JP3845083B2 - Ａｍｒ信号フレームをハーフレートチャネル上で伝送する方法およびシステム - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は一般的に信号情報の伝達に関する。特に、本発明は変調スキームを用いたGERAN(GSM/EDGE Radio Access Network:GSM/EDGE無線アクセスネットワーク)ハーフレートチャネルにおける信号フレームの伝達に関する。

発明の背景
最近の移動通信技術は、増加した帯域幅、および、より高速なデータレートへと発展している。GSM(Global System for Mobile Communications:移動通信用グローバルシステム)は、これまでで最も成功した通信技術のひとつである。しかし、GSMの比較的遅い通信速度が、小売市場に対する良いサービスを生み出すための障害となってきたので、移動通信のための新しい、より高速な技術の開発に多くの努力が注がれてきている。そのような例のひとつはEDGE(Enhanced Data rates GSM Evolution:GSM進化型高速データ伝送)である。EDGEの規格はヨーロッパ電気通信規格研究所(European Telecommunications Standard Institute)で1997年に完成した。

GSM/EDGE無線アクセスネットワーク(GERAN)に関しては、いくつかの乗り越えるべき新たな難関がある。チャネル符号化を変えることによってデータレートの高速化の一部は達成される。TDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)方式での通信はタイムフレームで行われる。フレームをタイムスロットに分割することによってユーザ間で各フレームを共有することができる。従って、TDMAタイムフレームは、情報を1箇所から他所へ物理的に伝送するのに使われる物理チャネルを含む。物理チャネルのコンテンツは論理チャネルを形成し、論理チャネルはトラフィックおよびコントロールチャネルに分割できる。コントロールチャネルはさらに専用および共有チャネルに分割できる。専用チャネルはネットワークと移動局(MS)間のトラフィックおよびシグナリングに用いられるのに対し、共有チャネルは様々な情報をMSに同報通信したり、移動交換局/ビジター位置レジスタ(MSC/VLR)とMS間でシグナリングチャネルを設定するのに用いられる。無線伝送路にわたりMSと無線基地局(BTS)、基地局制御装置、およびMSC/VLR間の対話を簡易化するために様々なタイプのシグナリングチャネルが用いられる。論理チャネルは、技術仕様書3GPP TS 45.002(無線経路上のGERAN多重化および多重アクセス)に記載されているように、物理チャネルの上位に位置づけられる。

GSMシステムにおいて、用いられる変調方法はガウス最小偏移変調(GMSK)として知られる位相変調である。GMSKでは、トゥルービットの位相が90°偏移し、反面フォールスビットの位相は偏移しない。EDGEのデータレートの増加とともに、8個の偏位値をとることが可能な8相位相変調方式(8-PSK)が新たに導入されている(3GPP TS 45.004)。各偏移値は3ビットからなる所定のシンボルに対応している。

GSMで使用される2種類の音声トラフィックチャネルは、フルレートGMSKトラフィックチャネル(TCH/F)およびハーフレートGMSKトラフィックチャネル(TCH/H)である。TCH/Fチャネルでは、通常使われる音声コーデックはフルレート(FR)および拡張フルレート(EFR)コーデックである。EFR音声符号化器は最高品質の音声を提供する。TCH/Hチャネルでは通常、消費帯域幅がFR符号化器に比べて少ないハーフレート符号化器が使用される。従って、HR符号化器は、フルレート音声トラフィックチャネル上のFR符号化器に比べて、ハーフレート音声トラフィックチャネル上で倍の加入者数を扱うのに使用される。

より高品質の音声を得るために、新たに適応マルチレート(AMR)符号化器が導入されている(1998年リリース)。さらに、8-PSK(O-TCH/H)を利用したTCH/H上へのAMRの導入が検討されている。しかし、このようなトラフィックチャネル(O-TCH/H)用に規定されるAMR信号フレームにはいかなるチャネル符号化も存在しない。AMR信号フレームを、表1に掲載する。

