルが柔軟化されることも多い。そのような状況では、データ伝送システムにおける個々のインスタンス（階層）が目下の状態および要求に頼っており、したがって「層を越えて波及して」動作する。
殊にマルチメディアアプリケーションは、今日のデータ伝送システムに対し高い要求を課している。システムはフレキシビリティでなくてはならず、伝送条件の変更についてもアプリケーションの種々の要求にも立ち入ることができなくてはならない。
このことはとりわけ以下のことに帰する。すなわち、マルチメディアアプリケーションの場合には、様々な観点について、たとえば伝播時間遅延あるいは伝送データの誤り検出や誤り訂正などに対しそれぞれ異なる要求をもつ種々のデータストリームが存在する。
ディジタルデータストリームはこのコンテキストにおいてはたとえば、伝送すべきビデオデータや音声であるし、あるいはＡＳＣＩＩフォーマットに従って符号化されているテキスト情報でもある。
誤り検出や誤り訂正を保証するため、様々な誤り訂正メカニズムが知られている：
データセグメントの複数伝送ないし多重伝送；
データセグメントの複数伝送ないし多重伝送によれば、データセグメントの少なくとも一部分が第１の装置から第２の装置へ繰り返し伝送され、これにより伝送にあたり冗長性が発生し、このことで有効データが正しく伝送される確率が高まる。
−自動再送要求（Automatic Repeat Request，ARQ）方式；
ＡＲＱ方式の場合にも、データセグメントの伝送反復により誤りのなさが保証される。ＡＲＱ法の場合、データセグメントを受信する第２の装置においてデータセグメントに対する誤り検出が実行され、受信確認を利用して、場合によっては誤りのある伝送が行われたときにはデータセグメントに対しさらに冗長性が要求される。要求される伝送反復の回数は予測できない。なぜならば、データセグメントが繰り返しだめになってしまうかもしれないからである。
−フォワード・エラー・コレクション（Forward Error Correction，FEC）方式；
ＦＥＣ方式の場合、データセグメントに冗長データを付加することで誤り率が低減される。この場合、有効データセグメントの伝送に必要とされる帯域幅は、中程度までいくらか高まる。しかし付加的な受信確認や伝送反復を利用しないと、完全に誤りをなくすことはできない。
−この理由で、ＡＲＱ方式とＦＥＣ方式によるハイブリッドメカニズムがしばしば用いられる。
上述の誤り訂正メカニズムに関する概要は、参考文献［１］に示されている。
現在の方式によれば、伝送すべきデータはすべて、誤り検出や誤り訂正に関して同じように扱われる。
このため参考文献［２］により、ＯＳＩネットワーク層に配置されたHigh-Level-Data-Link-Control-Protocol（HDLC-Protocol）が知られている。ＨＤＬＣはＡＲＱ方式（Go-Back-N-ProtocolまたはSelected-Repeat-Protocol）が利用される。つまりこのことは、すでにネットワーク層において誤っていると検出されたデータがもう１度要求されることを意味し、このことで遅延が引き起こされ、これに対しそれよりも上位にあるＯＳＩトランスポート層は作用を及ぼさない。トランスポート層はたとえばTransport-Control-Protocol（TCP）によって実現することができ、これにもＡＲＱメカニズムが含まれている。トランスポート層において、たとえばバッファオーバフローまたはタイムアウトに起因する誤りが検出されると、ＴＣＰは完全なデータセグメントをもう一度要求する。この場合、ネットワーク層において行われるＨＤＬＣの枠内における伝送反復は、無駄となってしまう。このことはたとえば、周知の方式において存在する問題点を示している。
参考文献［３］から、いわゆるリソース・リザベーション・プロトコル（Resource-Reservation-Protocol，RSVP）が知られている。
あるアプリケーションに対し、それぞれただ１つの固有の誤り訂正メカニズムだけしか設けられていない。つまりこのことは、様々なデータストリームがそれらの品質要求とは無関係に同じ誤り訂正メカニズムを受けることを意味し、それによりこのような訂正メカニズムは不整合なものとなり、たいていの事例では過剰な規模に設定されていて、たとえばその結果、許容できない不必要な遅延が生じてしまう可能性がある。
したがって本発明の課題は、ディジタルデータの符号化および伝送のための方法において、データ伝送システムに対する上述の種々の要求が考慮されるように構成することにある。
この課題は、請求項１による方法、請求項２による方法、請求項３による方法、請求項１３による装置、請求項１４による装置、ならびに請求項１５による装置によって解決される。
本発明による方法によれば、ディジタルデータが有効データセグメントに分けられるように符号化される。その際、少なくとも１つの状態パラメータおよび／または少なくとも１つのコネクションパラメータが求められ、これらの状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータを用いて各誤り訂正メカニズムについて、まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から少なくとも１つの選択パラメータが求められる。この選択パラメータによって、求められた状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータに関して、個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述される。この場合、１つの誤り訂正メカニズムが選択される。有効データセグメントは、選択された誤り訂正メカニズムを利用して符号化される。
本発明による装置は、有効データセグメントに分けられるディジタルデータの符号化に用いられる。これは、誤り訂正メカニズムのまえもって定められた集合から選択された誤り訂正メカニズムを用いて行われる。この装置は、少なくとも１つの状態パラメータおよび／または少なくとも１つのコネクションパラメータを求める計算ユニットを有している。各誤り訂正メカニズムのために計算ユニットを有している。誤り訂正メカニズムの集合における各誤り訂正メカニズムごとに訂正モジュールが設けられており、これによって状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータを用いながら、それぞれ少なくとも１つの選択パラメータが求められる。選択パラメータによって、求められた状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータに関する個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述される。さらにメカニズム選択ユニットが設けられており、これにより誤り訂正メカニズムが選び出される。また、符号化ユニットが設けられており、これによれば選択された誤り訂正メカニズムを利用して有効データセグメントが符号化され、データパケットが形成される。
本発明による方法によっても装置によっても、所要帯域幅に関しても必要とされる誤り訂正に関しても、データ伝送に対する様々な要求が可能となる。このため、各々の要求について最も有効な誤り訂正方法を用いることができるようになる。また、誤り訂正メカニズム選択時にコネクションパラメータを考慮することもできるので、伝送区間の品質変化に対し迅速に応答できるようになる。
わかりやすくいえば、本発明は以下のようなものである。すなわち、所定の境界条件（品質要求、伝送システムの状態）を考慮して、まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から、その境界条件において「最適な」誤り訂正メカニズムが選択され、その誤り訂正メカニズムを用いてデータが符号化されて伝送される。
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
本発明による方法および装置の実施形態において有利であるのは、選択パラメータが重み付けられ、まえもって設定可能な選択判定基準に関して最適である重み付けられた選択パラメータをもつ誤り訂正メカニズムが選び出される。このような実施形態により、そのつど最も適切な誤り訂正メカニズムのいっそう有効な選択が可能となる。
さらに１つの実施形態において、本発明による方法も本発明による装置もディジタルデータの無線伝送の枠内で用いると有利であり、たとえば移動無線の分野（たとえばＧＳＭ規格に従ったデータ伝送）において用いると有利である。
次に、図面を参照しながら本発明の有利な実施形態について説明する。
図１は、伝送ユニットにおける第１の装置と第２の装置を有するデータ伝送システムの概略図である。
図２は、適応形誤り訂正モジュールの機能ユニットを示す概略図である。
図３は、あとで説明する問い合わせメカニズムを示す概略図である。
図４は、実施例の個々のステップを示すフローチャートである。
図１には、伝送ユニットＵＥにおける第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２が示されている。
第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２は伝送ユニットＵＥを介して、データパケットＤＰを単方向または双方向で交換できるよう、互いに接続されている。
以下ではデータパケットＤＰとは、有効データセグメントＮＤＳおよびそれらに割り当てられた制御情報ＳＩのことであるとする。
