JP4011624B2 - 同期を保持しないチャンネル上でのビット総数保全性および同期データ転送を提供する方法および装置 - Google Patents
同期を保持しないチャンネル上でのビット総数保全性および同期データ転送を提供する方法および装置 Download PDFInfo
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Description
発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は、一般にデータ転送通信システム、より詳細には、データストリームの同期特性を保持しない媒体を介しての同期データストリームの転送に関するものである。
II．関連技術の説明
無線電話通信システムでは、多数のユーザーは、他の無線電話システムおよび有線電話システムに接続するために無線チャンネルを介して通信する。無線チャンネルを介する通信はいろいろの多元接続技術の中の１つであり得る。これらの多元接続技術は、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）と、周波数分割多元接続方式（ＦＤＭＡ）と、符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）とを含んでいる。ＣＤＭＡ技術は多数の長所を有する。典型的ＣＤＭＡシステムは、本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれている、Ｋ．Ｇｉｈｏｕｓｅｎらの１９９０年２月１３日に発行された名称が「衛星中継器あるいは地上中継器を使用するスペクトル拡散マルチアクセス通信システム」の米国特許第４，９０１，３０７号に記載されている。
今述べた特許では、各々がトランシーバを有する多数の移動電話システムユーザーがＣＤＭＡスペクトル拡散通信信号を使用して衛星中継器あるいは地上基地局を通して通信するマルチアクセス技術が開示されている。ＣＤＭＡ通信を使用する時に、周波数スペクトルは、システムユーザー容量を増加できるように何度も再使用できる。
ＣＤＭＡセルラシステムでは、各基地局は、限られた地理的な領域に有効範囲を提供し、その有効範囲領域の遠隔ユニットをセルラシステムのスイッチを介して公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）に結合する。遠隔ユニットが新しい基地局の有効範囲領域に移動する場合、このユーザーの呼び出しの経路選択が新しい基地局に転送される。基地局−遠隔ユニット信号伝送パスは順方向リンクと呼ばれ、遠隔ユニット−基地局伝送パスは逆方向リンクと呼ばれる。
典型的な無線電話通信システムでは、遠隔ユニット送信機は、音声情報を可変レートフォーマットで符号化するボコーディングシステムを使用できる。例えば、データレートは、音声活動の休止により低下されてもよい。より低いデータレートは、遠隔ユニット伝送によって引き起こされる他のユーザーへの干渉のレベルを減少させる。受信機で、あるいは特に受信機に関連して、ボコーディングシステムは音声情報を再構成するために使用される。音声情報に加えて、非音声情報だけあるいは２つの混合が遠隔ユニットによって伝送できる。
遠隔ユニットが伝送のためにそれ自体のデータを発生する場合、内部ボコーダは、２０ミリ秒（ｍｓ）のフレーム中の音声活動に基づいて、４つの異なるレート、例えば約８，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、４，０００ｂｐｓ、２，０００ｂｐｓおよび１，０００ｂｐｓの音声情報符号化データのデジタルサンプルから生成する。ボコーダデータの各フレームは、９，６００ｂｐｓ、４，８００ｂｐｓ、２，４００ｂｐｓ、および１，２００ｂｐｓのデータフレームとしてオーバヘッドビットと共にフォーマット化される。９，６００ｂｐｓのフレームに対応する最高レートのデータフレームは「フルレート」フレームといわれ、４，８００ｂｐｓのデータフレームは「１／２レート」フレームといわれ、２，４００ｂｐｓのデータフレームは「１／４レート」フレームといわれ、１，２００ｂｐｓのデータフレームは「１／８レート」フレームといわれる。符号化処理あるいはフレームフォーマット化処理のいずれでも、レート情報はデータに含まれない。この環境での応用に適するボコーダは、１９９５年５月９日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された名称が「可変速度ボコーダ」の米国特許第５，４１４，７９６号に記載されている。遠隔ユニットが端末装置ユニットのような外部ソースからデータを受信する場合、遠隔ユニットは、この可変速度フレームフォーマットのデータを処理し続ける。
最初のセルラ電話スペクトルライセンスが政府によって発行されるとき、スペクトルの使用の制限の中の１つが、キャリアがディスパッチングシステムサービスを提供できないことであった。しかしながら、ＣＤＭＡシステムの多数の長所および専用ディスパッチシステムの配置および保守の問題のために、政府はこの問題を再審査する。政府そのものはこのようなサービスから大いに利益を得る。
典型的な無線電話サービスおよび有線電話サービスは１対１の（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）サービスを提供するのに対して、ディスパッチサービスは１対多数のサービスを提供する。ディスパッチサービスの共通の使用はローカル警察無線システム、タクシーディスパッチシステム、連邦秘密情報作戦局通信システムおよび全軍事通信システムである。
ディスパッチシステムの基本モデルはユーザーの放送ネットからなる。各放送ネットユーザーは、共通の放送順方向リンク信号を監視する。ネットユーザーが通信することを望むならば、ユーザーはプッシュ・ツー・トーク（ＰＴＴ）ボタンを押す。典型的には、通信のユーザー音声は放送順方向リンクを介して逆方向リンクから経路選択される。理想的には、ディスパッチシステムは、システムへの地上通信線および無線アクセスを可能にする。
政府機関がディスパッチサービスを使用することを望むならば、ＣＤＭＡ波形によって提供される固有のプライバシに加えて、この機関は、更なる妨害の防止のための暗号機構を使用することを望むことができる。暗号機構は、一般的に内部で発生されたクロックに基づいて作動され、一定の速度でデータを発生する。暗号機構を無線システムと併用するために、暗号機構のデータ速度、クロックおよびビット総数保全性要求が受容されねばならない。
発明の概要
本発明は、ビット総数保全性及び低遅延を必要とする一定レートビット・ストリームをサービスする透過無線リンク・プロトコルを適合化するための効率的バッファリング方式である。端末装置は一定レートビット・ストリームを提供する。可変レートの、フレームに基づいた非エラー・フリー・プロトコルを使用して一定レートビット・ストリームを宛先へ運ぶために、無線リンクが使用される。受信端では、一定レートビット・ストリームは、ビット総数保全性が維持されるように再構成されなければならない。バッファリング・システムは、音声サービス・シスデムの必要性と一致した最小固定遅延を生じるものでなければならない。
これらの要件を達成するために、各フレームに長さ領域（field）が付加される。長さ領域それ自体は、リンクの全体的ビット搬送能力に対する長さ領域のインパクトを最小にするために、少数のビットから成らなければならない。長さ領域は、対応するデータ・フレームのサイズに比例して増加されるモデュロ値である。もしフレームが消去されると、そのフレームに含まれるビットの数は、受け取られた次の非消去フレームの長さ領域に基づいて決定されることができる。受信局では、待ち行列がフレーム・データを受け取り、一定レートビット・ストリームを発生する。消去が受信されると、消去されたフレームに含まれていたかもしれないビットの最大数に等しくなるまで、或る数の充填ビットが待ち行列へ付加される。これらの充填ビットは、待ち行列によって直ちに使用することができる。次の非消去フレームが受け取られたとき、もし消去フレームがビットの最大数よりも少ないビットを含んでいたことが決定されると、余分のビットは、次の非消去フレームに含まれるデータによって上書きされる。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的、及び利点は下記に記載される詳細な説明を図面と組み合わせて参照するとき更に明らかとなるであろう。ここで、
図１は典型的なディスパッチ・システムを示し、
図２は遠隔ユニットと地上線電話の間の１対１の安全な（ｓｅｃｕｒｅ）音声接続を示し、
図３は透過無線リンク・プロトコルの適応層を有するプロトコル・スタックを示し、
図４は一定速度ビット・ストリームを発生するため透過無線リンク・プロトコルの出力をバッファする適合層待ち行列を示し、
図５は図４に示される線形バッファの代替の実施形態である。
好ましい実施例の説明