AMR信号フレーム用のGMSKとトラフィック用の8-PSKは、ONSET信号メッセージ等のいくつかの信号フレーム音声と同じバーストを共有するため、同時に使うことができない。

8-PSK変調(O-TCH/H)を用いた新しいハーフレートチャネルは、同じAMR信号フレームを必要とするため、このようなフレームのためのチャネル符号化を導入しなければならない。この問題の直接的な解決方法を図1を参照して説明する。図中の、データフローを示す矢印の下部の数字は、システムに使用されるビットブロックに含まれるビットの数を表す。読者は、3GPP TS 45.003のバージョン5.1.0(GSM/EDGE 無線アクセスネットワーク;チャネル符号化)文書および後述する様々なメッセージに関する資料を参照されたい。

システムの重要な部分は図1A中のチャネル符号化器100である。通常、伝送されるブロックは、2ビットからなるインバンドデータ101を含んでいる。これらのビットは、あらかじめ規定された符号語を用いて符号化ブロック102で符号化されるが、それは予約されたブロック長に対応させるため48ビットの長さでなければならない。時として、伝送されるビットは9から11ビットの列からなる識別マーカ列103をさらに含んでいる。RATSCCH_MARKERには11ビットが使われ、全体で636ビットの正しいブロック長を得るために、繰り返しブロック104で58回繰り返すことが必要である。他のAMR信号フレームには、繰り返しブロック104で71回繰り返すことが必要である。不連続伝送(DTX)期間の間、背景雑音(Comfort Noise)パラメータを搬送するSID_UPDATEAMR信号フレームおよびRATSCCH_DATA AMR信号フレームには、背景雑音パラメータ105をさらに符号化しなければならない。伝送エラーから背景雑音を保護するために、周期的冗長検査が検査ブロック106で行われる。このチェックサム(14ビット)が背景雑音パラメータに追加され(全体で49ビット)、この結果が畳込み符号化ブロック107を介して送り込まれ、ブロック長が636ビットに増加する。

チャネル符号化器100から来る全ての信号は多重化ブロック108で多重化される。ブロック内に送られるビットの総数は、AMR信号フレームによって684ビットまたは1368ビットのいずれかになる。AMR信号フレームはマッピングブロック109で8-PSKシンボルにマップされ、8-PSKシンボルはブロックのサイズを228または456シンボルに変更する。信号フレームによるシンボルは、インターリービングブロック110で、例えば音声フレームの場合がある他のフレームからのブロックと共にインターリーブされる。インターリーブの後、バースト形成ブロックでバーストが形成され、変調ブロック112で変調され、伝送ブロック113に送られる。

図1Bにおいて、信号は受信ブロック129で受信された後、復調ブロック130で復調されなければならない。元のバーストのコンテンツは回復ブロック131で回復される。バーストはインターリーブされたシンボルから成っているので、最初にデインターリーブブロック132を介して送信され、変換ブロック133でビットに戻る。チャネル復号化器120にメッセージが送られる前に、そのシグナリングは分離ブロック134で分離されるため、インバンドデータ部136は符号語復号ブロック135で、識別マーカ列138は識別マーカ復号ブロック137で復号される。AMR信号フレームが背景雑音パラメータを含んでいる場合、背景雑音パラメータは対応する復号ブロック139で復号され、CRCビットは検証ブロック140で検証される。この後にのみ背景雑音パラメータ141が得られる。

上記解決法の欠点は、ハイレート畳込み符号およびハイレートブロック符号の両方が要求されることである。畳込み符号化器107は49ビットの列を636ビットに符号化し、ブロック符号化器102は2ビットから48ビットに符号化する。逆に、畳込み復号化器139は636ビットを49ビットに復号し、符号語復号化器135は48ビットを2ビットに復号する。これらの所謂高速レート変換は、開発コストが増大し、ネットワーク要素および端末内により大きな符号化テーブルを要求するので、望ましくない。高速レート変換はまた、演算が重く、多くのメモリを消費する。