図１によれば装置Ａ１，Ａ２内にそれぞれシンボリックなアプリケーションＡＮｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）および有効データの伝送要求が示されており、これは個々のアプリケーションＡＮｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ供給される。
このコンテキストにおいて有効データとはたとえばビデオデータ、音声情報、あるいはＡＳＣＩＩフォーマットに従って符号化されるテキスト情報である。
有効データの種々の形式によって、それらの伝送に対し様々な要求が課される。
この理由で、アプリケーションＡＮｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ付加的な品質要求パラメータＱｏＳ（Quality-of-Service-Parameter，QoS-Parameter）が供給される。
品質要求パラメータＱｏＳによって、アプリケーションＡＮｉはそれぞれコネクションに必要な品質を要求する。
コネクションによって、第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２との間で伝送されるディジタルデータストリームが表され、これは伝送ユニットＵＥによって象徴される先行のコネクション確立によってまえもって初期化された区間を必要とする。このコンテキストでコネクションとは、たとえばＴＣＰ／ＩＰ通信コネクションなどである。ＩＰプロトコル（Internet Protocol）のデータの流れは、データストリームを一義的に識別することができ、初期化フェーズで伝送システムのリソースに割り当てられるようになったとき、コネクションとみなされる。この目的で、リソースリザベーションプロトコル（ＲＳＶＰ）を用いることができる（参考文献［３］参照）。
アプリケーションＡｎｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ、以下の品質要求パラメータＱｏＳが供給される。
−要求される帯域幅ｂA；
要求される帯域幅ｂAにより、アプリケーションＡＮｉの時間に依存するデータ量が定量的に規定される。要求される帯域幅ｂAの記述単位はｂｉｔ／ｓｅｃである。
−最大時間遅延ｔA；
最大時間遅延ｔAはリアルタイム性に敏感なアプリケーションにおいて殊に、有効データセグメントＮＤＳの最大遅延伝播時間を規定するために用いられる。
−アプリケーションＡＮｉについて許可される最大ビット誤り率ｅA；
−伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎ、単位はｂｉｔ；
伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎにより、伝播時間の推定を実行できるようになる。伝送すべき有効データｌｅｎの長さ情報は、アプリケーションＡＮｉにより伝送されるべき有効データの最大長を表す。
伝送すべき有効データは有効データセグメントＮＤＳにグループ分けされ、やはり適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ供給される。
適応形誤り訂正モジュールＡＦＫにおいて、品質要求ならびに伝送コネクションを記述するパラメータにおける少なくとも１つの目下の状態に関して、個々の条件のもとで最も有効な誤り訂正メカニズムが選び出され、有効データセグメントＮＤＳが選択された誤り訂正メカニズムを用いて処理され、符号化ユニットＣＥへ供給される。
符号化ユニットＣＥにおいて有効データセグメントＮＤＳが符号化されてデータパケットＤＰが形成され、伝送ユニットＵＥへ供給される。
そして伝送ユニットＵＥを介して、データパケットＤＰが第１の装置Ａ１から第２の装置Ａ２へ伝送される。
第２の装置Ａ２においてデータパケットＤＰが受信され、復号ユニットＤＥにおいて復号される。適応形誤り訂正モジュールＡＦＫにおいて、選出された誤り訂正メカニズムに従ってそれ相応の誤り訂正ないしは誤り検出が実行され、復号された有効データセグメントＮＤＳが第２の装置Ａ２の個々の対応するアプリケーションＡＮｉへ供給される。
第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２との間で可能な双方向通信は、装置Ａ１とＡ２との間の双方向矢印によってシンボリックに表されている。
適応形誤り訂正モジュールＡＦＫは、論理的には符号化ユニットＣＥないしは復号ユニットＤＥのすぐ上に配置されており、これはアプリケーションＡＮｉの品質要求パラメータＱｏＳが適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ必ずいっしょに伝送されるかぎり、アプリケーションＡＮｉの下に配置されている。
このようにして、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫがネットワーク層（リンク層）に埋め込まれるようになる。
この場合、符号化ユニットＣＥ、復号ユニットＤＥならびに伝送ユニットＵＥを含めたユニットは、複数の論理的および物理的な伝送チャネルが同期のとられた配分で用いられるように構成されている。
この関連で、時分割多重（Tie Division Multiple Aceess，TDMA）方式が用いられる。
ＴＤＭＡ方式の場合、伝送時間が複数のタイムスロットに分割され、それらのタイムスロットのうちその一部分が特定のチャネルのデータを伝送するために利用される。以下では次のことを前提とする。すなわち、伝送のために２つの加入者だけが設けられているが、本発明の方法によれば複数のアプリケーションＡＮｉによりデータパケットＤＰが伝送され、これは競合してタイムスロットをアクセスする。個々のデータストリームの伝送は、理論チャネルを介して行われる。
論理チャネルつまりはデータパケットＤＰも内部に存在する周期的に繰り返されるユニットを、フレームＲと称する。
図２には、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫがシンボリックに表されたそれらの機能ユニットによって表されている。
この場合、監視ユニットＵＷが設けられており、これによってデータ伝送システムＤＳにおけるそのつどの瞬時の状態が突き止められる。この目的で、個々の装置Ａ１，Ａ２からそのつど送信され受信されたデータ量すなわち送信され受信されたデータパケットＤＰが記録され登録される。各装置Ａ１，Ａ２はそれぞれ他方の装置Ａ１，Ａ２へ、送信されたデータパケットＤＰの個数が通報される。各装置Ａ１，Ａ２は通報されたそれらの値を、正しく受信されたデータパケットＤＰの個数と比較する。このようにして、両方の伝送装置における損失を簡単に求めることができる。
そしてこれらの値から伝送ユニットＵＥの状態の変化が短期間、中期間および長期間、記録されて記憶され、これによって伝送ユニットＵＥの詳細な監視が可能となる。
これらの情報は両方の通信パートナーにとって重要であるので、それらは伝送ユニットＵＥを介してデータパケットＤＰとして伝送される。それらには情報として、ビットエラーもデータパケット損失も含まれる。通常の有効データパケットのようにこれらのデータパケットＤＰも、伝送ユニットＵＥの影響を受けるので、それらのデータパケットＤＰの損失も監視され、通報される。測定および伝送は等時間間隔で行われ、これによってそれらのデータパケットＤＰが損失しても信頼性のある状態レポートが保証されるとはいえ、その監視のために過度に大きい帯域幅が必要とされる。
監視結果として監視ユニットＵＷはメカニズム選択ユニットＡＵＳへ、データパケット損失ｅf［１／データパケット］を通報する。
さらにメカニズム選択ユニットＡＵＳへ品質要求パラメータＱｏＳが供給される。メカニズム選択ユニットＡＵＳにより、個々の有効データセグメントＮＤＳにとって最適な有効データセグメントＮＤＳ／誤り訂正メカニズムの割り当てが決定され、ダイナミックに監視され、場合によっては更新される。
このことは、メカニズム選択ユニットＡＵＳから個々の訂正モジュールＫj（ｊ＝１，．．．，ｍ）にそれぞれ以下の量が供給されることにより行われる；
−伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎ；
−データパケット損失ｅf；
−許可される最大ビット誤り率ｅA（図３参照）
訂正モジュールＫjは、データ伝送システムＤＳ全体に設けられているまえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合からの所定の誤り訂正メカニズムごとに、それぞれ設けられている。
個々の誤り訂正メカニズムについては、あとで詳しく説明する。
各訂正モジュールＫjは、個々の誤り訂正メカニズムにそれぞれ依存する少なくとも１つの選択パラメータを求める。この実施例ではそれらの選択パラメータは以下のとおりである：
−個々のアプリケーションＡＮｉにおけるすべての有効データセグメントＮＤＳの伝送に必要なデータパケットＤＰの平均数ｐmed；
−最大数ｐmax；
−個々の誤り訂正メカニズムの使用により生じたビット誤り率ｅb
メカニズム選択ユニットＡＵＳにより、境界条件に関して最適な誤り訂正メカニズムが選択され、アプリケーションＡＮｉの有効データセグメントＮＤＳが、符号化ユニットＣＥないしは復号ユニットＤＥにおけるマルチプレクサ／デマルチプレクサＭＵＸを介して供給される。
品質要求パラメータＱｏＳが絶対に遵守しなければならないとみなされているならば、アプリケーションＡＮｉの有効データセグメントＮＤＳの伝送は、以下の条件が満たされたときにしか提供できない：