図１に代表的なディスパッチ（ｄｉｓｐａｔｃｈ）システムを示す。好ましい実施例で遠隔ユニット１０、２０、２２および２４はディスパッチユニットと１対１の電話の両方に機能することがある。図１で、遠隔ユニット１０は現在活動しているトーカ（ｔａｌｋｅｒ）であり、遠隔ユニット２０、２２および２４は現在受動的なリスナ（ｌｉｓｔｅｎｅｒｓ）である。基地局３０、３２および３４は遠隔ユニット１０、２０、２２および２４への放送順方向リンクチャネルを提供する。基地局３０は動作している遠隔ユニットから逆方向リンク信号を受けてもいる。移動機交換センタ（ＭＳＣ）３８は基地局へと基地局からの制御信号を調整する。好ましい実施例で、その制御信号は一般に簡単にＩＳ−９５といわれる、「デュアルモード広域拡散スペクトラムセルラシステムのための移動局−基地局互換性標準」（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｓｔａｎｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５に従い、遠隔ユニットは移動局といわれる。通信マネージャー４０は、２個の遠隔ユニットがプッシュ・ツー・トーク（ＰＴＴ）−ボタンを同時に押した場合、要求に優先権を与えるように放送網を制御する。
好ましい実施例は暗号化した音声システムを１対１またはディスパッチ無線ＣＤＭＡシステムに結合するのに使用するようにこの発明を図示しているが、一般的な原理はデジタル環境のさまざまなところに応用できる。たとえば、同じ原理は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）または他のデジタル送信技術を使って展開されるシステムに適用することができる。そのデジタル・データはＦＡＸまたはコンピュータ・データにすることができる。一般に、この発明は、信号の同期性を保たない媒体を経由して送信される、どのような同期データ・ストリームにも広く適用できる。そのようなシステムの数例は同期フレーム・フォーマット・ビデオ送信システム、同期ベアラ（等時システム）サービスによって運ばれるパケットデータバースト（ｂｕｒｓｔ）、コネクションオリエンテッドな（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔｅｄ）同期転送を介して非同期転送モード（ＡＴＭ）により運ばれる多重化された音声とデータのトラフィックである。
図２はこの発明の典型的な実施例を示す。図２は、遠隔ユニットと地上線電話の間の１対１の安全な音声接続に関して記述している。同じ技術は２個の遠隔ユニット間の１対１の接続へ直接適用すること、またはディスパッチシステムへ直接適用することができる。遠隔ユニット１１０はクリプトランプ（Ｃｒｙｐｔｏ Ｌｕｍｐ）（クランプ（ｃｌｕｍｐ））１００を備えている。クランプ１００は遠隔ユニット１１０へデータ・ビットの安定した流れを供給する。クランプ１００の中で、クロック１０２は周波数ｆ1で動作する独立したクロックを生成する。クロック１０２は周波数ｆ2で動作しているＣＤＭＡクロックおよび周波数ｆ3で動作しているＰＳＴＮクロックに対してドリフトすることがある。クロック１０２はボコーダ１０４を駆動するのに使用し、スピーカとマイクロフォン１０８で受けた音声信号を符号化する。ボコーダ１０４の出力は暗号化と解読１０６を駆動するのに使用される。暗号化と解読１０６の出力は遠隔ユニット１１０への入力である。暗号化と解読１０６の出力は代表的に安全な音声であるが、遠隔ユニット１１０、基地局１１８および網間接続機能１２４を備えるＣＤＭＡ接続はそれが標準デジタル機器ターミナル・ユニットからのデータ出力であるかのようにそのデータで動作する。スピーカとマイクロフォン１０８はクランプ１００の内にあるように示しているが、遠隔ユニット内にある場合がある。このような場合、クランプ１００と遠隔ユニット１１０間のオーディオ信号接続が必要である。
暗号化と解読処理の１つの態様は、データの安定した流れが暗号化の最後で生成され、解読処理が有効に働くために、データの安定した流れが解読の最後で再生成されなければならないことである。その解読処理は入力データの誤りを許容でき、有効な結果を供給でき、したがって誤りのないリンクは必要としない。その重要な状況は、暗号化処理から出るのと同様に、解読処理に行くビットが互いに同時配列（ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を有しなければならないことである。データの１ビットが失われているだけで、解読処理は有効なデータというより、屑を生成する。データ・ビットの安定な流れを供給する処理は同期化と呼ばれる。暗号化処理を出るのと等しい数のビットを解読処理へ供給する処理はビット総数保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の維持と呼ばれる。
図２に戻って、クランプ１００は暗号化されたデータ・ビットの安定な流れを生成している。このような暗号化されたデータは代表的に、４８００ビット／秒で生成される。クランプ１００からのビット出力の安定な流れに対照的に、遠隔ユニット１１０はＩＳ−９５にしたがって可変レート・フレーム・データを生成する。ＩＳ−９５にしたがって、遠隔ユニット１１０は２０ミリ秒（ｍｓ）のデータのフレームを生成する。データのフレームは４個の異なるレート、約８，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、４，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、２，０００ビット／秒（ｂｐｓ）および１，０００ビット／秒（ｂｐｓ）の１つを取ることができるが、それはデータが生成され、受信されるレートに依存する。各フレーム・データは９，６００ｂｐｓ、４，８００ｂ、ｐｓ、２，４００ｂｐｓおよび１，２００ｂｐｓのデータフレームとしてオーバヘッドビットと共にフォーマットされる。９，６００ｂｐｓのフレームに対応する最高レートのデータフレームは「フルレート」フレームといわれ、４，８００ｂｐｓのデータフレームは「１／２レート」フレームといわれ、２，４００ｂｐｓのデータフレームは「１／４レート」フレームといわれ、１，２００ｂｐｓのデータフレームは「１／８レート」フレームといわれる。
１個のフルレートのフレームのビット総数ペイロード（ｂｉｔ ｃｏｕｎｔｐａｙ ｌｏａｄ）は１６０ビットである。１個のハーフレートのフレームのビット総数ペイロードは８０ビットである。クランプ１００がデータを４，８００ｂｐｓで生成していると、各２０ｍｓフレーム間隔の間に９６ビットを生成する。したがって、遠隔ユニット１１０はフルレートおよび１／２レートのデータフレームの組み合わせのディザ処理を生成し、クランプ１００の出力に適応する。各フレームに対して、遠隔ユニット１１０は１個の長さ領域を加える。長さ領域それ自体は、リンクの全体的なビット搬送容量に対する長さ領域の影響を最小にするため、少数のビットから成らなければならない。長さ領域は現在のフルーム長さ（即ち、ビット数）を前のフレームで送られた長さ領域の値に加えて生成したモジュロ・インデックス（ｍｏｄｕｌｏ ｉｎｄｅｘ）である。さらに、他のＣＤＭＡ制御信号、制御およびオーバーヘッド・ビットはフレームに加えられる。そこで、フレームは畳み込み符号化される。符号化されたビットはインターリーブされる。インターリーブされたビットは直交ウォルシュ符号化され、擬似乱数雑音ＰＮ符号のマスクを掛けて拡散される。マスクした拡散信号はＩおよびＱのチャンネル拡散シーケンスでオフセット直交位相シフト・キイ（ＯＱＰＳＫ）変調され、無線リンク１２０でアンテナ１１２から送信される。
基地局１１８はアンテナ１１４を経由して、無線リンク１２０から遠隔ユニット信号を受信する。基地局１１８はＯＱＰＳＫ変調と拡散しているマスクを除く。基地局１１８は拡散していない信号をウォルシュ復号し、信号をデインターリーブする。そこで信号はビタビ復号器でのように復号され、基地局１１８から網間接続機能（ＩＷＦ）１２４に伝えられる。
ＩＷＦ１２４はクランプ１００が安全な電話ユニット１３０と網間接続するのに必要な機能を提供する。物理手段はモデムの１個のプール（ｐｏｏｌ）を含む場合がある。ＩＷＦ１２４はパルス符号変調（ＰＣＭ）データを公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１２８に出力する。ＰＳＴＮ１２８はＰＣＭ符号化データを安全な電話ユニット（ＳＴＵ）１３０に伝える。ＳＴＵ１３０の中でデータの流れは解読され、デボコードされ、音声信号が最終リスナーに出力される。
ＳＴＵ１３０からクランプ１００までのリンクは前述のリンクとほぼ同じ作用をする。
ＩＳ−９５無線プロトコルは音声信号を搬送するためのものである。音声信号の性質によって、再生結果が理解できる市外品質音声であるために、元のデジタル化された音声信号の完全に再生されたコピーを必要としない。したがって、１つのフレームに対して過度の誤りが発生する場合、フレームを単に消失することができる。このような消失の数が最小に保たれると、結果として生じる音声に対する影響が最小になる。したがって、ＩＳ−９５リンクは本来誤りのない通信を提供するものではない。
ＩＳ−９５リンクを使用して、誤りのないデータ伝送が必要であるデータ接続を提供する場合、付加的なプロトコル層を付け加えてフレーム消失を検出してもよい。フレーム消失の検出を元にして、受信局はフレームの再送信を要求することができる。しかしながら、音声データを搬送する同期データ接続を扱う場合、このような機構は許容できない。誤り検出とフレーム繰り返し演算はシステムに遅延をもたらす。同期システムは、このようなシステムによって導入される最大遅延は、バッファリング機構によって永久的に挿入されざるを得ないであろう。このような遅延は音声システムでは許容できない。なぜなら、それらはエンドユーザーによって検出され得る程の大きさであるからである。
