JP4532560B2 - 推定された遅延に基づくデジッタ（ｄｅ−ｊｉｔｔｅｒ）バッファ調節 - Google Patents

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Description

本開示される実施形態は、一般に、通信に関し、特に、パケット交換無線通信システムにおいて、パケットジッタを適応的に管理することに関する。
パケット交換ネットワークでは、送信側コンピュータは、連続した小さなパケットにメッセージを分解し、各パケットに、それをどこに送るのかをネットワークに伝えるアドレスをラベルする。そして、各パケットは、利用可能な最も便利なルートを経由してその目的地へ経路付けられる。これは、たとえ単一のメッセージからのパケットであっても、同じ２つの通信システム間を移動する全てのパケットが、必ずしも、同じ経路に従う必要は無いことを意味する。受信側コンピュータがパケットを受信すると、パケットを、オリジナルのメッセージに再構築する。
各パケットは別々に取り扱われるので、同じメッセージ内の他のパケットによって経験される遅延時間とは異なる特定の遅延量を被る。「ジッタ」（jitter）として知られている遅延におけるこの変化は、受信パケットからメッセージを再構築する場合におけるパケット遅延時間による受信側アプリケーションに対する更なる複雑さをもたらす。ジッタが修正されなければ、パケットが再構築される場合、受信メッセージは歪みを受けるだろう。
あいにく、インターネット上で動作するＶｏＩＰシステムでは、パケット遅延における変化を予測するためにデジッタ（de-jitter）バッファが使用できる利用可能な情報は無く、デジッタバッファは、そのような変化の予測に適応することはできない。その代わり、デジッタバッファは、一般に、パケット到着統計量の分析により、パケット遅延における変化を検出するために、パケットの到着を待たねばならない。したがって、デジッタバッファは受身的であり、パケット遅延変化が生じた後にのみ、調節する。多くのデジッタバッファは、全く変化することはできず、単に保守的に大きなサイズを持つように構成されている。これは、上述したように、メッセージ再生に対する不要な遅延を加えることになり、ユーザの経験を、準最適にする。したがって、変化するチャネルを有する通信システムにおいて、パケット送信からジッタを効率的に取り除くための適応性遅延管理について当該技術におけるニーズがある。
本発明の１つの局面は、デジッタバッファを適応させる方法であって、この方法は、エアリンクの特性を検出することと、前記特性に基づいてパケット遅延を推定することと、前記推定されたパケット遅延に基づいてデジッタバッファを適応させることとを含む。
本発明の別の局面は、ハンドオフ事象に先立って、デジッタバッファを適応させる方法であって、この方法は、前記ハンドオフ事象をスケジュールすることと、前記スケジュールされたハンドオフ事象に基づいてパケット遅延を推定することと、前記推定されたパケット遅延に基づいて、前記デジッタバッファを適応させることとを含む。
本発明の別の局面は、デジッタバッファを初期化する方法であって、この方法は、エアリンクの特性を検出することと、前記特性に基づいてパケット遅延を推定することと、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記ジッタバッファを初期化することとを含む。
また本発明の別の局面では、加入者局は、無線エアリンクによって通信信号を受信するように構成されたアンテナと、エアリンク特性の測定値を取得し、かつ前記取得したエアリンク特性の関数としてデジッタバッファサイズを計算するように構成されたプロセッサと、前記計算されたサイズに一致させることが可能な適応可能サイズを持つように構成されたデジッタバッファとを含む。
本発明の更なる局面では、加入者局は、スケジュールされたハンドオフに関する情報を取得し、かつ前記スケジュールされたハンドオフの関数としてのパケット遅延を推定し、かつ前記推定されたパケット遅延の関数としてデジッタバッファサイズを計算するように構成されたプロセッサと、前記計算されたサイズに一致させることが可能な適応可能サイズを持つように構成されたデジッタバッファとを含む。