ｅges＝ｅb≦ｅA
（全ビット誤り率≦要求される最大ビット誤り率）
（帯域幅≧要求される帯域幅）
（全遅延時間≦要求される最大遅延時間）
品質要求パラメータＱｏＳに関してなんらかのばらつきが許されるアプリケーションＡＮｉの場合、アプリケーションＡＮｉににより品質要求パラメータＱｏＳに対して重み付けが割り当てられ、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫに対し、たとえばリアルタイム動作あるいは伝送時の誤りのなさに対し多くの値がおかれているか否かが通報される。これにより、誤り訂正メカニズムのための選択手法がいっそうフレキシブルに構成されるし、たとえばあるシステムにおいてコストの理由から帯域幅の節約が最も重要なファクタであるべきような状況では、個々の判定基準についていっそうしっかりと留意することもできる。
とはいえデータ伝送システムＤＳはそのつど、要求される伝送サービスを提供することができるか否かを確認しなければならない。
要求と誤り訂正メカニズムによりもたらすことのできる品質を比較した場合、以下の３つの状況の発生する可能性がある：
１．メカニズム選択ユニットＡＵＳは適合する誤り訂正メカニズムを正確にみつけた。
２．要求されているすべての要求を１００％満たすことのできる誤り訂正メカニズムはない。
３．複数の誤り訂正メカニズムが所望の条件を満たしている。
１番目の状況が発生した場合、対応する誤り訂正メカニズムが選択され、以後の方法においてアプリケーションＡＮｉのために利用される。
２番目の状況が発生した場合、品質要求に関してアプリケーションＡＮｉにより削減を行わなければならないし、あるいはサービスを拒絶しなければならない。
３番目の状況が発生した場合、平均して最も好適であると思われ最も僅かな帯域幅しか必要としない訂正メカニズムが選び出される。この場合、帯域幅は、殊に移動無線において最も重要なものに属する判定基準である。
個々のパラメータの重み付けのやり方として、以下の３つのカテゴリーが用いられる：
−Ｍｕｓｔ
それらのサービス品質を提供しなければならない。
−Ｂｅｓｔ ｅｆｆｏｒｔ
それらの品質要求パラメータＱｏＳは強制されない。可能なかぎり満たすようにすべきである。
−ｏｔｈｅｒ
これらの間のそれ以外の値であって、これによれば種々の誤り訂正メカニズムを互いに数値的に評価することができる。
あとで詳しく説明する計算による評価のために、以下では”ｍｕｓｔ”に対し値１を割り当て、”ｂｅｓｔ”に対し値０を割り当て、０＜”ｏｔｈｅｒ”＜１と定義する。
品質要求パラメータＱｏＳについて、次のような重み付け値ｗb（ｂAについて）、ｗt（ｔAについて）、ｗe（ｅAについて）であるとする：
ビットエラー確率ｅb
以下では、データパケット損失率ｅfから種々の誤り訂正メカニズムのビットエラー確率ｅbを求めるための規則が導出される。
この場合、長さｌｅｎビットの有効データを伝送するものとする。それらはｍ個の有効データセグメントＮＤＳに分けられる。ｍは、タイムスロットｆの所定の大きさと、有効データセグメントごとに挿入されたプロトコル情報の長さｈに依存し、これにより有効データのスペースが制約される。データパケットＤＰあたりの有効データのスペースはｕで表され、
ｕ＝ｆ−ｈ
により得られる。
したがって、必要とされるデータパケットＤＰの個数は、
となる。
計算に必要とされるデータパケットＤＰの損失に対する確率はｅfである。
単一伝送において、それぞれｕ個の有効データビットのｍ個のデータパケットＤＰがｅfのデータパケット損失確率で行われる。ビットエラー確率ｅbは、０〜ｍ個すべてのデータパケットの間の損失に関する確率の合計により次式に従って算出される：
二項分布の期待値Ｅ［Ｂｉn,p］は、次式に従って得られる：
その結果、ビットエラー確率ｅbは、
となる。
多重伝送のビットエラー確率ｅbもそれ相応に算出される。各データパケットＤＰは多重に伝送されるので、それ相応に損失確率も増大して、
となり、ここでｋは１つのデータパケットＤＰにおける多重伝送の個数を表す。
このように、誤り確率ｅbはいわゆるＭ−ｔｒｙ−ＡＲＱ方式で増大する。それというのも、各データパケットＤＰは１回、損失時にはさらにＭ回伝送されるからである。したがってビットエラー確率ｅbは、次式によって得られる：
冗長性の発生する方法の場合、損失確率はこれといくらか異なる。ｍ個のデータパケットＤＰについて、ｘ個の冗長セルが計算される。冗長セルにおいて損失が発生した場合、データパケットＤＰが失われないかまたはせいぜい冗長セルのように多くの個数が適正に伝送されるかぎり、これによっても伝送の正確性に対し影響は及ぼされない。この場合、ビットエラー確率ｅbは次式に従って得られる：
この式は、両方の冗長方式において使用できる。（ｎ＋ｘ，ｎ）のリードソロモンの場合、ｎとｘを代入する必要があり、ＸＯＲ−ＦＥＣはｎ個のデータパケットＤＰに対しただ１つの冗長セルつまりｘ＝１をもつ。
さらに、個々の誤り訂正メカニズムについて、必要とされるデータパケットの平均個数ｐmedと最大個数ｐmaxが求められる。
単一伝送の場合、必要とされるデータパケットＤＰは平均でも最大でも等しい。メカニズム選択ユニットへ供給されるパラメータについて次式が得られる：
多重伝送の場合、上記のパラメータについて次式が得られる：
リードソロモン方式に関して、冗長セルの個数を誤り率に依存して決定することができる。伝送すべきデータパケットＤＰに関して、誤り率に依存する冗長セルの個数が計算される。
このため、必要とされるデータパケットＤＰの全体数は、
と
ｐmaxの間で変動し、つまり冗長セルがない場合と任意に多くの冗長セルがある場合の間である。
理想の場合、冗長性は正確に誤り率にマッピングされ、したがって十分であるにしても必要な冗長性は存在しないようになる。本発明による方法においてこのことが可能であるのは、リードソロモン方式は実際のデータパケット損失率と要求されたビット誤り率を受け取るからである。
ＸＯＲ−ＦＥＣ方式の場合、１つの冗長セルしか必要ない。しかしこの方式によれば、１つのデータパケットＤＰの損失だけしか補償できない。また、この方式は伝送反復なしで間に合わせているので、その全セル数は、
により計算できる。
いわゆるSelective-Repaeat-ARQ方式の場合、伝送反復（Retransmission）の計算の速度が得られる。この場合、全二重伝送区間を対象としており、ブロッキングが発生せず、十分なバッファリングであれば遅延も発生しない。
すべての伝送誤りを検出できることを前提とすれば、この方式により特定不可能な期間において誤りのない伝送が行われることになる。この方式によって誤りのない伝送が保証され、このことは誤り率が劣化したときには伝送反復について著しく大きいコストがかかることを意味する。平均的に、伝送反復を含めたデータパケットの個数は、
に制限され、最悪の状況では任意の個数のデータパケットＤＰが必要とされる。
バンドルされたＭーＴｒｙーＡＲＱ方式の場合、式
に従って必要とされる最小データパケット数が得られ、必要とされる最大データパケット数ＤＰは式
に従って得られる。
図４には、この方法全体の詳細なステップがフローチャートとして示されている。
最初のステップにおいて、適応形誤り訂正モジュールはアプリケーションＡＮｉから品質要求パラメータＱｏＳを受け取る（ステップ４０１）。
２番目のステップ４０２において、伝送システム全体に関する目下の実際の誤り率が突き止められる。
３番目のステップ４０３において、メカニズム選択ユニットＡＵＳは訂正モジュールＫjに対し先に挙げたパラメータについて問い合わせ、個々のパラメータをもつテーブルを求めて記憶する。
次のステップ４０４において、すべての品質要求の満たされている誤り訂正メカニズムが存在するかかがチェックされる。
これがあてはまる場合、次のステップ４０５において、すべての要求が１００％満たされる誤り訂正メカニズムが２つ以上存在しているかがチェックされる。これに該当しなければ選択ステップ４０６において、要求を満たしている誤り訂正メカニズムが選択される。要求を満たす複数の誤り訂正メカニズムが存在するならば第２の選択ステップ２０７において、最も僅かな所要帯域幅の誤り訂正メカニズムが選択される。個々の誤り訂正メカニズムに関して次のステップ４０８において、アプリケーションＡＮｉについて伝送のための相応のチャネルが予約される。チェックステップ４０９において再チェックされて予約が可能であれば、アプリケーションＡＮｉのための有効データセグメントＮＤＳが、符号化ユニットＣＥおよび伝送ユニットＯＥを利用して第２の装置Ａ２へ伝送される（ステップ４１０）。
予約が不可能であったり（ステップ４０９）あるいはすべての要求を１００％満たすことのできる誤り訂正メカニズムが存在しなければ（比較ステップ４０４参照）、個々の品質要求パラメータＱｏＳについて、それらを１つの誤り訂正メカニズムによって１００％満たすことができるかについてチェックされる（ステップ４１１）。
品質要求パラメータを充足することのできない誤り訂正方式はいずれも削除される（ステップ４１２）。
続くステップ４１３において、結果として生じたテーブルが空であるとされたならば、要求されたサービスすなわち要求された伝送は拒絶される（ステップ４１４）。
これに対しテーブルが空でなければ、重み付けと個々の品質要求パラメータの効果から、あとで説明するような数学的評価が行われる（ステップ４１５）。