ＩＳ−９５無線インターフェイスはビット総数の保全性を伴った同期データ送信を提供しないので、本発明は既存のプロトコルスタック上に新しいプロトコルスタック層を提供する。図３は透過無線リンクプロトコル（ＴＲＬＰ）用に新たに加えられた適応層を備えたプロトコルスタックを示す。適応層はビットストリームが安全な音声端末設備によって発生されようと、あるいは任意の同期データ源によって発生されようと、一定ビットストリームを有するどのようなユーザートラフィックにも関連して使用することができる。適応層はバッファリング機構と、透過ＲＬＰ層において消失されたデータに対する関連した消失データ置換アルゴリズムを使用して、トラフィックの同期性及びビット総数の保全性を回復する。本発明の利点は、データが被る実時間の待ち行列遅延を最小にすることである。
図３は透過無線リンクプロトコルの適応層を備えたプロトコルスタックを示す。クランプ１００は、電子産業協会／遠距離通信業協会（ＥＩＡ／TIA）文書２３２−Ｅにおいて定義されるインターフェイスを使用して、データビットの一定ストリームを提供する。遠隔ユニット１１０は同じプロトコルを使用して、データを受信する。ＡＰＰ層は標準のモデムＡＴコマンド処理層である。ＡＬとラベル付けされた層が適応層である。逆リンクに対しては、遠隔ユニット１１０内の適応層は一定レートビットストリームを一連のオクテットに変換し、それはＴＲＬＰ層に送られる。更に、適応層は周波数ｆ1で作動するクランプ１００クロックと、周波数ｆ2で作動する遠隔ユニット１１０内のクロック間の同期を提供する。ＩＳ−９５層は上記において簡単に説明した符号化、インターリービング（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）、拡散及びＯＱＰＳＫ変調を含む無線リンクインターフェイス用のデータとシグナリングを提供する。
基地局１１８及びＩＷＦ１２８において、ＩＳ−９５層がＩＳ−９５演算を取り除き、データフレーム、または、それが受信しようとするデータの各々のフレームの消失のいずれかを出力する。ＴＲＬＰはフレームデータを受信し、データのオクテットを出力する。適応層は到来する一連のデータオクテットとフレーム消失表示を受け取り、一定レートビットストリームを作り出す。
適応層は図４に示す待ち行列１５０で構成され、それはＴＲＬＰの出力をバッファに入れ、一定レートビットストリームを発生させる。待ち行列１５０はバッファプレイフィルＸ領域１５４とバッファプレフィルＺ領域１５６がビットで一杯になるまでは、一定レートビットストリームの出力を始めない。明らかに、バッファプレフィルＸ領域１５４は不可避な固定された遅延を導入する。バッファプレフィルＸ領域１５４は、クランプ１００において周波数ｆ1で作動するクロックと、ＳＴＵ１３０において周波数ｆ1で作動するクロックとの間の任意のクロックドリフトを占める。バッファプレフィルＸ領域１５４のサイズはシステム仕様書によって決定される。例えば、好ましい実施態様では、同期リセット間の最小許容時間は１０分と設定される。同期リセットは、バッファリング待ち行列のデータが尽き、一定レートビットストリームを発生することができなくなり、演算を続けるためにシステムをリセットし、バッファを再充填しなければならない時に発生する。同期リセット間の最小許容時間が増大するにつれて、バッファのサイズを増大しなければならず、固定遅延も増大する。バッファプレフィルＸ領域１５４のサイズはＳＴＵ１３０とクランプ１００クロック間の最大ドリフトに基づいて計算される。バッファプレフィルＸ領域１５４は２つのユニットが１０分の間隔にわたって互いに対してドリフトできる、可能な最大ビット数を格納ずる。バッファプレフィルＸ領域１５４の実際のサイズは本発明の操作とは無関係である。バッファプレフィルＸ領域１５４に格納されたビット数はシステム演算中に増減する。
バッファプレフィルＺ領域１５６からのデータのオクテットは、バッファプレフィルＸ領域１５４から一定レートビットストリームにビットが送られるのとほぼ同じｂｐｓレートでバッファプレフィルＸ領域１５４に送られる。バッファプレフィルＺ領域１５６からバッファプレフィルＸ領域１５４へのビット伝送はＣＤＭＡ設備クロック周波数ｆ2に基づいている。バッファプレフィルＺ領域１５６は、一定レートビットストリーム出力でデータが伝達されるまでは、更にデータで事前に充填され（ｐｒｅｆｉｌｌｅｄ）、こうして固定遅延をシステムに導入する。可能な最小固定遅延を導入するために、バッファプレフィルＺ領域１５６のザイズは小さな値に等しい。１つの簡便な値は、ＴＲＬＰ層から別のデータセットが届く前に、バッファプレフィルＸ領域１５４に伝送される平均ビット数である。好ましい実施態様では、平均して９６ビットが待ち行列１５０の各フレームから送られる。したがって、好ましい実施態様では、バッファプレフィルＺ領域１５６のサイズは１２オクテットである。
１つの代替の実施態様では、バッファプレフィルＺ領域１５６のサイズはゼロまで減少してもよい。クランプ１００とＳＴＵ１３０間にまず接続が設定される場合、ダイヤリングトーン指示が発信元のユニットから受信ユニットに送られる。受信ユニットが応答すると、２つのユニットは一連のトレーニングトーンを交換する。送信ユニットと受信ユニットの両方がデータ送信の準備を整えると、各々のユニットが搬送波を他方のユニットに送る。１つのユニットからデータを送ることができる第一の瞬間は、そのユニットが他方のユニットから搬送波を検出した瞬間である。ＩＷＦ１２４内のモデムが搬送波を検出するとすぐに、プロトコルはＩＷＦ１２４が一定レートビットストリームを作り出すように命令する。如何なるフレームもまだ利用できない場合、プロトコルを満たすために、バッファプレフィルＸ領域１５４とバッファプレフィルＺ領域１５６に対して充填ビットを付け加えなければならない。しかしながら、最初の非消失フレームが到着するまで、搬送波がＩＷＦ１２４に提供されない場合、バッファＺ領域１５８が受信されたデータを一定レートで直ちに出力し始めることができる。このように、バッファＺ領域１５８が空になる前は、次のデータフレームまたは消失表示が利用でき、バッファプレフィルＺ領域１５６を削除してもよい。
好ましい実施態様において、書き込みポインタ１６０の各目位置はバッファプレフィルＺ領域１５６とバッファＺ領域１５８の境界にある。データが実際のデータと充填データの形態でＴＲＬＰからバッファＺ領域１５８へと移動するにつれて、データはバッファプレフィルＺ領域１５６からのオクテットとして移される。書き込みポインタ１６０の位置が移動して、ＴＲＬＰからの次のオクテットが置かれるべき位置を示す。後述のように、書き込みポインタ１６０はバッファプレフィルＺ領域１５６とバッファＺ領域１５８の両方で構成されるスタックポインタ範囲内で動かすことができる。バッファＸ領域１５４のサイズは可変であるので、書き込みポインタ１６０はバッファプレフィルＸ領域１５４に入り込まない。
消失表示が受信される時、消失されたフレームのサイズは未知である。ビット総数の保全性を保護するために、充填する（ｆｉｌｌｅｒ）ビットを待ち行列１５０に加えて、消失されたビットを表示しなければならない。本発明によれば、消失されたデータフレームが含み得る最大ビット数が待ち行列１５０に加えられる。好ましい実施態様では、フルレートのフレームが１６０ビットを搬送するので、１６０の充填するビットが待ち行列１５０に加えられる。これらのビットは直ちに待ち行列１５０を通じて移動し、必要に応じて一定レートビットストリームに出力される。消失フレームがフルレートのフレームでなかった場合、次の非消失フレームを受信する時、待ち行列１５０に加えられたビットの一部がまだ待ち行列１５０内にあってもよい。
上記に記載した通り、おのおののフレームは、長さ領域を有している。この長さ領域は、直前のフレームに対する現在のフレームのビット数を示すものである。好適な具体例のデータレートを用いて、表Ｉは、そのようなモジュロ長さ領域を規定する模範的なスキームを示すものである。表Ｉの具体例では、長さ領域はわずか４ビットである。すなわち、０から１５までの値をとる。長さ領域の値が、フレームレートに基づくおのおののフレームごとに加算される。フルレートのフレームが送信されると、その領域の値は８が加算される。１／２レートのフレームが送信されると、その領域の値は４が加算される。１／４レートのフレームが送信されると、その領域の値は２が加算される。１／８レートのフレームが送信されると、その領域の値は１が加算される。
このスキームにしたがって、長さ領域の初期値を零として、表Ｉの第１カラム（ｃｏｌｕｍｎ）は、フレームの間に送信されたデータのレートを示す。第２カラムはそれに対応する長さ領域の値を表す。送信された第１フレームの値は１／４レートであるので、領域長さの値は２である。次のフレームは１／２レートであるので、値は４が加算され、合計で６になる。続く二番目の１／２レートのフレームによって、値は更に４が加算され、長さ領域の値は１０になる。１／８レートのフレームが長さ領域の値を１１に増やす。引き続くフルレートのフレームは値を増やし、４ビット値の最大値である１５を超えてしまうので、８を加算したモジュロの結果は、長さ領域の値３となる。１／８レートのフレームは長さ領域の値を４に増し、最後のフルレートのフレームは、長さ領域の値を１２に増す。