背景雑音に関する畳込み符号化器107のレートは12分の1で、GMSKの4分の1よりも厳しい。拘束長も、音声に対して行われるように、k=5からK=7に増加し、多項式G4-G7が使用される。関心のある読者は多項式の記述および3GPP TS 45.003のバージョン5.1.0(GERANチャネル符号化)が文書中の拘束長に気が付くであろう。上記のように、より短い9ビット列の認識マーカは71回繰り返される。

本発明の目的は、上記欠点を解決することであり、独立請求項に記載されたAMR信号フレームの処理方法およびシステムを用いて達成される。

発明の要約
異なる変調のチャネルのために開発された既存のチャネル符号化を利用できるようにし、ハイレートな畳込みおよびブロック符号化を避けるために、チャネルの符号化は、ひとつのシンボル中にいくつかのビットを運ぶ変調スキームを用いるチャネルのための新しい方法で行わなければならない。本発明は、特に先に述べた8-PSK変調方法を用いたトラフィックチャネルのためにこのような新しいメカニズムを提供する。ひとつのシンボル中にいくつかのビットを運ぶ変調スキームを用いると、可能な変調状態が2ⁿの場合、nビットでひとつのシンボルとともに表すことができる。

本発明の構想は、ビットの繰り返しを用いることにより、8-PSKを用いてGERANハーフレート上でAMR信号フレームを送信する場合、既存のチャネル符号化器および対応するGMSKチャネルの使用に規定されるインターリーバを用いられるようにすることにある。

従って、すでに規格化されているGMSKチャネルと同一の符号化の課程がAMR信号フレームにも用いることができる。本発明の方法では、上記規格化された符号化課程によって符号化されたmビットの各ブロックにおいて、各ビットc(i)が最初に3回繰り返される{c'(3)i-1)+1),c'(3(i-1)+2),c'(3(i-1)+3)}。これらの3ビットはひとつのシンボルC(i)に変換される。全てのmシグナリングビットを変換した後、もたらされたシンボルC(1),...C(m)がインターリーブされる。インターリーブの後、シンボルは変調され送信される。

受信側では、信号は復調される。受信したシンボル{C(1),C(2),C(3)}がデインターリーブされ、その後、シンボルC(i)は3つのビット{c'(3)i-1)+1),c'(3(i-1)+2),c'(3(i-1)+3)}に変換される。3つのマルチプルビット列は元のビットc(i)に変換される。c(i)のソフト値は、受信した3重ビット列のソフト値を組み合わせて計算される。

発明の詳細な説明
図2Aは、本発明のシステムの伝送側を示す。対応するGMSKチャネルに規定される従来のチャネル符号化器ブロック21から送られた各ビットc(i)は、ひとつのシンボルで運ばれるビットの数に対応するために、繰り返しブロック22でn回繰り返される。nの値は、使用する変調アルゴリズムにより、8-PSKの場合はn=3となる。c(i)に基づいて生成されたnビット{c'(3)i-1)n+1),...,c'(3(i-1)n+n)}は、変換ブロック23でシンボルC(i)に変換される。シンボルは、対応するGMSKチャネルにすでに規定されたインターリーバ24を用いてインターリーブされる。ひとつのビットを直接ひとつのシンボル上にマップするのではなく、最初に繰り返すことが重要であり、変調によって、ビットがシンボル上にマークされる毎にコンステレーション上で回転が起こる場合がある。例えば、8-PSKシンボルはパルス形成の前に、シンボルあたり3π/8ラジアン連続して回転する。

本システムの受信側は、図2Bに示すように、送信側の逆である。受信したシンボルC(i)は対応するGMSKチャネルに規定された周知のデインターリーバ25でデインターリーブされる。この後、通常のシンボルを用いて変換ブロック26のビット変換にnビット列c'(3)i-1)n+1),...,c'(3(i-1)n+n)}を得る。nビット列は結合ブロック27で結合されて元のビット値(c)iに相当するビット値を形成する。好ましくは、受信したn重のビット列のソフト値を組み合わせて形成される。この方法では、ビット列は1ビットに減り、チャネル復号化器28に送られる準備ができる。チャネル復号化器28は、相当するGMSKチャネルに規定されたものと実質的に同じである。