ステップ４１５における評価は、品質要求パラメータに割り当てられた重み付け値と、誤り訂正メカニズムごとに実際にもたらされたサービス品質のベクトル乗算により行われる。このため、個々の誤り訂正メカニズムの結果のパラメータが品質要求パラメータＱｏＳと比較され、互いに正規化される。その際、個々のパラメータはｔａｎｈ関数を用いて［−１；＋１］の値の範囲に換算される。その結果、得られたいずれの値が要求された値よりも大きいかあるいは小さいかがわかるようになり、つまり対応する誤り訂正メカニズムが理想状態からどの程度隔たっているかを識別できるようになる。
この場合、理想状態は値０によって表され、−１は生じ得る最悪の値であり、＋１は最良の値である。
サービス品質の評価は、帯域幅に対する第１のパラメータｒｅｓbと、遅延に対する第２のパラメータｒｅｓtと、ビット誤り率に対するｒｅｓeにより行われる。
個々のパラメータｒｅｓb，ｒｅｓt，ｒｅｓeは、次式に従って求められる：
ここでＡは要求された値の指標であり、ｉは実際にもたらされた値（ｉ＝１，．．．，ｍ）である。また、ｍは考慮される誤り訂正メカニズムの個数を表す。
このようにして全部で３つのパラメータが同じ重みをもつことになり、つまりたとえばある誤り訂正メカニズムにより１０％過剰に充足されるならば、別の値を１０％低くすることでその過剰分を再びなくすことができ、これによりその誤り訂正メカニズムは、両方の値を正確に満たす別の方式と同レベルにおかれる。
式
Ｒ＝ｗb・ｒｅｓb＋ｗt・ｒｅｓt＋ｗe・ｒｅｓe
により得られる最も高い加数Ｒをもつものが、最も有効な誤り訂正メカニズムとみなされる。
上記の判定基準Ｒに応じた最も有効な誤り訂正メカニズムが選択され（ステップ４１６）、伝送に必要とされるチャネルが予約される（ステップ４１７）。
チェックステップ４１８において監視されて予約が可能であるならば、データパケットが符号化されて伝送される（ステップ４１９）。
予約が不可能であるならば、対応する誤り訂正メカニズムが格納されているテーブルから削除される（ステップ４２０）。
テーブルが空であるならば（チェックステップ４２１）、サービスが拒絶され（ステップ４２２）、有効データセグメントＮＤＳの伝送は行われない。
しかしテーブルが空でなければ、テーブルに格納されている最良の誤り訂正メカニズムが選択され、ステップ４１６に分岐する。
次に、上述の実施例に対するいくつかの代案について説明する。
本発明による方法は、たとえばＤＥＣＴ規格を用いた移動無線の分野などのディジタルデータの無線伝送に非常に適している。
とはいえ本発明による方法および装置は、あらゆるデータ伝送システムＤＳにおいても適用可能である。
また、本発明はＴＤＭＡの上述の方式に限定されるものではない。
たとえば遅延変動に関する要求などさらに別の品質要求パラメータも、本発明の枠内でそのまま考慮することができる。
実装によっては、伝送すべき個々の有効データセグメントＮＤＳにおいてアプリケーションＡＮｉが適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ品質要求パラメータＱｏＳをいっしょに与えなければならない場合もあり得るし、あるいは適応形誤り訂正モジュールＡＦＫが、品質要求パラメータＱｏｓと個々のアプリケーションＡＮｉとの対応づけを記憶する。第１の構成により、アプリケーションＡＮｉは伝送中であっても要求を変えることができ、このようにするならばアプリケーションＡＮｉを品質要求を変化させて適用できるようになる。
また、上述の重み付け構成はそこで説明したような重み付けに限定されるものではない。たとえば数値を用いて任意の重み付けを用いることも当然ながら可能である（所定の数値インターバル［ｘ，ｙ］内の値）。
正規化関数ｔａｎｈ（）を、他の任意の正規化関数に置き換えることができる。
本発明をいっそう明確にするため、以下で数値の実例を示す。この場合、テレビ電話アプリケーションによってＤＥＣＴ無線システムを介したビデオデータのリアルタイム転送が要求される。ＤＥＣＴ伝送システムは、それぞれタイムスロットｆごとに占有可能なｆ＝３２０ｂｉｔをもつ１２個のチャネルを有する。目下のデータパケット損失確率は、伝送すべき全有効データ長ｌｅｎ＝２４００においてｅf＝１０-3となる。
個々の品質要求パラメータＱｏＳについて以下の表にまとめられている。
簡単に表すため、すべての誤り訂正メカニズムのためのデータパケットＤＰごとのプロトコルヘッダの長さは、ｈ＝３２ｂｉｔにセットされる。これらのパラメータによれば、個々の誤り訂正メカニズムの効率は以下のように計算される。
これらから、個々の誤り訂正メカニズムについて帯域幅ｂi、最大伝播時間ｔiならびにビット誤り確率ｅiが以下の表のように計算される。
実質データレートｂiは、
に従って計算される。
これが要求された帯域幅よりも僅かであるならば、データパケットＤＰをパラレルに伝送する複数のチャネルｃを予約する必要がある。したがって最大伝送時間ｔiは、個々の誤り訂正メカニズムについて次式に従って求めることができる：
重み付けｗをｒｅｓパラメータとベクトル乗算することで、以下の結果表に示されている次のような最終値が得られる。
メカニズム選択ユニットＡＵＳは、最大の結果値を有する誤り訂正メカニズムを判別し、つまりここではＮｏ．４のリードソロモン方式をとる。
わかりやすくいうと本発明によれば、まえもって誤り訂正メカニズムの集合から所定の境界条件（品質要求、伝送システムの状態）を考慮して、それらの境界条件のもとで「最適な」誤り訂正メカニズムが選択され、データがその誤り訂正メカニズムを用いて符号化され伝送される。
本明細書において以下の刊行物を引用した：
［１］Lin，Costello，Error Control Coding，Fundamentals and Applications，Prentice-Hall，ISBN O-13-283796-X，1983
［２］A.S.Tannebaum，Computer-Netzwerke，2.Auflage，Wolframs Fachverlag，ISBN 3-925328-79-3，p.306-310，1992
［３］R．Braden，Resource Reservation Protocol，Internet-Draft，10.1996
通信ネットワークを介したパケット指向のデータ伝送の場合、伝送すべきデータは第１の装置から第２の装置へ伝送される。どのようなデータ伝送システムであってもその目標は、アプリケーションないしはユーザの要求するデータ伝送品質を高い信頼性で保証することであるにちがいない。このような伝送は通常、ハイアラーキ構成の種々の通信サービスを利用しながら行われる。通信サービスは各々、すぐ隣りの通信サービスによりもたらされる経過進行に関する情報が個々の通信サービスに与えられないようにして行われる。通常、このようなハイアラーキ構造は、周知のＯＳＩ（Open System Interconnection）階層モデルを基礎としている。
データ伝送システムの効率を高めるため、ＯＳＩ階層モデルが柔軟化されることも多い。そのような状況では、データ伝送システムにおける個々のインスタンス（階層）が目下の状態および要求に頼っており、したがって「層を越えて波及して」動作する。
殊にマルチメディアアプリケーションは、今日のデータ伝送システムに対し高い要求を課している。システムはフレキシビリティでなくてはならず、伝送条件の変更についてもアプリケーションの種々の要求にも立ち入ることができなくてはならない。
このことはとりわけ以下のことに帰する。すなわち、マルチメディアアプリケーションの場合には、様々な観点について、たとえば伝播時間遅延あるいは伝送データの誤り検出や誤り訂正などに対しそれぞれ異なる要求をもつ種々のデータストリームが存在する。
ディジタルデータストリームはこのコンテキストにおいてはたとえば、伝送すべきビデオデータや音声であるし、あるいはＡＳＣＩＩフォーマットに従って符号化されているテキスト情報でもある。
誤り検出や誤り訂正を保証するため、様々な誤り訂正メカニズムが知られている：
データセグメントの複数伝送ないし多重伝送；
データセグメントの複数伝送ないし多重伝送によれば、データセグメントの少なくとも一部分が第１の装置から第２の装置へ繰り返し伝送され、これにより伝送にあたり冗長性が発生し、このことで有効データが正しく伝送される確率が高まる。
−自動再送要求（Automatic Repeat Request，ARQ）方式；
ＡＲＱ方式の場合にも、データセグメントの伝送反復により誤りのなさが保証される。ＡＲＱ法の場合、データセグメントを受信する第２の装置においてデータセグメントに対する誤り検出が実行され、受信確認を利用して、場合によっては誤りのある伝送が行われたときにはデータセグメントに対しさらに冗長性が要求される。要求される伝送反復の回数は予測できない。なぜならば、データセグメントが繰り返しだめになってしまうかもしれないからである。
−フォワード・エラー・コレクション（Forward Error Correction，FEC）方式；
ＦＥＣ方式の場合、データセグメントに冗長データを付加することで誤り率が低減される。この場合、有効データセグメントの伝送に必要とされる帯域幅は、中程度までいくらか高まる。しかし付加的な受信確認や伝送反復を利用しないと、完全に誤りをなくすことはできない。
−この理由で、ＡＲＱ方式とＦＥＣ方式によるハイブリッドメカニズムがしばしば用いられる。
上述の誤り訂正メカニズムに関する概要は、参考文献［１］に示されている。
現在の方式によれば、伝送すべきデータはすべて、誤り検出や誤り訂正に関して同じように扱われる。