また、本発明の更なる局面では、コンピュータ読取可能媒体が、デジッタバッファを適応させる方法を実行するためのコンピュータにより実行可能な命令からなるプログラムを含む。この方法は、エアリンクの特性を検出することと、前記特性に基づいてパケット遅延を推定することと、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを適応させることとを含む。
本発明の別の局面は、コンピュータ読取可能媒体が、ハンドオフ事象に先立ってデジッタバッファを適応させる方法を実行するためのコンピュータにより実行可能な命令からなるプログラムを含む。この方法は、前記ハンドオフ事象をスケジュールすることと、前記スケジュールされたハンドオフ事象に基づいてパケット遅延を推定することと、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを適応させることとを含む。
本発明の更に別の局面では、加入者局は、無線エアリンクによって通信信号を受信する手段と、前記受信したエアリンクの特性の関数としてデジッタバッファサイズを計算する手段と、前記計算されたサイズに前記デジッタバッファが一致するように、前記デジッタバッファのサイズを適応させる手段とを含む。
本発明の更なる局面では、加入者局は、スケジュールされたハンドオフに関する情報を取得する手段と、前記スケジュールされたハンドオフの関数としてパケット遅延を推定する手段と、前記推定されたパケット遅延の関数としてデジッタバッファサイズを計算する手段と、前記計算されたサイズにデジッタバッファを一致させる手段とを含む。
回線交換は、１００年間以上にわたって電話線ネットワークによって使用されてきた。２つの当事者間で通話がなされる場合、そのコネクションは、その通話の全持続時間にわたって維持される。しかしながら、その時間中に送信されたデータの多くは、無駄となる。例えば、一方が話している間、他方は聞いており、コネクションの半分だけが使用されている。更に、多くの会話における大部分の時間は、どちらも話をしていない沈黙時間を含む。従って、回線交換ネットワークは、連続的に開いたコネクション上で、不要な通信データを送ることによって、利用可能な帯域幅を実際に無駄にしている。
その間ずっと回線交換ネットワーク中でデータを受け渡す代わりに、（例えばインターネットのような）多くのデータネットワークは、一般に、パケット交換として知られている方法を使用する。パケット交換は、あるシステムから別のシステムへ、「パケット」と呼ばれるデータの小さな塊（chunk）を送るのに丁度良い長さの２つの通信システム間のコネクションを開く。これらの短いコネクションは、データパケットの受け渡しのために繰り返し開かれるが送られるデータがない場合には、維持されない。パケット交換ネットワークでは、送信側コンピュータは、連続した小さなパケットにメッセージを分解し、各パケットに、それをどこに送るのかをネットワークに伝えるアドレスをラベルする。そして、各パケットは、利用可能な最も便利なルートを経由してその目的地へ経路付けられる。これは、たとえ単一のメッセージからのパケットであっても、同じ２つの通信システム間を移動する全てのパケットが、必ずしも、同じ経路に従う必要は無いことを意味する。受信側コンピュータがパケットを受信すると、パケットを、オリジナルのメッセージに再構築する。
回路交換された音声通信は、パケット交換ネットワーク上でエミュレートされる。ボイスオーバＩＰ（ＶｏＩＰ）として知られているＩＰ電話通信は、音声通信のためにパケット交換を使用し、回路交換に対して幾つかの利点をもたらす。例えば、パケット交換によってもたらされる帯域幅節約によって、回路交換ネットワークでは唯一の電話通話によって占有されるネットワーク空間（帯域幅）の量を、幾つかの電話通話が占有することが可能となる。しかしながら、ＶｏＩＰは、遅延に敏感なアプリケーションであると知られている。送信されたメッセージは、少なくともある量のパケットが受信され、再構築されるまでは受信者は聞くことができないので、受信パケットにおける遅延は、メッセージ全体の送信レート、及び送信されたメッセージをタイムリーに再構築するための受信側通信システムの能力に悪影響を及ぼすかもしれない。