以下では、HR AMR音声トラフィックチャネル(O-TCH/AHS)8-PSKのAMR信号フレームに関する本発明の用途を述べる。送信側では(図3A)、送信されるインバンドデータ301が、チャネル符号化器部300の符号化器ブロック302で符号化される。識別マーカ列303は繰り返しブロック304で繰り返される。背景雑音505は、信号フレームに含まれていれば、演算ブロック306でCRCが演算され、そしてもたらされたビット列が相当する符号化ブロック307畳込み符号化される。ブロック304、305および307は相当するGMSKチャネルにすでに規格化されているそれぞれのブロックと一致する(3GPP TS 45.003 GERANチャネル符号化参照)。本発明による解決法によって、例えば従来のTCH/AHS16ビット符号語に対応するために、符号語ブロック302が選択される。従って、チャネル符号化器300内のテーブルはハイレートな符号をもはや必要とせず、よって、メモリを節約できる。本発明の他の利点は、既存の符号語が選択された場合、ネットワーク要素および端末装置で、少しの変更しか必要としないことである。認証マーカ303の9ビットの数列71回もの繰り返しを必要とせず24回でよく、AMR信号フレームRATSCCHは、認証マーカ303の11ビット列は20回のみの繰り返ししか必要としない。背景雑音パラメータ305は符号化器ブロック307で短い符号で畳込み符号化され、212ビットになる。これはコンピュータ的に安価であり、メモリを節約する。畳込み符号化器ブロック307および符号化器ブロック302は、すでに相当するGMSKチャネルに規格化された符号化器ブロックに一致しているため、畳込み符号化器のレートは4分の1になる。拘束長の値はk=5が、同様に多項式はG1、G2およびG3が用いられる。

多重化ブロック308は上述した解決方法と同様に機能する。繰り返し部309では、本発明をOTCH/Hにあてはめた場合、AMR信号フレームに入手可能な帯域幅は3倍になる(228ビットから684ビットに、または456ビットから1368ビットに伸びる)。従って、各ビットは3回繰り返され、ビットc(i)は、3連ビット{c'(3(i-1)+1),c'(3(i-1)+2),c'(3(i-1)+3)}にマップされる。繰り返しによってAMR信号フレームのブロック長の正確さが確実になる。全てのビットが繰り返されると、3GPP TS 45.004(GERAN変調)の表1に従って、3連ビットは8-PSKシンボルC(i)までをマッピングブロック310にマップする。

シンボルは、他のシンボルと共にインターリービングブロック311でインターリーブされ、形成ブロック312でバーストが形成される。バーストは、変調ブロック313で変調された後、送信ブロック314によって送信される。

受信側(図3B)では、受信した信号320は最初に復調ブロック321で復調される。元のバーストの内容は回復ブロック322で回復され、デインターリービングブロック323でデインターリーブされる。この段階では、信号はシンボルC(i)であり、3連ビット{c'(3(i-1)+1),c'(3(i-1)+2),c'(3(i-1)+3)}に変換される必要がある。変換は通常8-PSK変換テーブルを用いて行われる。トリプレットは1ビットに対応するように結合ブロック325で結合される。推定ソフト値c(i)は、例えば、c(i)=0.4*c'(3(i-1)+1)+0.4*c'(3(i-1)+2)+0.4*c'(3(i-1)+3)のような、受信した3連ビットのソフト値を結合することによって決定される。

ビットを結合したソフト値c(i)は、チャネル復号化器340で処理される前に、復調ブロック326で復調される。インバンドデータ328は復号ブロック327で符号語テーブルを用いて復号され、一方識別マーカ列330は認識マーカ復号部212で復号される。背景雑音333がある場合は、復号ブロック331の分離器326から来たビット列を畳込み復号し、検査ブロック332でCRCを検査した後に得る。同様に、復号化器340およびデインターリービングブロック323は、TCH/AHSトラフィックチャネルに使用されるものと同じである。