このため参考文献［２］により、ＯＳＩネットワーク層に配置されたHigh-Level-Data-Link-Control-Protocol（HDLC-Protocol）が知られている。ＨＤＬＣはＡＲＱ方式（Go-Back-N-ProtocolまたはSelected-Repeat-Protocol）が利用される。つまりこのことは、すでにネットワーク層において誤っていると検出されたデータがもう１度要求されることを意味し、このことで遅延が引き起こされ、これに対しそれよりも上位にあるＯＳＩトランスポート層は作用を及ぼさない。トランスポート層はたとえばTransport-Control-Protocol（TCP）によって実現することができ、これにもＡＲＱメカニズムが含まれている。トランスポート層において、たとえばバッファオーバフローまたはタイムアウトに起因する誤りが検出されると、ＴＣＰは完全なデータセグメントをもう一度要求する。この場合、ネットワーク層において行われるＨＤＬＣの枠内における伝送反復は、無駄となってしまう。このことはたとえば、周知の方式において存在する問題点を示している。
参考文献［３］から、いわゆるリソース・リザベーション・プロトコル（Resource-Reservation-Protocol，RSVP）が知られている。
あるアプリケーションに対し、それぞれただ１つの固有の誤り訂正メカニズムだけしか設けられていない。つまりこのことは、様々なデータストリームがそれらの品質要求とは無関係に同じ誤り訂正メカニズムを受けることを意味し、それによりこのような訂正メカニズムは不整合なものとなり、たいていの事例では過剰な規模に設定されていて、たとえばその結果、許容できない不必要な遅延が生じてしまう可能性がある。
したがって本発明の課題は、ディジタルデータの符号化および伝送のための方法において、データ伝送システムに対する上述の種々の要求が考慮されるように構成することにある。
この課題は、請求項１による方法、請求項２による方法、請求項３による方法、請求項１３による装置、請求項１４による装置、ならびに請求項１５による装置によって解決される。
本発明による方法によれば、ディジタルデータが有効データセグメントに分けられるように符号化される。その際、少なくとも１つの状態パラメータおよび／または少なくとも１つのコネクションパラメータが求められ、これらの状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータを用いて各誤り訂正メカニズムについて、まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から少なくとも１つの選択パラメータが求められる。この選択パラメータによって、求められた状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータに関して、個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述される。この場合、１つの誤り訂正メカニズムが選択される。有効データセグメントは、選択された誤り訂正メカニズムを利用して符号化される。
本発明による装置は、有効データセグメントに分けられるディジタルデータの符号化に用いられる。これは、誤り訂正メカニズムのまえもって定められた集合から選択された誤り訂正メカニズムを用いて行われる。この装置は、少なくとも１つの状態パラメータおよび／または少なくとも１つのコネクションパラメータを求める計算ユニットを有している。各誤り訂正メカニズムのために計算ユニットを有している。誤り訂正メカニズムの集合における各誤り訂正メカニズムごとに訂正モジュールが設けられており、これによって状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータを用いながら、それぞれ少なくとも１つの選択パラメータが求められる。選択パラメータによって、求められた状態パラメータおよび／またはコネクションパラメータに関する個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述される。さらにメカニズム選択ユニットが設けられており、これにより誤り訂正メカニズムが選び出される。また、符号化ユニットが設けられており、これによれば選択された誤り訂正メカニズムを利用して有効データセグメントが符号化され、データパケットが形成される。
本発明による方法によっても装置によっても、所要帯域幅に関しても必要とされる誤り訂正に関しても、データ伝送に対する様々な要求が可能となる。このため、各々の要求について最も有効な誤り訂正方法を用いることができるようになる。また、誤り訂正メカニズム選択時にコネクションパラメータを考慮することもできるので、伝送区間の品質変化に対し迅速に応答できるようになる。
わかりやすくいえば、本発明は以下のようなものである。すなわち、所定の境界条件（品質要求、伝送システムの状態）を考慮して、まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から、その境界条件において「最適な」誤り訂正メカニズムが選択され、その誤り訂正メカニズムを用いてデータが符号化されて伝送される。
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
本発明による方法および装置の実施形態において有利であるのは、選択パラメータが重み付けられ、まえもって設定可能な選択判定基準に関して最適である重み付けられた選択パラメータをもつ誤り訂正メカニズムが選び出される。このような実施形態により、そのつど最も適切な誤り訂正メカニズムのいっそう有効な選択が可能となる。
さらに１つの実施形態において、本発明による方法も本発明による装置もディジタルデータの無線伝送の枠内で用いると有利であり、たとえば移動無線の分野（たとえばＧＳＭ規格に従ったデータ伝送）において用いると有利である。
次に、図面を参照しながら本発明の有利な実施形態について説明する。
図１は、伝送ユニットにおける第１の装置と第２の装置を有するデータ伝送システムの概略図である。
図２は、適応形誤り訂正モジュールの機能ユニットを示す概略図である。
図３は、あとで説明する問い合わせメカニズムを示す概略図である。
図４は、実施例の個々のステップを示すフローチャートである。
図１には、伝送ユニットＵＥにおける第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２が示されている。
第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２は伝送ユニットＵＥを介して、データパケットＤＰを単方向または双方向で交換できるよう、互いに接続されている。
以下ではデータパケットＤＰとは、有効データセグメントＮＤＳおよびそれらに割り当てられた制御情報ＳＩのことであるとする。
図１によれば装置Ａ１，Ａ２内にそれぞれシンボリックなアプリケーションＡＮｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）および有効データの伝送要求が示されており、これは個々のアプリケーションＡＮｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ供給される。
このコンテキストにおいて有効データとはたとえばビデオデータ、音声情報、あるいはＡＳＣＩＩフォーマットに従って符号化されるテキスト情報である。
有効データの種々の形式によって、それらの伝送に対し様々な要求が課される。
この理由で、アプリケーションＡＮｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ付加的な品質要求パラメータＱｏＳ（Quality-of-Service-Parameter，QoS-Parameter）が供給される。
品質要求パラメータＱｏＳによって、アプリケーションＡＮｉはそれぞれコネクションに必要な品質を要求する。
コネクションによって、第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２との間で伝送されるディジタルデータストリームが表され、これは伝送ユニットＵＥによって象徴される先行のコネクション確立によってまえもって初期化された区間を必要とする。このコンテキストでコネクションとは、たとえばＴＣＰ／ＩＰ通信コネクションなどである。ＩＰプロトコル（Internet Protocol）のデータの流れは、データストリームを一義的に識別することができ、初期化フェーズで伝送システムのリソースに割り当てられるようになったとき、コネクションとみなされる。この目的で、リソースリザベーションプロトコル（ＲＳＶＰ）を用いることができる（参考文献［３］参照）。
アプリケーションＡｎｉから適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ、以下の品質要求パラメータＱｏＳが供給される。
−要求される帯域幅ｂA；
要求される帯域幅ｂAにより、アプリケーションＡＮｉの時間に依存するデータ量が定量的に規定される。要求される帯域幅ｂAの記述単位はｂｉｔ／ｓｅｃである。
−最大時間遅延ｔA；
最大時間遅延ｔAはリアルタイム性に敏感なアプリケーションにおいて殊に、有効データセグメントＮＤＳの最大遅延伝播時間を規定するために用いられる。
−アプリケーションＡＮｉについて許可される最大ビット誤り率ｅA；
−伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎ、単位はｂｉｔ；
伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎにより、伝播時間の推定を実行できるようになる。伝送すべき有効データｌｅｎの長さ情報は、アプリケーションＡＮｉにより伝送されるべき有効データの最大長を表す。