仮に、フレームが消去された場合、それに対応する長さ領域の値も消去される。表Ｉに示す同じシーケンスであって、第１のフルレートのフレームが消去された場合である表IIについて考えてみる。
消去の後の１／８レートのフレームに対応する長さ領域の値は同じである。また、１／８レートのフレームのビット数は既知である。というのも、対応するビットは待ち行列１５０に追加することが可能だからである。このようにして、失われたフレームのレート（と本来加えられる筈であった充填ビットの数）は、消去前に最後に正しく得られた値と、消去後に初めに正しく得られたフレームによって加えられた値との合計を、消去後に最初に正しく得られた長さ領域から引くことによって取得することが可能である。結果が負の場合、１６のモジュロの値が結果に加算される。例えば、表IIを用いて説明すると、
消去前に最後に正しく得られた値は１１；
最初に正しく取得したフレームによって加算される値は１；
これら二つの合計は１２；
消去後に最初に正しく得られた長さ領域は４；
４−１２＝−８；
この場合結果が負なので、１６を加算し、答えは８となる。
結果が８なので、消去されたフレームはフルレートのフレームであった事が分かる、フレームが１／２レートのフレームの場合、結果は４となる。フレームが１／４レートのフレームの場合、結果は２となる。そしてフレームが１／８レートのフレームの場合、結果は１となる。２回以上連続して消去された場合においても、上記と同様の手法を用いる事が可能である。消去されたおのおののフレームのレートは重要ではない。あくまで、決定する必要があるのは、消去された合計ビット数のみである。
上述した４ビットの長さ領域は、使用において非常に制約を受ける。というのも、フルレートのフレームが連続２回受信されると、長さ領域の値が分からなくなるからである。更に複雑化した無数のスキームを用いて、本発明の範囲と一貫した類似の結果を満足させる事が可能である。例えば、予期された連続消去の最大回数に対応するために、現実のシステムでは、７ビット以上から構成される場合もある。７ビットは、６回連続してフルレートのフレームが消去される場合に対応するために必要とされる。ＩＳ−９５は、８ビットのリターンリンクプロセッサシーケンス領域を定義する。長さ領域の値は、リターンリンクプロセッサシーケンス領域の代わりに用いられてよい。
再び図４に戻り、フレーム消去の表示が適応層（Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）に渡ったとき、フルレートのフレームの割合を占めるのに十分なオクテット充填キャラクターの組が待ち行列１５０に追加される。好ましい実施例において、フルレートのフレームの１６０ビットに対応して１６進数の（ｈｅｘ）値であるＡＡの２０オクテットが、待ち行列１５０に追加される。（ＡＡは繰り返し数字１０１０１０１０に対応する。）これらのビットは、直ちに、一定レートのビットストリームへ供給を開始する事が可能である。仮に、別の消去が受信された場合、１６進数の値であるＡＡの２０オクテットの第２の組は、待ち行列１５０に追加ざれる。第１の消去されないデータフレームが受信されると、前述した方法と同様な方法を用いて、消去されたビットの数が決定される。仮に、消去されたビットの数が、待ち行列１５０に加えられたビットの数よりも少ない場合においては、次に受信されるビットの組が配置されるべきところを示すキュースタックポインターが動かされ、余分なビットは新しく送信されたビットによって上書きされる。
たとえば、好適な実施例と表Ｉの例を用いて、表IIIに表されるようなシーケンスが得られる事を考えてみる。
消去が受信された場合、１６０ビットが待ち行列１５０に追加される。１／２レートのフレームを受信して値が１０になった場合、上記で与えられた式を使って、１／２レートのフレームが消去（４＝１０−（２＋４））されたことが決定される。仮に１６０が加えられた場合においても、ほんの８０の充填ビットが、消去されたビットを占めるのに要求される。それゆえ、正しく受信された１／２レートのフレームに相当する受信データが、待ち行列１５０に加えられる前に、待ち行列の書き込みポインター１６０が、実際に加えられたビット数と、本来加えられるべきであったビット数との差に応じてバッファーＸ領域１５４の方向に進行する。この場合、本来加えられるべきであったビット数は８０ビットまたは１０オクテットである。このようにして、過剰な充填ビットのバッファーの値は、受信された実際のデータによって更新される。
他の実施例において、フルレートフレームの割合を占めるのに十分な一連の８ビット充填キャラクターを待ち行列１５０に加える代わりに、受信される平均数のビットが加えられる。例えば、上述したように、平均９６ビットがフレーム毎に転送され、１フレームが消失したときに破壊されるビット数は平均で９６となる。このような機構において、１フレームが消失すると、１２の８ビットデータが待ち行列１５０に加えられる。消失したフレームの実際のサイズが決定されると、書き込みポインタ１６０はバッファのプレフィルＸ領域１５４方向あるいはさらに深さ方向に戻るる方向すなわちバッファＺ領域１５８方向に移動可能である。書き込みポインタ１６０が待ち行列１５０の深さ方向に移動する場合には、さらなる充填ビットを付加する必要がある場合がある。この発明の最も一般的な実施例において、バッファプレフィルＺ領域１５６からバッファプレフィルＸ領域１５４に流れる８ビットの一様なストリームを維持するのに十分なビット数の充填ビットを待ち行列１５０に付加することができる。この発明に従う最も一般的な実施例において、ビットが付加されるレートが、ビットが待ち行列から転送される平均的レート以上である限りいかなる数のビットも付加することができる。
好適実施例はリニアバッファを参照して説明したが、この発明の思想はサーキュラーバッファに直接適用可能である。サーキュラーバッファは読み出しポインタおよび書き込みポインタの双方を使用する。サーキュラーバッファの１つの実現方法では、消失を受信したとき実際のダミービットは付加されない。そのかわり、書き込みポインタを新しい位置に調節しさえすればよい。
また、この発明の思想は図５に示すようにも実現可能である。図５において、ＴＲＬＰ８ビットバイトがバッファ２００に入力される。充填発生器２０２は一定の充填ビットストリームを供給する。スイッチ２０４は、スイッチ制御２０６の制御に従って、バッファ２００の出力または充填発生器２０２の出力を選択する。消失として受信されない８ビットバイトのみがバッファ２００に入力される。消失が受信されると、スイッチ制御２０６に伝えられる。消失したフレームのビットに代わって充填ビットを充填する必要がある場合には、スイッチ２０４は充填発生器２０２を一定のレートのビットストリームに接続する。さもなければ、スイッチ２０４はバッファ２００を一定のレートのビットストリームに接続する。付加すべきビット数の判断はいままでどおり上述したように行われる。
好適実施例の上記記述が当業者に提供されることによりこの発明を製造または使用することが可能となる。これらの実施例の種々の変形例は当業者には明白であり、ここに定義した包括的な原理は発明的才能を使用することなしに他の実施例に適用可能である。従っで、この発明はここに示した実施例に限定することを意図するものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が与えられる。
Ｉ．発明の分野
本発明は、一般にデータ転送通信システム、より詳細には、データストリームの同期特性を保持しない媒体を介しての同期データストリームの転送に関するものである。
II．関連技術の説明
無線電話通信システムでは、多数のユーザーは、他の無線電話システムおよび有線電話システムに接続するために無線チャンネルを介して通信する。無線チャンネルを介する通信はいろいろの多元接続技術の中の１つであり得る。これらの多元接続技術は、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）と、周波数分割多元接続方式（ＦＤＭＡ）と、符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）とを含んでいる。ＣＤＭＡ技術は多数の長所を有する。典型的ＣＤＭＡシステムは、本発明の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれている、Ｋ．Ｇｉｈｏｕｓｅｎらの１９９０年２月１３日に発行された名称が「衛星中継器あるいは地上中継器を使用するスペクトル拡散マルチアクセス通信システム」の米国特許第４，９０１，３０７号に記載されている。
今述べた特許では、各々がトランシーバを有する多数の移動電話システムユーザーがＣＤＭＡスペクトル拡散通信信号を使用して衛星中継器あるいは地上基地局を通して通信するマルチアクセス技術が開示されている。ＣＤＭＡ通信を使用する時に、周波数スペクトルは、システムユーザー容量を増加できるように何度も再使用できる。
