JP4044904B2 - 別個の再送信送信機によるパケット・データ再送信 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムにおけるデータ・パケットの送信及び再送信に関する。本発明は、それに限定されるものではないが、セルラ無線通信システムに適用可能である。

本発明の分野においては、データ・パケットの形式のデータが多数の個々のリンクから成るディジタル通信ネットワーク又はシステムを介して送信されることが既知である。プロトコルが、プロトコル層の階層によりデータの送信を編成するため用いられる。層の階層は、典型的には、物理層（この層は、個々のビットが送信される要領を指図する。）からアプリケーション層に至るまで拡張する。なお、そのアプリケーション層は、例えば、２つの高レベル・コンピュータ・プログラムが互いに対話する仕方を決定する。

中間層の一例はリンク層であり、このリンク層は、データの送信をネットワーク内の単一の組織リンクを介して制御する。しかしながら、リンク層での単一の組織リンクは、多くの場合、物理層内の複数の物理的リンクに対応する。例えば、ユニバーサル移動電話標準（ＵＭＴＳ）に従ったセルラ無線通信システムにおいて、リンク層で、単一の組織リンクが、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）（これはパケット・スケジューラを含む。）と移動電話機のようなユーザ装置（ＵＥ）との間に存在するのに対し、物理層においては、物理的接続が、ＲＮＣから中間の物理的エンティティ、即ちノードＢ（トランシーバ基地局に関するＵＭＴＳ専門用語）までの第１の物理的リンクと、ノードＢからＵＥまでの第２の物理的リンクとにより実現される。上記の例においては、ＲＮＣはリンク層の送信端末装置（Ｔｘ端末装置）として、そしてＵＥは受信端末装置（Ｒｘ端末装置）として知られている。

リンク層内で、自動反復要求（ＡＲＱ）と呼ばれる機構は、Ｒｘ端末装置がＴｘ端末装置に、データ・パケットをエラー無しで又はエラー有りで受信したかどうかについて周期的に教えるのを可能にするデータ送信のためのエラー制御機構を提供する。これは、Ｔｘ端末装置が、前の周期で誤って送信されたいずれのパケットを再送信するのを可能にする。

Ｒｘ端末装置により送られたメッセージは、肯定的受信確認メッセージ／否定的受信確認メッセージ（Ａｃｋ／Ｎａｃｋ）として知られている。このＡｃｋ／Ｎａｃｋメッセージは、前に送信されたパケット・データ・ユニット（ＰＤＵ）のＡｃｋ／Ｎａｃｋ状態を含む。なお、前に送信されたパケット・データ・ユニット（ＰＤＵ）はまた、Ｔｘ端末装置によりＲｘ端末装置に送られたデータ・パケット又はブロックと呼ばれる。Ａｃｋ／Ｎａｃｋメッセージを受信すると直ぐに、Ｔｘ端末装置は、Ｒｘ端末装置により誤って受信された（ＮＡＣＫであるとされた）と報告されたそれらのパケットを再送信することができる。典型的には、Ｎａｃｋであるとされた最も古いＰＤＵが最初に再送信される。送信及び再送信は、ＲＮＣによりノードＢを介してスケジュールされる。

パケットシステムにおいて、システム効率は、測定可能なブロック誤り率（例えば、５−２０％の範囲内）を許容し得るレベルで電力又はデータ転送速度を設定することにより得られる。このように、最小資源を利用し、そしてＡＲＱプロトコルを用いて、失われるブロックを非常に低い数（又は、ゼロ、又はアプリケーション遅延に応じて、）まで低減する。不利益は、ユーザへの幾らかの遅延、及び無線資源の追加の使用である。

経験された実際の遅延は、ＡＣＫ／ＮＡＣＫプロトコルにおける固有の遅延、及び悪いパケットをＲＮＣに戻すよう信号で送る際の遅延のような多数の要因に依存する。これは、ＲＮＣの物理的位置に依存し、従って勿論、再送信を、結果として生じる更なる遅延を伴って、再スケジュールすることが必要である。