伝送すべき有効データは有効データセグメントＮＤＳにグループ分けされ、やはり適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ供給される。
適応形誤り訂正モジュールＡＦＫにおいて、品質要求ならびに伝送コネクションを記述するパラメータにおける少なくとも１つの目下の状態に関して、個々の条件のもとで最も有効な誤り訂正メカニズムが選び出され、有効データセグメントＮＤＳが選択された誤り訂正メカニズムを用いて処理され、符号化ユニットＣＥへ供給される。
符号化ユニットＣＥにおいて有効データセグメントＮＤＳが符号化されてデータパケットＤＰが形成され、伝送ユニットＵＥへ供給される。
そして伝送ユニットＵＥを介して、データパケットＤＰが第１の装置Ａ１から第２の装置Ａ２へ伝送される。
第２の装置Ａ２においてデータパケットＤＰが受信され、復号ユニットＤＥにおいて復号される。適応形誤り訂正モジュールＡＦＫにおいて、選出された誤り訂正メカニズムに従ってそれ相応の誤り訂正ないしは誤り検出が実行され、復号された有効データセグメントＮＤＳが第２の装置Ａ２の個々の対応するアプリケーションＡＮｉへ供給される。
第１の装置Ａ１と第２の装置Ａ２との間で可能な双方向通信は、装置Ａ１とＡ２との間の双方向矢印によってシンボリックに表されている。
適応形誤り訂正モジュールＡＦＫは、論理的には符号化ユニットＣＥないしは復号ユニットＤＥのすぐ上に配置されており、これはアプリケーションＡＮｉの品質要求パラメータＱｏＳが適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ必ずいっしょに伝送されるかぎり、アプリケーションＡＮｉの下に配置されている。
このようにして、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫがネットワーク層（リンク層）に埋め込まれるようになる。
この場合、符号化ユニットＣＥ、復号ユニットＤＥならびに伝送ユニットＵＥを含めたユニットは、複数の論理的および物理的な伝送チャネルが同期のとられた配分で用いられるように構成されている。
この関連で、時分割多重（Tie Division Multiple Aceess，TDMA）方式が用いられる。
ＴＤＭＡ方式の場合、伝送時間が複数のタイムスロットに分割され、それらのタイムスロットのうちその一部分が特定のチャネルのデータを伝送するために利用される。以下では次のことを前提とする。すなわち、伝送のために２つの加入者だけが設けられているが、本発明の方法によれば複数のアプリケーションＡＮｉによりデータパケットＤＰが伝送され、これは競合してタイムスロットをアクセスする。個々のデータストリームの伝送は、理論チャネルを介して行われる。
論理チャネルつまりはデータパケットＤＰも内部に存在する周期的に繰り返されるユニットを、フレームＲと称する。
図２には、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫがシンボリックに表されたそれらの機能ユニットによって表されている。
この場合、監視ユニットＵＷが設けられており、これによってデータ伝送システムＤＳにおけるそのつどの瞬時の状態が突き止められる。この目的で、個々の装置Ａ１，Ａ２からそのつど送信され受信されたデータ量すなわち送信され受信されたデータパケットＤＰが記録され登録される。各装置Ａ１，Ａ２はそれぞれ他方の装置Ａ１，Ａ２へ、送信されたデータパケットＤＰの個数が通報される。各装置Ａ１，Ａ２は通報されたそれらの値を、正しく受信されたデータパケットＤＰの個数と比較する。このようにして、両方の伝送装置における損失を簡単に求めることができる。
そしてこれらの値から伝送ユニットＵＥの状態の変化が短期間、中期間および長期間、記録されて記憶され、これによって伝送ユニットＵＥの詳細な監視が可能となる。
これらの情報は両方の通信パートナーにとって重要であるので、それらは伝送ユニットＵＥを介してデータパケットＤＰとして伝送される。それらには情報として、ビットエラーもデータパケット損失も含まれる。通常の有効データパケットのようにこれらのデータパケットＤＰも、伝送ユニットＵＥの影響を受けるので、それらのデータパケットＤＰの損失も監視され、通報される。測定および伝送は等時間間隔で行われ、これによってそれらのデータパケットＤＰが損失しても信頼性のある状態レポートが保証されるとはいえ、その監視のために過度に大きい帯域幅が必要とされる。
監視結果として監視ユニットＵＷはメカニズム選択ユニットＡＵＳへ、データパケット損失ｅf［１／データパケット］を通報する。
さらにメカニズム選択ユニットＡＵＳへ品質要求パラメータＱｏＳが供給される。メカニズム選択ユニットＡＵＳにより、個々の有効データセグメントＮＤＳにとって最適な有効データセグメントＮＤＳ／誤り訂正メカニズムの割り当てが決定され、ダイナミックに監視され、場合によっては更新される。
このことは、メカニズム選択ユニットＡＵＳから個々の訂正モジュールＫj（ｊ＝１，．．．，ｍ）にそれぞれ以下の量が供給されることにより行われる；
−伝送すべき有効データの長さ情報ｌｅｎ；
−データパケット損失ｅf；
−許可される最大ビット誤り率ｅA（図３参照）
訂正モジュールＫjは、データ伝送システムＤＳ全体に設けられているまえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合からの所定の誤り訂正メカニズムごとに、それぞれ設けられている。
個々の誤り訂正メカニズムについては、あとで詳しく説明する。
各訂正モジュールＫjは、個々の誤り訂正メカニズムにそれぞれ依存する少なくとも１つの選択パラメータを求める。この実施例ではそれらの選択パラメータは以下のとおりである：
−個々のアプリケーションＡＮｉにおけるすべての有効データセグメントＮＤＳの伝送に必要なデータパケットＤＰの平均数ｐmed；
−最大数ｐmax；
−個々の誤り訂正メカニズムの使用により生じたビット誤り率ｅb
メカニズム選択ユニットＡＵＳにより、境界条件に関して最適な誤り訂正メカニズムが選択され、アプリケーションＡＮｉの有効データセグメントＮＤＳが、符号化ユニットＣＥないしは復号ユニットＤＥにおけるマルチプレクサ／デマルチプレクサＭＵＸを介して供給される。
品質要求パラメータＱｏＳが絶対に遵守しなければならないとみなされているならば、アプリケーションＡＮｉの有効データセグメントＮＤＳの伝送は、以下の条件が満たされたときにしか提供できない：
ｅges＝ｅb≦ｅA
（全ビット誤り率≦要求される最大ビット誤り率）
品質要求パラメータＱｏＳに関してなんらかのばらつきが許されるアプリケーションＡＮｉの場合、アプリケーションＡＮｉににより品質要求パラメータＱｏＳに対して重み付けが割り当てられ、適応形誤り訂正モジュールＡＦＫに対し、たとえばリアルタイム動作あるいは伝送時の誤りのなさに対し多くの値がおかれているか否かが通報される。これにより、誤り訂正メカニズムのための選択手法がいっそうフレキシブルに構成されるし、たとえばあるシステムにおいてコストの理由から帯域幅の節約が最も重要なファクタであるべきような状況では、個々の判定基準についていっそうしっかりと留意することもできる。
とはいえデータ伝送システムＤＳはそのつど、要求される伝送サービスを提供することができるか否かを確認しなければならない。
要求と誤り訂正メカニズムによりもたらすことのできる品質を比較した場合、以下の３つの状況の発生する可能性がある：
１．メカニズム選択ユニットＡＵＳは適合する誤り訂正メカニズムを正確にみつけた。
２．要求されているすべての要求を１００％満たすことのできる誤り訂正メカニズムはない。
３．複数の誤り訂正メカニズムが所望の条件を満たしている。
１番目の状況が発生した場合、対応する誤り訂正メカニズムが選択され、以後の方法においてアプリケーションＡＮｉのために利用される。
２番目の状況が発生した場合、品質要求に関してアプリケーションＡＮｉにより削減を行わなければならないし、あるいはサービスを拒絶しなければならない。
３番目の状況が発生した場合、平均して最も好適であると思われ最も僅かな帯域幅しか必要としない訂正メカニズムが選び出される。この場合、帯域幅は、殊に移動無線において最も重要なものに属する判定基準である。
個々のパラメータの重み付けのやり方として、以下の３つのカテゴリーが用いられる：
−Ｍｕｓｔ
それらのサービス品質を提供しなければならない。
−Ｂｅｓｔ ｅｆｆｏｒｔ
それらの品質要求パラメータＱｏＳは強制されない。可能なかぎり満たすようにすべきである。
−ｏｔｈｅｒ
これらの間のそれ以外の値であって、これによれば種々の誤り訂正メカニズムを互いに数値的に評価することができる。
あとで詳しく説明する計算による評価のために、以下では”ｍｕｓｔ”に対し値１を割り当て、”ｂｅｓｔ”に対し値０を割り当て、０＜”ｏｔｈｅｒ”＜１と定義する。
品質要求パラメータＱｏＳについて、次のような重み付け値ｗb（ｂAについて）、ｗt（ｔAについて）、ｗe（ｅAについて）であるとする：
以下では、データパケット損失率ｅfから種々の誤り訂正メカニズムのビットエラー確率ｅbを求めるための規則が導出される。
この場合、長さｌｅｎビットの有効データを伝送するものとする。それらはｍ個の有効データセグメントＮＤＳに分けられる。ｍは、タイムスロットｆの所定の大きさと、有効データセグメントごとに挿入されたプロトコル情報の長さｈに依存し、これにより有効データのスペースが制約される。データパケットＤＰあたりの有効データのスペースはｕで表され、
ｕ＝ｆ−ｈ
により得られる。