ＣＤＭＡセルラシステムでは、各基地局は、限られた地理的な領域に有効範囲を提供し、その有効範囲領域の遠隔ユニットをセルラシステムのスイッチを介して公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）に結合する。遠隔ユニットが新しい基地局の有効範囲領域に移動する場合、このユーザーの呼び出しの経路選択が新しい基地局に転送される。基地局−遠隔ユニット信号伝送パスは順方向リンクと呼ばれ、遠隔ユニット−基地局伝送パスは逆方向リンクと呼ばれる。
典型的な無線電話通信システムでは、遠隔ユニット送信機は、音声情報を可変レートフォーマットで符号化するボコーディングシステムを使用できる。例えば、データレートは、音声活動の休止により低下されてもよい。より低いデータレートは、遠隔ユニット伝送によって引き起こされる他のユーザーへの干渉のレベルを減少させる。受信機で、あるいは特に受信機に関連して、ボコーディングシステムは音声情報を再構成するために使用される。音声情報に加えて、非音声情報だけあるいは２つの混合が遠隔ユニットによって伝送できる。
遠隔ユニットが伝送のためにそれ自体のデータを発生する場合、内部ボコーダは、２０ミリ秒（ｍｓ）のフレーム中の音声活動に基づいて、４つの異なるレート、例えば約８，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、４，０００ｂｐｓ、２，０００ｂｐｓおよび１，０００ｂｐｓの音声情報符号化データのデジタルサンプルから生成する。ボコーダデータの各フレームは、９，６００ｂｐｓ、４，８００ｂｐｓ、２，４００ｂｐｓ、および１，２００ｂｐｓのデータフレームとしてオーバヘッドビットと共にフォーマット化される。９，６００ｂｐｓのフレームに対応する最高レートのデータフレームは「フルレート」フレームといわれ、４，８００ｂｐｓのデータフレームは「１／２レート」フレームといわれ、２，４００ｂｐｓのデータフレームは「１／４レート」フレームといわれ、１，２００ｂｐｓのデータフレームは「１／８レート」フレームといわれる。符号化処理あるいはフレームフォーマット化処理のいずれでも、レート情報はデータに含まれない。この環境での応用に適するボコーダは、１９９５年５月９日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された名称が「可変速度ボコーダ」の米国特許第５，４１４，７９６号に記載されている。遠隔ユニットが端末装置ユニットのような外部ソースからデータを受信する場合、遠隔ユニットは、この可変速度フレームフォーマットのデータを処理し続ける。
最初のセルラ電話スペクトルライセンスが政府によって発行されるとき、スペクトルの使用の制限の中の１つが、キャリアがディスパッチングシステムサービスを提供できないことであった。しかしながら、ＣＤＭＡシステムの多数の長所および専用ディスパッチシステムの配置および保守の問題のために、政府はこの問題を再審査する。政府そのものはこのようなサービスから大いに利益を得る。
典型的な無線電話サービスおよび有線電話サービスは１対１の（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）サービスを提供するのに対して、ディスパッチサービスは１対多数のサービスを提供する。ディスパッチサービスの共通の使用はローカル警察無線システム、タクシーディスパッチシステム、連邦秘密情報作戦局通信システムおよび全軍事通信システムである。
ディスパッチシステムの基本モデルはユーザーの放送ネットからなる。各放送ネットユーザーは、共通の放送順方向リンク信号を監視する。ネットユーザーが通信することを望むならば、ユーザーはプッシュ・ツー・トーク（ＰＴＴ）ボタンを押す。典型的には、通信のユーザー音声は放送順方向リンクを介して逆方向リンクから経路選択される。理想的には、ディスパッチシステムは、システムへの地上通信線および無線アクセスを可能にする。
政府機関がディスパッチサービスを使用することを望むならば、ＣＤＭＡ波形によって提供される固有のプライバシに加えて、この機関は、更なる妨害の防止のための暗号機構を使用することを望むことができる。暗号機構は、一般的に内部で発生されたクロックに基づいて作動され、一定の速度でデータを発生する。暗号機構を無線システムと併用するために、暗号機構のデータ速度、クロックおよびビット総数保全性要求が受容されねばならない。
発明の概要
本発明は、ビット総数保全性及び低遅延を必要とする一定レートビット・ストリームをサービスする透過無線リンク・プロトコルを適合化するための効率的バッファリング方式である。端末装置は一定レートビット・ストリームを提供する。可変レートの、フレームに基づいた非エラー・フリー・プロトコルを使用して一定レートビット・ストリームを宛先へ運ぶために、無線リンクが使用される。受信端では、一定レートビット・ストリームは、ビット総数保全性が維持されるように再構成されなければならない。バッファリング・システムは、音声サービス・シスデムの必要性と一致した最小固定遅延を生じるものでなければならない。
これらの要件を達成するために、各フレームに長さ領域（field）が付加される。長さ領域それ自体は、リンクの全体的ビット搬送能力に対する長さ領域のインパクトを最小にするために、少数のビットから成らなければならない。長さ領域は、対応するデータ・フレームのサイズに比例して増加されるモデュロ値である。もしフレームが消去されると、そのフレームに含まれるビットの数は、受け取られた次の非消去フレームの長さ領域に基づいて決定されることができる。受信局では、待ち行列がフレーム・データを受け取り、一定レートビット・ストリームを発生する。消去が受信されると、消去されたフレームに含まれていたかもしれないビットの最大数に等しくなるまで、或る数の充填ビットが待ち行列へ付加される。これらの充填ビットは、待ち行列によって直ちに使用することができる。次の非消去フレームが受け取られたとき、もし消去フレームがビットの最大数よりも少ないビットを含んでいたことが決定されると、余分のビットは、次の非消去フレームに含まれるデータによって上書きされる。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的、及び利点は下記に記載される詳細な説明を図面と組み合わせて参照するとき更に明らかとなるであろう。ここで、
図１は典型的なディスパッチ・システムを示し、
図２は遠隔ユニットと地上線電話の間の１対１の安全な（ｓｅｃｕｒｅ）音声接続を示し、
図３は透過無線リンク・プロトコルの適応層を有するプロトコル・スタックを示し、
図４は一定速度ビット・ストリームを発生するため透過無線リンク・プロトコルの出力をバッファする適合層待ち行列を示し、
図５は図４に示される線形バッファの代替の実施形態である。
好ましい実施例の説明
図１に代表的なディスパッチ（ｄｉｓｐａｔｃｈ）システムを示す。好ましい実施例で遠隔ユニット１０、２０、２２および２４はディスパッチユニットと１対１の電話の両方に機能することがある。図１で、遠隔ユニット１０は現在活動しているトーカ（ｔａｌｋｅｒ）であり、遠隔ユニット２０、２２および２４は現在受動的なリスナ（ｌｉｓｔｅｎｅｒｓ）である。基地局３０、３２および３４は遠隔ユニット１０、２０、２２および２４への放送順方向リンクチャネルを提供する。基地局３０は動作している遠隔ユニットから逆方向リンク信号を受けてもいる。移動機交換センタ（ＭＳＣ）３８は基地局へと基地局からの制御信号を調整する。好ましい実施例で、その制御信号は一般に簡単にＩＳ−９５といわれる、「デュアルモード広域拡散スペクトラムセルラシステムのための移動局−基地局互換性標準」（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｓｔａｎｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５に従い、遠隔ユニットは移動局といわれる。通信マネージャー４０は、２個の遠隔ユニットがプッシュ・ツー・トーク（ＰＴＴ）−ボタンを同時に押した場合、要求に優先権を与えるように放送網を制御する。
好ましい実施例は暗号化した音声システムを１対１またはディスパッチ無線ＣＤＭＡシステムに結合するのに使用するようにこの発明を図示しているが、一般的な原理はデジタル環境のさまざまなところに応用できる。たとえば、同じ原理は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）または他のデジタル送信技術を使って展開されるシステムに適用することができる。そのデジタル・データはＦＡＸまたはコンピュータ・データにすることができる。一般に、この発明は、信号の同期性を保たない媒体を経由して送信される、どのような同期データ・ストリームにも広く適用できる。そのようなシステムの数例は同期フレーム・フォーマット・ビデオ送信システム、同期ベアラ（等時システム）サービスによって運ばれるパケットデータバースト（ｂｕｒｓｔ）、コネクションオリエンテッドな（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔｅｄ）同期転送を介して非同期転送モード（ＡＴＭ）により運ばれる多重化された音声とデータのトラフィックである。