従って、出来るだけ小さい遅延を有する再送信手順が、ユーザに対するより良いサービスの品質を有利にもたらすであろう。

第１の局面によれば、本発明は、通信システムにおいてデータ・パケットをユーザ装置に送信する方法であって、
制御装置からの命令で、
データ・パケットを第１の送信機から前記ユーザ装置に送信するステップと、
前記データ・パケットが前記ユーザ装置で誤って受信された場合、否定的受信確認メッセージ（ＮＡＣＫ）を前記ユーザ装置から前記制御装置へ送るステップと、
前記制御装置でＮＡＣＫを受信すると、前記制御装置からの命令で、前記データ・パケットを第２の送信機から前記ユーザ装置に、複数のユーザ装置間で共用されたダウンリンク・チャネルを介して再送信するステップと
を備える方法を備える。

第２の局面によれば、本発明は、通信システムにおいてデータ・パケットを制御装置からユーザ装置に送信するのを制御する制御装置であって、前記制御装置からの命令で、誤って受信されたデータ・パケットを前記ユーザ装置に、複数のユーザ装置間で共用されたダウンリンク・チャネルを介して再送信する送信機を含む制御装置を備える。

当該共用チャネルは、１つのＲＮＣにより制御される全てのノードＢのカバレージ・エリアに等しいカバレージ・エリアを有する広域共用チャネルであり得る。
共用チャネルは、通信システムにより設けられた予備キャリアであり得るか、又はＵＥにより検出可能である別個に設けられたブロードキャスト・チャネルであり得る。

再送信は、バックホール（ｂａｃｋｈａｕｌ）遅延を低減するためＲＮＣと同一場所に配置されたパケット再送信ユニット（ＰＲＵ）から送信されることが好ましい。
従って、事実上２つの並列システムがある。高容量セルラ・システムは、回線交換データ、及びパケット・データの初期送信のため用いられる。既知の構成とは異なり、このシステム上で反復送信が原理的に無い。第２のシステムは、再送信だけのために用いられる一層低い容量「メガセル（ｍｅｇａｃｅｌｌ）」オーバレイから成る。

アップリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫチャネルもＵＥとＰＲＵとの間に設けられ、その場合、ＰＲＵには受信機が設けられる。これは、低帯域幅チャネルであることができる。代替として、ＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージは、従来の方法によりノードＢを介してＲＮＣに送られることができる。

ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）システムにおいては、低帯域幅アップリンク・チャネルは、ＵＥのためレンジ（範囲）拡張を可能するため著しくコード化され及び／又は反復されることができるであろう。そのようなチャネルの生の信号送出速度は、極めて低く、基本的には、受信された各パケットに関するパケット数及びＡＣＫ／ＮＡＣＫ指示を有するであろう。

ＡＣＫ／ＮＡＣＫは、復号プロセスが完了するや否や直ちにアップリンク上でＰＲＵへ送られるのが有利である。ノードＢを介した従来のルートは、チャネルを他の信号送出及び回線交換データと共用する必要性があるので、固有の遅延に苦慮している。帯域幅を更に低減するため、ＮＡＣＫのみが送信される。これは、ＲＮＣが元のパケットの送信時間を制御するので可能であり、従って、ＮＡＣＫがその後直ぐに受信されない場合パケットが正しく受信されたと想定することができる。

ＮＡＣＫの受信に続いて、再送信は、広域共用ダウンリンク・チャネルによりスケジュールされる。このチャネルにおける帯域幅条件は、短い再送信遅延を正常な条件下で可能にするよう選定されるべきである。

このようにして、様々な遅延成分が低減され又は排除される。好適な実施形態においては、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号送出は、非常に速くなることができ、そして例えば、ネットワークによるポーリングに依存する必要がない。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは、実効的に直接ＲＮＣに（ＰＲＵを介して）送られ、次いでそのＲＮＣは、パケットを直ちに共用チャネルにスケジュールする。この共用チャネルは、再送信要求が高い細分性（ｇａｒｎｕｒａｌｉｔｙ）を有する（即ち、各パケットが個々に扱われる。）ので、極めて効率的に用いられることができる。アップリンク信号送出又はダウンリンク再送信のいずれでもバックホールが無い。更に、共用ダウンリンク・チャネルは、ノードＢからＵＥへのダウンリンクが搬送することが必要であるようないずれの追加の信号送出又は回線交換データを搬送することは必要でない。