したがって、必要とされるデータパケットＤＰの個数は、
計算に必要とされるデータパケットＤＰの損失に対する確率はｅfである。
単一伝送において、それぞれｕ個の有効データビットのｍ個のデータパケットＤＰがｅfのデータパケット損失確率で行われる。ビットエラー確率ｅbは、０〜ｍ個すべてのデータパケットの間の損失に関する確率の合計により次式に従って算出される：
多重伝送のビットエラー確率ｅbもそれ相応に算出される。各データパケットＤＰは多重に伝送されるので、それ相応に損失確率も増大して、
このように、誤り確率ｅbはいわゆるＭ−ｔｒｙ−ＡＲＱ方式で増大する。それというのも、各データパケットＤＰは１回、損失時にはさらにＭ回伝送されるからである。したがってビットエラー確率ｅbは、次式によって得られる：
さらに、個々の誤り訂正メカニズムについて、必要とされるデータパケットの平均個数ｐmedと最大個数ｐmaxが求められる。
単一伝送の場合、必要とされるデータパケットＤＰは平均でも最大でも等しい。メカニズム選択ユニットへ供給されるパラメータについて次式が得られる：
このため、必要とされるデータパケットＤＰの全体数は、
ｐmaxの間で変動し、つまり冗長セルがない場合と任意に多くの冗長セルがある場合の間である。
理想の場合、冗長性は正確に誤り率にマッピングされ、したがって十分であるにしても必要な冗長性は存在しないようになる。本発明による方法においてこのことが可能であるのは、リードソロモン方式は実際のデータパケット損失率と要求されたビット誤り率を受け取るからである。
ＸＯＲ−ＦＥＣ方式の場合、１つの冗長セルしか必要ない。しかしこの方式によれば、１つのデータパケットＤＰの損失だけしか補償できない。また、この方式は伝送反復なしで間に合わせているので、その全セル数は、
いわゆるSelective-Repaeat-ARQ方式の場合、伝送反復（Retransmission）の計算の速度が得られる。この場合、全二重伝送区間を対象としており、ブロッキングが発生せず、十分なバッファリングであれば遅延も発生しない。
すべての伝送誤りを検出できることを前提とすれば、この方式により特定不可能な期間において誤りのない伝送が行われることになる。この方式によって誤りのない伝送が保証され、このことは誤り率が劣化したときには伝送反復について著しく大きいコストがかかることを意味する。平均的に、伝送反復を含めたデータパケットの個数は、
バンドルされたＭーＴｒｙーＡＲＱ方式の場合、式
図４には、この方法全体の詳細なステップがフローチャートとして示されている。
最初のステップにおいて、適応形誤り訂正モジュールはアプリケーションＡＮｉから品質要求パラメータＱｏＳを受け取る（ステップ４０１）。
２番目のステップ４０２において、伝送システム全体に関する目下の実際の誤り率が突き止められる。
３番目のステップ４０３において、メカニズム選択ユニットＡＵＳは訂正モジュールＫjに対し先に挙げたパラメータについて問い合わせ、個々のパラメータをもつテーブルを求めて記憶する。
次のステップ４０４において、すべての品質要求の満たされている誤り訂正メカニズムが存在するかかがチェックされる。
これがあてはまる場合、次のステップ４０５において、すべての要求が１００％満たされる誤り訂正メカニズムが２つ以上存在しているかがチェックされる。これに該当しなければ選択ステップ４０６において、要求を満たしている誤り訂正メカニズムが選択される。要求を満たす複数の誤り訂正メカニズムが存在するならば第２の選択ステップ２０７において、最も僅かな所要帯域幅の誤り訂正メカニズムが選択される。個々の誤り訂正メカニズムに関して次のステップ４０８において、アプリケーションＡＮｉについて伝送のための相応のチャネルが予約される。チェックステップ４０９において再チェックされて予約が可能であれば、アプリケーションＡＮｉのための有効データセグメントＮＤＳが、符号化ユニットＣＥおよび伝送ユニットＯＥを利用して第２の装置Ａ２へ伝送される（ステップ４１０）。
予約が不可能であったり（ステップ４０９）あるいはすべての要求を１００％満たすことのできる誤り訂正メカニズムが存在しなければ（比較ステップ４０４参照）、個々の品質要求パラメータＱｏＳについて、それらを１つの誤り訂正メカニズムによって１００％満たすことができるかについてチェックされる（ステップ４１１）。
品質要求パラメータを充足することのできない誤り訂正方式はいずれも削除される（ステップ４１２）。
続くステップ４１３において、結果として生じたテーブルが空であるとされたならば、要求されたサービスすなわち要求された伝送は拒絶される（ステップ４１４）。
これに対しテーブルが空でなければ、重み付けと個々の品質要求パラメータの効果から、あとで説明するような数学的評価が行われる（ステップ４１５）。
ステップ４１５における評価は、品質要求パラメータに割り当てられた重み付け値と、誤り訂正メカニズムごとに実際にもたらされたサービス品質のベクトル乗算により行われる。このため、個々の誤り訂正メカニズムの結果のパラメータが品質要求パラメータＱｏＳと比較され、互いに正規化される。その際、個々のパラメータはｔａｎｈ関数を用いて［−１；＋１］の値の範囲に換算される。その結果、得られたいずれの値が要求された値よりも大きいかあるいは小さいかがわかるようになり、つまり対応する誤り訂正メカニズムが理想状態からどの程度隔たっているかを識別できるようになる。
この場合、理想状態は値０によって表され、−１は生じ得る最悪の値であり、＋１は最良の値である。
サービス品質の評価は、帯域幅に対する第１のパラメータｒｅｓbと、遅延に対する第２のパラメータｒｅｓtと、ビット誤り率に対するｒｅｓeにより行われる。
個々のパラメータｒｅｓb，ｒｅｓt，ｒｅｓeは、次式に従って求められる：
このようにして全部で３つのパラメータが同じ重みをもつことになり、つまりたとえばある誤り訂正メカニズムにより１０％過剰に充足されるならば、別の値を１０％低くすることでその過剰分を再びなくすことができ、これによりその誤り訂正メカニズムは、両方の値を正確に満たす別の方式と同レベルにおかれる。
式
Ｒ＝ｗb・ｒｅｓb＋ｗt・ｒｅｓt＋ｗe・ｒｅｓe
により得られる最も高い加数Ｒをもつものが、最も有効な誤り訂正メカニズムとみなされる。
上記の判定基準Ｒに応じた最も有効な誤り訂正メカニズムが選択され（ステップ４１６）、伝送に必要とされるチャネルが予約される（ステップ４１７）。
チェックステップ４１８において監視されて予約が可能であるならば、データパケットが符号化されて伝送される（ステップ４１９）。
予約が不可能であるならば、対応する誤り訂正メカニズムが格納されているテーブルから削除される（ステップ４２０）。
テーブルが空であるならば（チェックステップ４２１）、サービスが拒絶され（ステップ４２２）、有効データセグメントＮＤＳの伝送は行われない。
しかしテーブルが空でなければ、テーブルに格納されている最良の誤り訂正メカニズムが選択され、ステップ４１６に分岐する。
次に、上述の実施例に対するいくつかの代案について説明する。
本発明による方法は、たとえばＤＥＣＴ規格を用いた移動無線の分野などのディジタルデータの無線伝送に非常に適している。
とはいえ本発明による方法および装置は、あらゆるデータ伝送システムＤＳにおいても適用可能である。
また、本発明はＴＤＭＡの上述の方式に限定されるものではない。
たとえば遅延変動に関する要求などさらに別の品質要求パラメータも、本発明の枠内でそのまま考慮することができる。
実装によっては、伝送すべき個々の有効データセグメントＮＤＳにおいてアプリケーションＡＮｉが適応形誤り訂正モジュールＡＦＫへ品質要求パラメータＱｏＳをいっしょに与えなければならない場合もあり得るし、あるいは適応形誤り訂正モジュールＡＦＫが、品質要求パラメータＱｏｓと個々のアプリケーションＡＮｉとの対応づけを記憶する。第１の構成により、アプリケーションＡＮｉは伝送中であっても要求を変えることができ、このようにするならばアプリケーションＡＮｉを品質要求を変化させて適用できるようになる。
また、上述の重み付け構成はそこで説明したような重み付けに限定されるものではない。たとえば数値を用いて任意の重み付けを用いることも当然ながら可能である（所定の数値インターバル［ｘ，ｙ］内の値）。
正規化関数ｔａｎｈ（）を、他の任意の正規化関数に置き換えることができる。
本発明をいっそう明確にするため、以下で数値の実例を示す。この場合、テレビ電話アプリケーションによってＤＥＣＴ無線システムを介したビデオデータのリアルタイム転送が要求される。ＤＥＣＴ伝送システムは、それぞれタイムスロットｆごとに占有可能なｆ＝３２０ｂｉｔをもつ１２個のチャネルを有する。目下のデータパケット損失確率は、伝送すべき全有効データ長ｌｅｎ＝２４００においてｅf＝１０-3となる。
個々の品質要求パラメータＱｏＳについて以下の表にまとめられている。
これが要求された帯域幅よりも僅かであるならば、データパケットＤＰをパラレルに伝送する複数のチャネルｃを予約する必要がある。したがって最大伝送時間ｔiは、個々の誤り訂正メカニズムについて次式に従って求めることができる：
わかりやすくいうと本発明によれば、まえもって誤り訂正メカニズムの集合から所定の境界条件（品質要求、伝送システムの状態）を考慮して、それらの境界条件のもとで「最適な」誤り訂正メカニズムが選択され、データがその誤り訂正メカニズムを用いて符号化され伝送される。
本明細書において以下の刊行物を引用した：
［１］Lin，Costello，Error Control Coding，Fundamentals and Applications，Prentice-Hall，ISBN O-13-283796-X，1983