図２はこの発明の典型的な実施例を示す。図２は、遠隔ユニットと地上線電話の間の１対１の安全な音声接続に関して記述している。同じ技術は２個の遠隔ユニット間の１対１の接続へ直接適用すること、またはディスパッチシステムへ直接適用することができる。遠隔ユニット１１０はクリプトランプ（Ｃｒｙｐｔｏ Ｌｕｍｐ）（クランプ（ｃｌｕｍｐ））１００を備えている。クランプ１００は遠隔ユニット１１０へデータ・ビットの安定した流れを供給する。クランプ１００の中で、クロック１０２は周波数ｆ1で動作する独立したクロックを生成する。クロック１０２は周波数ｆ2で動作しているＣＤＭＡクロックおよび周波数ｆ3で動作しているＰＳＴＮクロックに対してドリフトすることがある。クロック１０２はボコーダ１０４を駆動するのに使用し、スピーカとマイクロフォン１０８で受けた音声信号を符号化する。ボコーダ１０４の出力は暗号化と解読１０６を駆動するのに使用される。暗号化と解読１０６の出力は遠隔ユニット１１０への入力である。暗号化と解読１０６の出力は代表的に安全な音声であるが、遠隔ユニット１１０、基地局１１８および網間接続機能１２４を備えるＣＤＭＡ接続はそれが標準デジタル機器ターミナル・ユニットからのデータ出力であるかのようにそのデータで動作する。スピーカとマイクロフォン１０８はクランプ１００の内にあるように示しているが、遠隔ユニット内にある場合がある。このような場合、クランプ１００と遠隔ユニット１１０間のオーディオ信号接続が必要である。
暗号化と解読処理の１つの態様は、データの安定した流れが暗号化の最後で生成され、解読処理が有効に働くために、データの安定した流れが解読の最後で再生成されなければならないことである。その解読処理は入力データの誤りを許容でき、有効な結果を供給でき、したがって誤りのないリンクは必要としない。その重要な状況は、暗号化処理から出るのと同様に、解読処理に行くビットが互いに同時配列（ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を有しなければならないことである。データの１ビットが失われているだけで、解読処理は有効なデータというより、屑を生成する。データ・ビットの安定な流れを供給する処理は同期化と呼ばれる。暗号化処理を出るのと等しい数のビットを解読処理へ供給する処理はビット総数保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の維持と呼ばれる。
図２に戻って、クランプ１００は暗号化されたデータ・ビットの安定な流れを生成している。このような暗号化されたデータは代表的に、４８００ビット／秒で生成される。クランプ１００からのビット出力の安定な流れに対照的に、遠隔ユニット１１０はＩＳ−９５にしたがって可変レート・フレーム・データを生成する。ＩＳ−９５にしたがって、遠隔ユニット１１０は２０ミリ秒（ｍｓ）のデータのフレームを生成する。データのフレームは４個の異なるレート、約８，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、４，０００ビット／秒（ｂｐｓ）、２，０００ビット／秒（ｂｐｓ）および１，０００ビット／秒（ｂｐｓ）の１つを取ることができるが、それはデータが生成され、受信されるレートに依存する。各フレーム・データは９，６００ｂｐｓ、４，８００ｂ、ｐｓ、２，４００ｂｐｓおよび１，２００ｂｐｓのデータフレームとしてオーバヘッドビットと共にフォーマットされる。９，６００ｂｐｓのフレームに対応する最高レートのデータフレームは「フルレート」フレームといわれ、４，８００ｂｐｓのデータフレームは「１／２レート」フレームといわれ、２，４００ｂｐｓのデータフレームは「１／４レート」フレームといわれ、１，２００ｂｐｓのデータフレームは「１／８レート」フレームといわれる。
１個のフルレートのフレームのビット総数ペイロード（ｂｉｔ ｃｏｕｎｔｐａｙ ｌｏａｄ）は１６０ビットである。１個のハーフレートのフレームのビット総数ペイロードは８０ビットである。クランプ１００がデータを４，８００ｂｐｓで生成していると、各２０ｍｓフレーム間隔の間に９６ビットを生成する。したがって、遠隔ユニット１１０はフルレートおよび１／２レートのデータフレームの組み合わせのディザ処理を生成し、クランプ１００の出力に適応する。各フレームに対して、遠隔ユニット１１０は１個の長さ領域を加える。長さ領域それ自体は、リンクの全体的なビット搬送容量に対する長さ領域の影響を最小にするため、少数のビットから成らなければならない。長さ領域は現在のフルーム長さ（即ち、ビット数）を前のフレームで送られた長さ領域の値に加えて生成したモジュロ・インデックス（ｍｏｄｕｌｏ ｉｎｄｅｘ）である。さらに、他のＣＤＭＡ制御信号、制御およびオーバーヘッド・ビットはフレームに加えられる。そこで、フレームは畳み込み符号化される。符号化されたビットはインターリーブされる。インターリーブされたビットは直交ウォルシュ符号化され、擬似乱数雑音ＰＮ符号のマスクを掛けて拡散される。マスクした拡散信号はＩおよびＱのチャンネル拡散シーケンスでオフセット直交位相シフト・キイ（ＯＱＰＳＫ）変調され、無線リンク１２０でアンテナ１１２から送信される。
基地局１１８はアンテナ１１４を経由して、無線リンク１２０から遠隔ユニット信号を受信する。基地局１１８はＯＱＰＳＫ変調と拡散しているマスクを除く。基地局１１８は拡散していない信号をウォルシュ復号し、信号をデインターリーブする。そこで信号はビタビ復号器でのように復号され、基地局１１８から網間接続機能（ＩＷＦ）１２４に伝えられる。
ＩＷＦ１２４はクランプ１００が安全な電話ユニット１３０と網間接続するのに必要な機能を提供する。物理手段はモデムの１個のプール（ｐｏｏｌ）を含む場合がある。ＩＷＦ１２４はパルス符号変調（ＰＣＭ）データを公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１２８に出力する。ＰＳＴＮ１２８はＰＣＭ符号化データを安全な電話ユニット（ＳＴＵ）１３０に伝える。ＳＴＵ１３０の中でデータの流れは解読され、デボコードされ、音声信号が最終リスナーに出力される。
ＳＴＵ１３０からクランプ１００までのリンクは前述のリンクとほぼ同じ作用をする。
ＩＳ−９５無線プロトコルは音声信号を搬送するためのものである。音声信号の性質によって、再生結果が理解できる市外品質音声であるために、元のデジタル化された音声信号の完全に再生されたコピーを必要としない。したがって、１つのフレームに対して過度の誤りが発生する場合、フレームを単に消失することができる。このような消失の数が最小に保たれると、結果として生じる音声に対する影響が最小になる。したがって、ＩＳ−９５リンクは本来誤りのない通信を提供するものではない。
ＩＳ−９５リンクを使用して、誤りのないデータ伝送が必要であるデータ接続を提供する場合、付加的なプロトコル層を付け加えてフレーム消失を検出してもよい。フレーム消失の検出を元にして、受信局はフレームの再送信を要求することができる。しかしながら、音声データを搬送する同期データ接続を扱う場合、このような機構は許容できない。誤り検出とフレーム繰り返し演算はシステムに遅延をもたらす。同期システムは、このようなシステムによって導入される最大遅延は、バッファリング機構によって永久的に挿入されざるを得ないであろう。このような遅延は音声システムでは許容できない。なぜなら、それらはエンドユーザーによって検出され得る程の大きさであるからである。
ＩＳ−９５無線インターフェイスはビット総数の保全性を伴った同期データ送信を提供しないので、本発明は既存のプロトコルスタック上に新しいプロトコルスタック層を提供する。図３は透過無線リンクプロトコル（ＴＲＬＰ）用に新たに加えられた適応層を備えたプロトコルスタックを示す。適応層はビットストリームが安全な音声端末設備によって発生されようと、あるいは任意の同期データ源によって発生されようと、一定ビットストリームを有するどのようなユーザートラフィックにも関連して使用することができる。適応層はバッファリング機構と、透過ＲＬＰ層において消失されたデータに対する関連した消失データ置換アルゴリズムを使用して、トラフィックの同期性及びビット総数の保全性を回復する。本発明の利点は、データが被る実時間の待ち行列遅延を最小にすることである。
図３は透過無線リンクプロトコルの適応層を備えたプロトコルスタックを示す。クランプ１００は、電子産業協会／遠距離通信業協会（ＥＩＡ／TIA）文書２３２−Ｅにおいて定義されるインターフェイスを使用して、データビットの一定ストリームを提供する。遠隔ユニット１１０は同じプロトコルを使用して、データを受信する。ＡＰＰ層は標準のモデムＡＴコマンド処理層である。ＡＬとラベル付けされた層が適応層である。逆リンクに対しては、遠隔ユニット１１０内の適応層は一定レートビットストリームを一連のオクテットに変換し、それはＴＲＬＰ層に送られる。更に、適応層は周波数ｆ1で作動するクランプ１００クロックと、周波数ｆ2で作動する遠隔ユニット１１０内のクロック間の同期を提供する。ＩＳ−９５層は上記において簡単に説明した符号化、インターリービング（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）、拡散及びＯＱＰＳＫ変調を含む無線リンクインターフェイス用のデータとシグナリングを提供する。
基地局１１８及びＩＷＦ１２８において、ＩＳ−９５層がＩＳ−９５演算を取り除き、データフレーム、または、それが受信しようとするデータの各々のフレームの消失のいずれかを出力する。ＴＲＬＰはフレームデータを受信し、データのオクテットを出力する。適応層は到来する一連のデータオクテットとフレーム消失表示を受け取り、一定レートビットストリームを作り出す。