パケット送信における遅延は、例えば、通信データをパケット化するために必要な処理時間、パケット処理時におけるハードウェア及びソフトウェア遅延、及びパケットのディスパッチのために時間を浪費する方法を用いる複雑なオペレーティングシステムによって引き起こされる。また、通信ネットワーク自身が、パケット配信時間における遅延をもたらす場合もある。そのような遅延によってもたらされる不便さは、パケット交換システムにおいて、各パケットが、異なる量の遅延時間を経験するという事実によって増大される。各パケットは別々に取り扱われるので、同じメッセージ内の他のパケットによって経験される遅延時間とは異なる特定の遅延量を被る。「ジッタ」として知られている遅延におけるこの変化は、受信したパケットからメッセージを再構築する際に、パケット遅延時間を考慮しなければならない受信機側アプリケーションに更なる複雑さをもたらす。ジッタが修正されなければ、パケットが再構築される場合、受信メッセージはひずみを受けるだろう。
パケット送信におけるジッタの効果を弱めることを試みる１つの方法は、デジッタバッファを使用することを含む。一般に、デジッタバッファは、受信機側において、更なる遅延を加えることによって、遅延変化を取り除く。この遅延時間の実施によって、デジッタバッファは、パケットが到着すると、保持領域にキューすることができる。デジッタバッファに到着するパケットは、一貫していない時間に到着するかもしれないが、これらパケットは、一貫したタイミングで受信機側プロセッサによって取得される。プロセッサは単に、必要なときに、デジッタバッファ内のキューからパケットを取得する。従って、デジッタバッファは、ある量の追加遅延をパケット到着時刻に加えることにより、パケット取得をスムーズに行うことができる。
一例として、デジタル音声通信の場合、情報の連続フローは、通常、２０ミリ秒毎に音声パケットを含む。不変のチャネルが、２０ミリ秒毎にパケットを配信できるのであれば、デジッタバッファは必要ではない。なぜなら、受信機は既に、一貫した２０ミリ秒の到着レートでパケットにアクセスしているからである。しかしながら、処理遅延等によって、一貫していないレートでパケットを配信する可変チャネルの場合、デジッタは、受信機側において、パケットレートを平滑化することが要求される。一般に、そのようなデジッタバッファによって加えられる追加遅延は、送信中にパケット到着のない最長実行長さに設定される。例えば、送信が、パケット到着間に８０ミリ秒の実行を含み、かつこれが最長のパケットの無い実行である場合、デジッタバッファは、そのギャップに適応するために、少なくとも８０ミリ秒のサイズであるべきである。しかしながら、そのような大きなデジッタバッファは、４０ミリ秒の最長のパケットの無い実行を持つ可変チャネルには必要無いであろう。この場合、８０ミリ秒のデジッタバッファは単に、不要な４０ミリ秒の遅延を通信フローにおいて実施するであろう。あるいは、デジッタバッファは、４０ミリ秒のサイズであることのみが必要であろう。
無線通信システムは多様であり、しばしば不変チャネル、可変チャネル、及び高可変チャネルを含む。したがって、高可変チャネルで良好に動作する大型のデジッタバッファは、デジッタバッファを必要としない不変チャネルに対しては過剰設備である。しかしながら、デジッタバッファが小さすぎれば、高可変チャネルにおけるジッタをフィルタすることができないであろう。また、小型のデジッタバッファは、パケットの大きなバーストが到着した際に、（パケットの再生に追いつくために）幾つかのパケットを喪失するかもしれないし、パケットが到着しない間、長い送信の実行中、パケットが減少するかもしれない。
あいにく、インターネット上で動作するＶｏＩＰシステムでは、デジッタバッファが、パケット遅延における変化を予測するために使用できる情報は無く、デジッタバッファは、そのような変化の予測に適応することができない。その代わり、デジッタバッファは一般に、パケット到着統計量を分析することにより、パケット遅延における変化を検知するために、パケットの到着を待たねばならない。したがって、デジッタバッファは受身的であり、パケット遅延変化が生じた後にのみ、調節する。多くのデジッタバッファは、全く変化することはできず、単に保守的に大きなサイズを持つように構成されている。これは、上述したように、メッセージ再生に対する不要な遅延を加えることになり、ユーザの経験を、準最適にする。したがって、可変チャネルを持っている通信システムでのパケット送信から効率的にジッタを取り除くための適応性のある遅延管理について当該技術におけるニーズがある。