［２］A.S.Tannebaum，Computer-Netzwerke，2.Auflage，Wolframs Fachverlag，ISBN 3-925328-79-3，p.306-310，1992
［３］R．Braden，Resource Reservation Protocol，Internet-Draft，10.1996
Claims (24)
- まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する方法において、
少なくとも１つの状態パラメータを求め、
該状態パラメータを用いて、集合における各誤り訂正メカニズムについて少なくとも１つの選択パラメータを求め、
該選択パラメータを用いて、求められた状態パラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性を記述し、
誤り訂正メカニズムを選択し、
選択された誤り訂正メカニズムを用いて有効データセグメントを符号化することを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する方法。 - まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する方法において、
少なくとも１つのコネクションパラメータを求め、
該コネクションパラメータを用いて、集合における各誤り訂正メカニズムについて少なくとも１つの選択パラメータを求め、
該選択パラメータを用いて、求められたコネクションパラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性を記述し、
誤り訂正メカニズムを選択し、
選択された該誤り訂正メカニズムを用いて有効データセグメントを符号化することを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する方法。 - まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する方法において、
少なくとも１つの状態パラメータと少なくとも１つのコネクションパラメータを求め、
これらの状態パラメータとコネクションパラメータを用いて、誤り訂正メカニズムの集合における各誤り訂正メカニズムについて少なくとも１つの選択パラメータを求め、該選択パラメータを用いて、求められた状態パラメータまたはコネクションパラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性を記述し、
誤り訂正メカニズムを選択し、
選択された該誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントを符号化することを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する方法。 - 少なくとも２つの状態パラメータを求めて考慮する、請求項１または３記載の方法。
- 少なくとも２つのコネクションパラメータを求めて考慮する、請求項２〜４のいずれか１項記載の方法。
- 少なくとも２つの選択パラメータを求めて考慮する、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
- 誤り訂正メカニズムの集合は、
有効データセグメントの多重伝送ないし複数伝送、
自動再送要求、
誤り訂正、
自動再送要求と誤り訂正のハイブリッド、
のうちの少なくとも１つを有する、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。 - 少なくとも１つの状態パラメータは、
ディジタルデータの長さ情報または、
有効データセグメントの長さと制御情報の長さの和から得られ有効データセグメントに付加されるデータパケットサイズ、
のうち少なくとも１つのパラメータを有する、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。 - 少なくとも１つのコネクションパラメータは少なくとも１つのデータパケット損失を有する、請求項２〜８のいずれか１項記載の方法。
- 少なくとも１つの選択パラメータは、
ディジタルデータの伝送に必要とされるデータパケットの平均数、
ディジタルデータの伝送に必要とされるデータパケットの最大数、
またはビット誤り率、
のうち少なくとも１つのパラメータを有する、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。 - 少なくとも１つの選択パラメータを重み付ける、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
- ディジタルデータの無線伝送に使用する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
- まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する装置において、
少なくとも１つの状態パラメータを求める検出ユニットと、
各誤り訂正メカニズムごとに訂正モジュールが設けられており、該訂正モジュールにより状態パラメータを用いてそれぞれ少なくとも１つの選択パラメータが求められ、該選択パラメータにより、求められた状態パラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述され、
メカニズム選択ユニットが設けられており、該ユニットにより誤り訂正メカニズムが選択され、
符号化ユニットが設けられており、該符号化ユニットにより、選択された誤り訂正メカニズムを用いて有効データセグメントが符号化されることを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する装置。 - まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する装置において、
少なくとも１つのコネクションパラメータを求める検出ユニットが設けられており、
各誤り訂正メカニズムごとに訂正モジュールが設けられており、該訂正モジュールにより、コネクションパラメータを用いてそれぞれ少なくとも１つの選択パラメータが求められ、該選択パラメータにより、求められたコネクションパラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述され、
メカニズム選択ユニットが設けられており、該ユニットにより誤り選択メカニズムが選択され、
符号化ユニットが設けられており、該符号化ユニットにより、選択された誤り訂正メカニズムを用いて有効データセグメントが符号化されることを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する装置。 - まえもって定められた誤り訂正メカニズムの集合から選び出された誤り訂正メカニズムを用いて、有効データセグメントに分けられているディジタルデータを符号化する装置において、
少なくとも１つの状態パラメータと少なくとも１つのコネクションパラメータを求める検出ユニットが設けられており、
各誤り訂正メカニズムごとに訂正モジュールが設けられており、該訂正モジュールにより、状態パラメータとコネクションパラメータを用いてそれぞれ少なくとも１つの選択パラメータが求められ、該選択パラメータにより、求められた状態パラメータとコネクションパラメータに関して個々の誤り訂正メカニズムの特性が記述され、
メカニズム選択ユニットが設けられており、該ユニットにより誤り訂正メカニズムが選択され、
符号化ユニットが設けられており、該符号化ユニットにより、選択された誤り訂正メカニズムを用いて有効データセグメントが符号化されることを特徴とする、
ディジタルデータを符号化する装置。 - 前記検出ユニットは少なくとも２つの状態パラメータを求めて考慮する、請求項１３〜１７のいずれか１項記載の装置。
- 前記検出ユニットは少なくとも２つのコネクションパラメータを求めて考慮する、請求項１４または１５記載の装置。
- 前記メカニズム選択ユニットは少なくとも２つの選択パラメータを求めて考慮する、請求項１３〜１７のいずれか１項記載の装置。
- 誤り訂正メカニズムの集合は、
有効データセグメントの多重伝送ないし複数伝送、
自動再送要求、
誤り訂正、
自動再送要求と誤り訂正のハイブリッド、
のうちの少なくとも１つを有する、請求項１３〜１８のいずれか１項記載の装置。 - 少なくとも１つの状態パラメータは、
ディジタルデータの長さ情報または、
有効データセグメントの長さと制御情報の長さの和から得られ有効データセグメントに付加されるデータパケットサイズ、
のうち少なくとも１つのパラメータを有する、請求項１３〜１９のいずれか１項記載の装置。 - 少なくとも１つのコネクションパラメータは少なくとも１つのデータパケット損失を有する、請求項１４〜２０のいずれか１項記載の装置。
- 少なくとも１つの選択パラメータは、
ディジタルデータの伝送に必要とされるデータパケットの平均数、
ディジタルデータの伝送に必要とされるデータパケットの最大数、
またはビット誤り率、
のうち少なくとも１つのパラメータを有する、請求項１３〜２１のいずれか１項記載の装置。 - 前記メカニズム選択ユニットは少なくとも１つの選択パラメータを重み付ける、請求項１３〜２２のいずれか１項記載の装置。
- 請求項１３〜２３のいずれか１項記載の装置を備えた無線通信システム。
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