本発明は添付した図面に示された例を参照して上記のように説明されたが、本発明がこれらに限定されるものではなく、当業者によって本発明の範囲と精神から逸脱することなく修正・変更することができることは明らかである。例えば、本発明を実行するのに、16-PSKのような他の適した変調スキームを選択することもできる。

AMR信号フレームをGERANハーフレートチャネル上で通信するための直接的な解決方法を示す図である。 本発明の方法を示す図である。 本発明のシステムを示す図である。

Claims (5)

1. GERANハーフレートチャネル上で、ひとつのシンボルでnビット(n≧2)を搬送する変調スキームを用いて送信されるべきAMR信号フレームの処理システムであって、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネル用の、符号化手段に対し互換性があり、符号化されたビットストリームを出力する符号化手段(300)と、
   前記符号化手段に応答して、符号化されたビットストリームの各ビットをn回繰り返すことによって繰り返されたビットストリームを得るための繰り返し手段(309)と、
   前記繰り返し手段に応答して、上記繰り返されたビットストリームから送信すべきシンボルを形成するためのシンボル形成手段(310)と、を備える送信されるべきAMR信号フレームの処理システム。
2. GERANハーフレートチャネル上で、ひとつのシンボルでnビット(n≧2)を搬送する変調スキームを用いて、受信されるAMR信号フレームの処理システムであって、
   受信したシンボルストリームを第1のビットストリームに変換する変換手段(324)と、
   前記第1のビットストリームを、各ブロックがnビットからなる連続したブロックに断片化し、各ブロックを1ビットに変換することによって第2のビットストリームを得る処理手段(325)と、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネル用の復号手段に対し互換性があり、上記第2のビットストリームを復号する復号手段(340)と、を備える、受信されるAMR信号フレームの処理システム。
3. GERANハーフレートチャネル上で、ひとつのシンボルでnビット(n≧2)を搬送する変調スキームを用いて、送信されるべきAMR信号フレームの処理方法であって、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネルに対して規定された、符号化された出力ストリームを出力する符号化処理を用いてAMR信号フレームを符号化し、
   前記符号化に応答して、符号化された、出力ストリームの各ビットをn回繰り返すことによって繰り返しビットストリームを取得し、
   前記繰り返しビットストリームから送信するシンボルを作成する、というステップを備える、送信されるべきAMR信号フレームの処理方法。
4. GERANハーフレートチャネル上で、ひとつのシンボルでnビット(n≧2)を搬送する変調スキームを用いて受信されるべきAMR信号フレームの処理方法であって、
   受信したシンボルストリームを第1のビットストリームに変換し、
   上記第1のビットストリームを、各ブロックがnビットからなる連続したブロックに断片化し、
   各ブロックを1ビットに変換し、これにより第2のビットストリームを取得し、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネルに対して規定された符号化手続に準拠し、上記第2のビットストリームを復号するステップと、を備える、受信されるべきAMR信号のフレーム処理方法。
5. GERANハーフレートチャネル上で、ひとつのシンボルでnビット(n≧2)を搬送する変調スキームを用いてAMR信号フレームを送信するシステムであって、
   送信側には、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネルに対して規定される符号化手段に対して互換性があり、符号化されたビットストリームを出力する符号化手段(300)と、
   符号化手段に応答して、符号化されたビットストリームの各ビットをn回繰り返すことによって繰り返されたビットストリームを得るための繰り返し手段(309)と、
   繰り返し手段に応答して、上記繰り返されたビットストリームから送信されるシンボルを形成するためのシンボル形成手段(310)と、を備え、
   受信側には、
   受信したシンボルストリームを第1のビットストリームに変換する変換手段(324)と、
   第1のビットストリームを、各ブロックがnビットからなる連続したブロックに断片化し、各ブロックを1ビットに変換することによって第2のビットストリームを得る処理手段(325)と、
   GMSK変調スキームを用いたGSMハーフレートチャネルに対して規定された復号手段に互換性があり、上記第2のビットストリームを復号する復号手段(340)と、を備える、AMR信号フレームを送信するシステム。

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