適応層は図４に示す待ち行列１５０で構成され、それはＴＲＬＰの出力をバッファに入れ、一定レートビットストリームを発生させる。待ち行列１５０はバッファプレイフィルＸ領域１５４とバッファプレフィルＺ領域１５６がビットで一杯になるまでは、一定レートビットストリームの出力を始めない。明らかに、バッファプレフィルＸ領域１５４は不可避な固定された遅延を導入する。バッファプレフィルＸ領域１５４は、クランプ１００において周波数ｆ1で作動するクロックと、ＳＴＵ１３０において周波数ｆ1で作動するクロックとの間の任意のクロックドリフトを占める。バッファプレフィルＸ領域１５４のサイズはシステム仕様書によって決定される。例えば、好ましい実施態様では、同期リセット間の最小許容時間は１０分と設定される。同期リセットは、バッファリング待ち行列のデータが尽き、一定レートビットストリームを発生することができなくなり、演算を続けるためにシステムをリセットし、バッファを再充填しなければならない時に発生する。同期リセット間の最小許容時間が増大するにつれて、バッファのサイズを増大しなければならず、固定遅延も増大する。バッファプレフィルＸ領域１５４のサイズはＳＴＵ１３０とクランプ１００クロック間の最大ドリフトに基づいて計算される。バッファプレフィルＸ領域１５４は２つのユニットが１０分の間隔にわたって互いに対してドリフトできる、可能な最大ビット数を格納ずる。バッファプレフィルＸ領域１５４の実際のサイズは本発明の操作とは無関係である。バッファプレフィルＸ領域１５４に格納されたビット数はシステム演算中に増減する。
バッファプレフィルＺ領域１５６からのデータのオクテットは、バッファプレフィルＸ領域１５４から一定レートビットストリームにビットが送られるのとほぼ同じｂｐｓレートでバッファプレフィルＸ領域１５４に送られる。バッファプレフィルＺ領域１５６からバッファプレフィルＸ領域１５４へのビット伝送はＣＤＭＡ設備クロック周波数ｆ2に基づいている。バッファプレフィルＺ領域１５６は、一定レートビットストリーム出力でデータが伝達されるまでは、更にデータで事前に充填され（ｐｒｅｆｉｌｌｅｄ）、こうして固定遅延をシステムに導入する。可能な最小固定遅延を導入するために、バッファプレフィルＺ領域１５６のザイズは小さな値に等しい。１つの簡便な値は、ＴＲＬＰ層から別のデータセットが届く前に、バッファプレフィルＸ領域１５４に伝送される平均ビット数である。好ましい実施態様では、平均して９６ビットが待ち行列１５０の各フレームから送られる。したがって、好ましい実施態様では、バッファプレフィルＺ領域１５６のサイズは１２オクテットである。
１つの代替の実施態様では、バッファプレフィルＺ領域１５６のサイズはゼロまで減少してもよい。クランプ１００とＳＴＵ１３０間にまず接続が設定される場合、ダイヤリングトーン指示が発信元のユニットから受信ユニットに送られる。受信ユニットが応答すると、２つのユニットは一連のトレーニングトーンを交換する。送信ユニットと受信ユニットの両方がデータ送信の準備を整えると、各々のユニットが搬送波を他方のユニットに送る。１つのユニットからデータを送ることができる第一の瞬間は、そのユニットが他方のユニットから搬送波を検出した瞬間である。ＩＷＦ１２４内のモデムが搬送波を検出するとすぐに、プロトコルはＩＷＦ１２４が一定レートビットストリームを作り出すように命令する。如何なるフレームもまだ利用できない場合、プロトコルを満たすために、バッファプレフィルＸ領域１５４とバッファプレフィルＺ領域１５６に対して充填ビットを付け加えなければならない。しかしながら、最初の非消失フレームが到着するまで、搬送波がＩＷＦ１２４に提供されない場合、バッファＺ領域１５８が受信されたデータを一定レートで直ちに出力し始めることができる。このように、バッファＺ領域１５８が空になる前は、次のデータフレームまたは消失表示が利用でき、バッファプレフィルＺ領域１５６を削除してもよい。
好ましい実施態様において、書き込みポインタ１６０の各目位置はバッファプレフィルＺ領域１５６とバッファＺ領域１５８の境界にある。データが実際のデータと充填データの形態でＴＲＬＰからバッファＺ領域１５８へと移動するにつれて、データはバッファプレフィルＺ領域１５６からのオクテットとして移される。書き込みポインタ１６０の位置が移動して、ＴＲＬＰからの次のオクテットが置かれるべき位置を示す。後述のように、書き込みポインタ１６０はバッファプレフィルＺ領域１５６とバッファＺ領域１５８の両方で構成されるスタックポインタ範囲内で動かすことができる。バッファＸ領域１５４のサイズは可変であるので、書き込みポインタ１６０はバッファプレフィルＸ領域１５４に入り込まない。
消失表示が受信される時、消失されたフレームのサイズは未知である。ビット総数の保全性を保護するために、充填する（ｆｉｌｌｅｒ）ビットを待ち行列１５０に加えて、消失されたビットを表示しなければならない。本発明によれば、消失されたデータフレームが含み得る最大ビット数が待ち行列１５０に加えられる。好ましい実施態様では、フルレートのフレームが１６０ビットを搬送するので、１６０の充填するビットが待ち行列１５０に加えられる。これらのビットは直ちに待ち行列１５０を通じて移動し、必要に応じて一定レートビットストリームに出力される。消失フレームがフルレートのフレームでなかった場合、次の非消失フレームを受信する時、待ち行列１５０に加えられたビットの一部がまだ待ち行列１５０内にあってもよい。
上記に記載した通り、おのおののフレームは、長さ領域を有している。この長さ領域は、直前のフレームに対する現在のフレームのビット数を示すものである。好適な具体例のデータレートを用いて、表Ｉは、そのようなモジュロ長さ領域を規定する模範的なスキームを示すものである。表Ｉの具体例では、長さ領域はわずか４ビットである。すなわち、０から１５までの値をとる。長さ領域の値が、フレームレートに基づくおのおののフレームごとに加算される。フルレートのフレームが送信されると、その領域の値は８が加算される。１／２レートのフレームが送信されると、その領域の値は４が加算される。１／４レートのフレームが送信されると、その領域の値は２が加算される。１／８レートのフレームが送信されると、その領域の値は１が加算される。
消去の後の１／８レートのフレームに対応する長さ領域の値は同じである。また、１／８レートのフレームのビット数は既知である。というのも、対応するビットは待ち行列１５０に追加することが可能だからである。このようにして、失われたフレームのレート（と本来加えられる筈であった充填ビットの数）は、消去前に最後に正しく得られた値と、消去後に初めに正しく得られたフレームによって加えられた値との合計を、消去後に最初に正しく得られた長さ領域から引くことによって取得することが可能である。結果が負の場合、１６のモジュロの値が結果に加算される。例えば、表IIを用いて説明すると、
消去前に最後に正しく得られた値は１１；
最初に正しく取得したフレームによって加算される値は１；
これら二つの合計は１２；
消去後に最初に正しく得られた長さ領域は４；
４−１２＝−８；
この場合結果が負なので、１６を加算し、答えは８となる。
結果が８なので、消去されたフレームはフルレートのフレームであった事が分かる、フレームが１／２レートのフレームの場合、結果は４となる。フレームが１／４レートのフレームの場合、結果は２となる。そしてフレームが１／８レートのフレームの場合、結果は１となる。２回以上連続して消去された場合においても、上記と同様の手法を用いる事が可能である。消去されたおのおののフレームのレートは重要ではない。あくまで、決定する必要があるのは、消去された合計ビット数のみである。
上述した４ビットの長さ領域は、使用において非常に制約を受ける。というのも、フルレートのフレームが連続２回受信されると、長さ領域の値が分からなくなるからである。更に複雑化した無数のスキームを用いて、本発明の範囲と一貫した類似の結果を満足させる事が可能である。例えば、予期された連続消去の最大回数に対応するために、現実のシステムでは、７ビット以上から構成される場合もある。７ビットは、６回連続してフルレートのフレームが消去される場合に対応するために必要とされる。ＩＳ−９５は、８ビットのリターンリンクプロセッサシーケンス領域を定義する。長さ領域の値は、リターンリンクプロセッサシーケンス領域の代わりに用いられてよい。
再び図４に戻り、フレーム消去の表示が適応層（Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）に渡ったとき、フルレートのフレームの割合を占めるのに十分なオクテット充填キャラクターの組が待ち行列１５０に追加される。好ましい実施例において、フルレートのフレームの１６０ビットに対応して１６進数の（ｈｅｘ）値であるＡＡの２０オクテットが、待ち行列１５０に追加される。（ＡＡは繰り返し数字１０１０１０１０に対応する。）これらのビットは、直ちに、一定レートのビットストリームへ供給を開始する事が可能である。仮に、別の消去が受信された場合、１６進数の値であるＡＡの２０オクテットの第２の組は、待ち行列１５０に追加ざれる。第１の消去されないデータフレームが受信されると、前述した方法と同様な方法を用いて、消去されたビットの数が決定される。仮に、消去されたビットの数が、待ち行列１５０に加えられたビットの数よりも少ない場合においては、次に受信されるビットの組が配置されるべきところを示すキュースタックポインターが動かされ、余分なビットは新しく送信されたビットによって上書きされる。