図１は、複数のユーザをサポートし、本開示の少なくとも幾つかの局面と実施形態とを実現することが可能な無線通信システム１００を例示する。この通信システム１００は、複数のセル１０２Ａ〜１０２Ｇに通信機能を提供する。セルの各々は、それぞれ対応する基地局１０４Ａ〜１０４Ｇによってサービス提供される。例示的な実施形態では、基地局１０４のうちの幾つかは、複数の受信アンテナを有し、他は、１つのみの受信アンテナを有する。同様に、基地局１０４のうちの幾つかは、複数の送信アンテナを有し、他は、単一の送信アンテナを有する。送信アンテナと受信アンテナとの組合せに限定はない。従って、基地局１０４が、複数の送信アンテナと単一の受信アンテナを持っていても、複数の受信アンテナと単一の送信アンテナを持っていても、共に複数の送信アンテナと受信アンテナ、あるいは共に単一の送信アンテナと受信アンテナを持っていることも可能である。複数のユーザは、個々の加入者局１０６Ａ〜１０６Ｊを用いて通信システム１００にアクセスしうる。本明細書で用いている用語「加入者局」は、車載電話、セルラ電話、衛星電話、パーソナルデジタルアシスタント、あるいはその他任意の遠隔局又は無線通信デバイスを称する。
この例示する無線通信システム１００は、例えば、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術を利用する。ＣＤＭＡ通信システムは、スペクトル拡散通信に基づいた変調及び多元接続スキームである。ＣＤＭＡ通信システムでは、多くの信号が同じ周波数スペクトルを共有し、その結果、ユーザ容量の増加をもたらす。これは、キャリアを変調する異なる準ランダムなバイナリシーケンスを用いて各信号を送信することによって達成される。これによって、信号波形のスペクトルを拡散する。送信された信号は、対応する準ランダムなバイナリシーケンスを用いて所望の信号のスペクトルを逆拡散する相関器によって、受信機内で分離される。準ランダムなバイナリシーケンスが一致しない望まれない信号は、帯域幅において逆拡散されず、雑音にのみ寄与する。
更に詳しくは、ＣＤＭＡシステムは、地上リンクによってユーザ間の音声及びデータ通信を可能にする。ＣＤＭＡシステムでは、ユーザ間の通信は１又は複数の基地局を通って導かれる。無線通信において、「順方向リンク」は、信号が基地局から加入者局へ移動するチャネルを称し、「逆方向リンク」は、信号が加入者局から基地局へ移動するチャネルを称する。逆方向リンクでデータを基地局へ送信することによって、第１の加入者局の第１のユーザは、第２の加入者局の第２のユーザと通信する。基地局は、第１の加入者局からデータを受信し、このデータを、第２の加入者局にサービス提供している基地局へ経路付ける。加入者局の位置によって、加入者局は、単一の基地局、又は複数の基地局の両方によってサービス提供されうる。何れの場合であれ、第２の加入者局にサービス提供する基地局は、順方向リンクでデータを送りうる。第２の加入者局と通信する代わりに、第１の加入者局は、サービス提供する基地局との接続を介して、地上インターネットを用いても通信するかもしれない。
当業者によって理解されるように、ＣＤＭＡシステムは、例えば以下のような１又は複数の規格をサポートするように設計されうる。（１）本明細書でＩＳ−９５規格と称する"TIA/EIA/IS-95-B Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System"、（２）本明細書でＷ−ＣＤＭＡ規格と称され、本明細書で３ＧＰＰと称する"3rd Generation Partnership Project"と命名されたコンソーシアムによって提案され、ドキュメント番号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213、3G TS 25.214、及び3G TS 25.302を含むドキュメントのセットで具体化された規格、（３）以前ＩＳ−２０００ＭＣと呼ばれ、本明細書でｃｄｍａ２０００と称され、本明細書で３ＧＰＰＳ及びＴＲ−４５．４と称する"3rd Generation Partnership Project 2"と命名されたコンソーシアムによって提案された規格、又は（４）その他の幾つかの無線規格。