所与のノードＢの再送信負荷が（回線データ（ｃｉｒｃｕｉｔ ｄａｔａ）故に）合計負荷の１０％未満であるので、広域共用チャネルは、使用可能なスペクトルの１０％未満しか必要でないであろうことを想定することができる。

本発明の実施形態が、ここで、添付図面を参照して、例示としてのみ説明されるであろう。

一実施形態において、図１を参照すると、通信システムはセルラ通信システム１である。ユーザ装置（ＵＥ）２、例えば、エンド・ユーザが使用する移動電話機は、ノードＢ３のようなＵＭＴＳで且つ既知であるトランシーバ基地局と、ＵＭＴＳ指定のＵｕインターフェースに従って動作する無線リンク４を介して結合される。ノードＢ３は、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）５に、ＵＭＴＳ指定のＩｕｂインターフェースに従って動作する物理的リンク（例えば、地上通信線）６を介して結合される。ＲＮＣ５は、コア・ネットワーク７、例えばインターネットに、ＵＭＴＳ指定のＩｕインターフェースに従って動作する物理的リンク（例えば、地上通信線）８を介して結合される。

２つの他のノードＢ ９、１０もＲＮＣ ５の制御下にある。ノードＢ３、９及び１０は、それらと関連したカバレージ・エリアを有し、それらのそれぞれのカバレージ・エリア内に位置されるユーザ装置にサービスを提供する。

パケット再送信ユニット（ＰＲＵ）１１は、ＲＮＣ ５と同一場所に配置され、そしてＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージをＵＥ２から信号送出アップリンク・チャネル１２を介して受信し且つデータ・パケットを広域共用ダウンリンク・チャネル１３を介して再送信するよう適合されている。広域共用ダウンリンク・チャネル１３は、ノードＢ３、９、１０の合計カバレージ・エリアを含む。

通信システム１を構成し且つノードＢ ３、９、１０のいずれかの１つによりサービス提供される他のユーザ装置もあってよい。これらの他のユーザ装置（図示せず）がまた、それらのサービス提供ノードＢ（そのサービス提供ノードＢはＲＮＣ５によりスケジュールされ済みである。）からのデータ・パケットを、また再送信されたパケットを広域共用ダウンリンク・チャネル１３を介して受信し得る。それらの他のユーザ装置はまた、ＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージをＰＲＵ１１にアップリンク・チャネル１２を介して送るよう構成され得る。

ここで図２を参照すると、コア・ネットワーク７で発生しＵＥ ２に向けられたデータ・パケットのストリームは、Ｉｕインターフェース８を介してＲＮＣ５に送られる（ステップ１４）。ＲＮＣ ５は、そのストリームをセグメント化して、データ・ブロックを形成する。サービス提供ノードＢ３を介したＵＥ ２へのデータ・ブロックの送信は、ＲＮＣ ５により既知の手順に従ってスケジュールされる。

ＵＥ ２でデータ・パケットを受信する（ステップ１５）と直ぐに、パケットがエラー無しで受信された場合、ＡＣＫメッセージが、ＰＲＵ１１に対して、ＲＮＣ ５によりＵＥ ２にそれ以前に割り当てられた信号送出（アップリンク）チャネル１２を介して送られる（ステップ１６）。他方、データ・パケットがエラー有りで受信された場合、ＮＡＣＫメッセージが代わりに送られる（ステップ１７）。

ステップ１８において、ＲＮＣ ５は、ＡＣＫメッセージか又はＮＡＣＫメッセージをＰＲＵ １１を介して受信する。ＮＡＣＫメッセージが受信された場合、ＲＮＣ ５は、ＰＲＵ １１から広域共用ダウンリンク・チャネル１３を介するデータ・パケットの再送信をスケジュールする（ステップ１９）。