たとえば、好適な実施例と表Ｉの例を用いて、表IIIに表されるようなシーケンスが得られる事を考えてみる。
他の実施例において、フルレートフレームの割合を占めるのに十分な一連の８ビット充填キャラクターを待ち行列１５０に加える代わりに、受信される平均数のビットが加えられる。例えば、上述したように、平均９６ビットがフレーム毎に転送され、１フレームが消失したときに破壊されるビット数は平均で９６となる。このような機構において、１フレームが消失すると、１２の８ビットデータが待ち行列１５０に加えられる。消失したフレームの実際のサイズが決定されると、書き込みポインタ１６０はバッファのプレフィルＸ領域１５４方向あるいはさらに深さ方向に戻るる方向すなわちバッファＺ領域１５８方向に移動可能である。書き込みポインタ１６０が待ち行列１５０の深さ方向に移動する場合には、さらなる充填ビットを付加する必要がある場合がある。この発明の最も一般的な実施例において、バッファプレフィルＺ領域１５６からバッファプレフィルＸ領域１５４に流れる８ビットの一様なストリームを維持するのに十分なビット数の充填ビットを待ち行列１５０に付加することができる。この発明に従う最も一般的な実施例において、ビットが付加されるレートが、ビットが待ち行列から転送される平均的レート以上である限りいかなる数のビットも付加することができる。
好適実施例はリニアバッファを参照して説明したが、この発明の思想はサーキュラーバッファに直接適用可能である。サーキュラーバッファは読み出しポインタおよび書き込みポインタの双方を使用する。サーキュラーバッファの１つの実現方法では、消失を受信したとき実際のダミービットは付加されない。そのかわり、書き込みポインタを新しい位置に調節しさえすればよい。
また、この発明の思想は図５に示すようにも実現可能である。図５において、ＴＲＬＰ８ビットバイトがバッファ２００に入力される。充填発生器２０２は一定の充填ビットストリームを供給する。スイッチ２０４は、スイッチ制御２０６の制御に従って、バッファ２００の出力または充填発生器２０２の出力を選択する。消失として受信されない８ビットバイトのみがバッファ２００に入力される。消失が受信されると、スイッチ制御２０６に伝えられる。消失したフレームのビットに代わって充填ビットを充填する必要がある場合には、スイッチ２０４は充填発生器２０２を一定のレートのビットストリームに接続する。さもなければ、スイッチ２０４はバッファ２００を一定のレートのビットストリームに接続する。付加すべきビット数の判断はいままでどおり上述したように行われる。
好適実施例の上記記述が当業者に提供されることによりこの発明を製造または使用することが可能となる。これらの実施例の種々の変形例は当業者には明白であり、ここに定義した包括的な原理は発明的才能を使用することなしに他の実施例に適用可能である。従っで、この発明はここに示した実施例に限定することを意図するものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が与えられる。
Claims (8)
- 同期データストリームの同期の性質を保持しない媒体を介して送信される同期データストリームのための同期とビット総数の保全性を保持するための方法であって、
データビットと長さ領域を含むデータフレームを送信するステップと、
前記データフレームを受信し、前記データフレームのそれぞれの一つで過剰な誤りが生じた場合に前記データフレームのいずれかを消失フレームと置き換えるステップであって、前記消失フレームは充填ビットを含むステップと、
前記データビットと前記充填ビットを待ち行列に連続的に配置するステップと、そして
一定レートのビットストリームを生成するために、前記充填ビットを、ビット総数、後続するデータフレームの長さ領域の値、及び前記消失フレームの前のフレームの長さ領域の値に従って後続するデータフレームからのデータビットと置き換えるステップとを具備する方法。 - 前記長さ領域は前のデータフレームに対して相対的な第１のデータフレームにおけるデータレートを表す、請求項１記載の方法。
- 前記長さ領域は対応するデータフレームのデータレートに比例するモジュロの値である、請求項２記載の方法。
- 前記データビットと前記充填ビットを待ち行列に連続的に配置する前記ステップは、
現在のフレームがデータフレームであるか或いは消失フレームであるかを決定するステップと、
前記現在のフレームがデータフレームである場合、前記待ち行列に前記現在のフレームに対応するデータビットを連続的に配置するステップと、そして
前記現在のフレームが消失フレームである場合、前記待ち行列にデータフレームに含まれるビットの最大の数に等しい数の充填ビットを連続的に配置するステップとを具備する請求項１記載の方法。 - 前記充填ビットをデータビットと置き換える前記ステップは、
最初に受信された消失フレーム、前記最初に受信された消失フレームの直前に受信された第１のデータフレーム、そして前記最初に受信された消失フレームの直後に受信された第２のデータフレームを識別するステップと、
前記最初に受信された消失フレームに対応して送信されるデータビットの実際の数を決定するステップと、そして
前記待ち行列の中のいくつかの充填ビットを前記第２のデータフレームに対応するデータビットと置き換えるステップであって、置き換えらえた充填ビットの数はデータフレームのビットの最大数と前記最初に受信された消失フレームに対応して送信されるデータビットの前記実際の数との差に等しいステップとを具備する請求項１記載の方法。 - 前記最初に受信された消失フレームに対応して送信されるデータビットの実際の数を決定する前記ステップは、
第１の値を生ずるために、前記第１のデータフレームに対応する前記長さ領域を前記第２のデータフレームのフレームレートに対応する予め定めた量に加えるステップと、
第２の値を生ずるために、前記第２のデータフレームに対応する前記長さ領域から前記第１の値を引くステップであって、前記第２の値は前記最初に受信された消失フレームに対応する前記データフレームのデータレートに対応しているステップと、
第３の値を生ずるために、前記第２の値が負の数である場合に前記第２の値に予め定めたモジュロの数を加えるステップであって、前記第３の値は前記最初に受信された消失フレームに対応する前記データフレームのデータレートに対応しているステップと、そして
前記データレートを用いて前記最初に受信された消失フレームで送信されたデータビットの実際の数を計算するステップとを具備する請求項５記載の方法。 - 可変レートのデータフレーム及びフレーム消失の一続きからビットの保全性を有する一定レートのデータストリームを生成するための装置であって、
可変レートのデータフレーム及びフレーム消失の前記一続きを受信するプロトコルスタックにおける適応層であって、それぞれのフレームはフレーム長及び長さ領域の値を有し、消失を受信すると、前記適応層は固定数の充填するビットを出力し、前記消失の後に受信される第１のデータフレームを受信すると、前記適応層は前記消失の後に受信される第１のフレームに対応する第１の長さ領域の値及び第１のフレーム長に基づいて消失したフレームの長さを決定及び出力する適応層と、そして
前記一定レートのデータストリームを生成し、前記固定数の充填するビットを受信し、消失されていない前記一続きのそれぞれのフレームに対応するデータを受信し、前記一定レートのビットストリーム上で前記消失したフレームの長さと等しい合計数の前記固定数の充填するビットを生成する待ち行列とを具備する装置。 - 可変レートのフレームの一続きからビットの保全性を有する一定レートのデータストリームを提供するための装置であって、ここにおいては、可変レートのフレームの前記一続きのうちの少なくとも１つのフレームは消失であってよい装置であって、
可変レートのフレームの前記一続きを受信するプロトコルスタックにおける適応層であって、それぞれのフレームはフレーム長及びフレーム長の値を有し、ここで、第１のフレームが消失として受信され、対応するフレーム長及び対応するフレーム長の値が未知であるとき、前記適応層は前記消失として受信されていない可変レートのフレームの前記一続きのそれぞれのフレームからのフレームデータを出力し、前記消失の前記対応するフレーム長を決定する適応層と、
前記適応層からの前記フレームデータを受信する第１の待ち行列と、
充填ビットを生成する充填発生器と、そして
前記消失として受信されていない可変レートのフレームの前記一続きのそれぞれのフレームを伝送するために出力一定レートビットストリームを前記第１の待ち行列に接続し、前記第１のフレームが前記消失として受信されていないとすると前記第１のフレームからのデータが伝送される時に、前記消失の前記対応するフレーム長を有するビットの一続きを伝送するために必要な時間の間前記出力一定レートビットストリームを前記充填発生器に接続するスイッチであって、前記スイッチは前記適応層が前記対応するフレーム長を決定する前に前記出力一定ビットストリームを前記充填発生器に接続してよいスイッチとを具備する装置。
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