上記の構成を実現し且つ上記方法ステップを実行する装置は、従来の装置を適応させること及び／又は追加のモジュールを設けることにより提供され得る。特に、追加の装置は、ＲＮＣ５内に設け得る。装置は、ハードウエア、ファームウエア、又はソフトウエア、又はこれらの組み合わせの形式であり得る。装置は、命令を実行し且つコンピュータ・ディスク又はＰＲＯＭのような記憶媒体に格納されているデータを用いる１つ又はそれより多いプロセッサを備え得る。

ＵＭＴＳシステムに加えて、他の広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システム、一般パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、及び増強型ＧＰＲＳ（ＥＧＰＲＳ）を含むグローバル・エボリューション用増強型データ・レート（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ ｆｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）（ＥＤＧＥ）のような再送信プロトコルを用いたいずれの他の無線通信システムが本明細書で説明される発明の概念を採用することから利益を受けるであろうことは、本発明の意図内である。例えば、ＧＰＲＳ又はＥＧＰＲＳシステムにおいて、上記の実施形態は、例えば図１を参照すると、ＧＰＲＳトランシーバ基地局（ＢＴＳ）がノードＢの代わりに用いられること、パケット制御ユニット（ＰＣＵ）を備えるＧＰＲＳ基地局制御装置（ＢＳＣ）がＲＮＣの代わりに用いられること、及びＵｍインターフェース及びＡｂｉｓインターフェースがＵｕインターフェース及びＩｕインターフェースのそれぞれの代わりに用いられることを除いて、前述したのと同じ方法で実行され得る。

本発明は、特にビデオ又は迅速なウェブ・セッションのような応用に有用である。

図１は、本発明に従って実行されるデータ・パケットの送信及び再送信をサポートすることができる通信システムを構成する構成要素の概略的ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態で採用されるプロセス・ステップを示すフローチャートである。

Claims (8)

1. セルラ通信システムにおいて２つの並列したチャネルを利用してデータ・パケットをユーザ装置に送信する方法であって、
   制御装置からの命令で、
   データ・パケットを関連したカバレージ・エリアを有する第１の送信機から前記ユーザ装置に送信するステップと、
   前記データ・パケットが前記ユーザ装置で誤って受信された場合、否定的受信確認メッセージ（ＮＡＣＫ）を前記ユーザ装置から前記制御装置へ送るステップと、
   前記制御装置でＮＡＣＫを受信すると、前記制御装置からの命令で、前記データ・パケットを第２の送信機から前記ユーザ装置に、複数のユーザ装置間で共用されたダウンリンク・チャネルを介して再送信するステップとを備え、
   前記ダウンリンク・チャネルが、前記関連したカバレージ・エリアよりも広いエリアをカバーする広域ダウンリンク・チャネルである方法。
2. 前記データ・パケットが正しく受信された場合肯定的受信確認メッセージ（ＡＣＫ）を送るステップを含む請求項１記載の方法。
3. 送る前に前記のＮＡＣＫ／ＡＣＫメッセージをコード化するステップを更に備える請求項１又は２記載の方法。
4. 前記のＮＡＣＫ／ＡＣＫメッセージが、パケット識別番号、及び受信されたパケットに関するＮＡＣＫ／ＡＣＫ指示を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記のＮＡＣＫ／ＡＣＫメッセージが、前記ユーザ装置から前記制御装置に、前記第２の送信機と同一場所に配置された受信機を介して送られる請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. セルラ通信システムにおいて制御装置からユーザ装置へのデータ・パケットの送信を制御する装置であって、
   前記ユーザ装置へデータ・パケットを送信する、関連したカバレージ・エリアを有する第１の送信機と、
   前記制御装置からの命令で、誤って受信されたデータ・パケットを前記ユーザ装置に、複数のユーザ装置間で共用されたダウンリンク・チャネルを介して再送信する第２の送信機とを含み、
   前記ダウンリンク・チャネルが、前記関連したカバレージ・エリアよりも広いエリアをカバーする広域ダウンリンク・チャネルである装置。
7. 前記第２の送信機と同一場所に配置され、否定的受信確認（ＮＡＣＫ）メッセージ及び肯定的受信確認（ＡＣＫ）メッセージを前記ユーザ装置から受信する受信機を更に含む請求項６記載の装置。
8. プロセッサが請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実行するよう制御するためのプロセッサ実行可能命令を格納する記憶媒体。

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