無線データ送信に対する増加する需要、及び無線通信技術によって利用可能なサービスの膨張は、具体的なデータサービスの発展をもたらした。そのような１つのサービスは、高データレート（ＨＤＲ）と呼ばれる。そのようなＨＤＲサービスは、例えば、「ＨＤＲ仕様」と称される"EIA/TIA-IS856 cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"で提案されている。ＨＤＲサービスは、一般に、無線通信システムにおいてデータのパケットを送信する効率的な方法を提供する音声通信システムへのオーバーレイである。送信されるデータ量と、送信数が増加するとともに、ラジオ送信に利用可能な限定された帯域幅は、決定的なリソースになる。
ＨＤＲサービスをサポートする通信システムの１つの例は、1xEvolution Data Optimized（「１ｘＥＶ／ＤＯ」）と称される。１ｘＥＶ−ＤＯは、電気通信工業会によって、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−８５６、「ｃｄｍａ２０００ 高レートパケットデータエアインタフェース仕様(cdma2000, High Rate Packet Data Air Interface Specification)」として規格化された。１ｘＥＶ−ＤＯは、高性能及び低コストのパケットデータサービスのために最適化され、個人の無線広帯域サービスを、広範囲の利用者にもたらす。本明細書の教示は、１ｘＥＶ−ＤＯシステムのみならず、限定される訳ではないがＷ−ＣＤＭＡ及び１ｘＲＴＴを含むＨＤＲシステムのその他のタイプにも適用可能である。本明細書における教示は、ＣＤＭＡシステムに限定されず、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及びその他の無線技術やインタフェースにも等しく適用可能であることも理解されるべきである。
可変レートデータ要求スキームを適用するＨＤＲ通信システムが図２に示される。ＨＤＲ通信システム２００は、１ｘＥＶ−ＤＯあるいは他のタイプのＨＤＲ通信システムのような高データレートにおいて送信するように設計されたＣＤＭＡ通信システムを含みうる。ＨＤＲ通信システム２００は、基地局２０６への逆方向リンクでデータを送信することにより、地上ベースのデータネットワーク２０４と通信する加入者局２０２を含みうる。
基地局２０６は、データを受信し、基地局コントローラ（ＢＳＣ）２０８を経由して、地上ベースのネットワーク２０４へデータを経路付ける。反対に、加入者局２０２への通信は、地上ベースのネットワーク２０４から、ＢＳＣ２０８を経由して基地局２０６へ経路付けられ、順方向リンクで、基地局２０６から加入者ユニット２０２へ送信される。当業者は理解するであろうが、順方向のリンク送信は、基地局２０６と、１又は複数の加入者局２０２（複数は図示せず）との間で起こりうる。同様に、逆方向リンク送信は、１つの加入者局２０２と、１又は複数の基地局２０６（複数は図示せず）との間で起こりうる。
例示するＨＤＲ通信システムでは、基地局２０６から加入者局２０２への順方向リンクデータ送信は、順方向リンクによってサポートされる最大又はおおよそ最大のデータレートで起こりうる。初めに、加入者局２０２は、予め定めたアクセス手順を使用して、基地局２０６との通信を確立しうる。この接続状態で、加入者局２０２は、基地局２０６からデータと制御メッセージを受信することができ、このデータ及び制御メッセージを基地局２０６へ送信することができる。
一旦接続されると、加入者局２０２は、基地局２０６からの順方向リンク送信のキャリア対干渉比（Ｃ／Ｉ）を推定しうる。順方向リンク送信のＣ／Ｉは、基地局２０６からのパイロット信号を測定することにより得ることができる。このＣ／Ｉ推定に基づいて、加入者局２０２は、データ要求チャンネル（ＤＲＣチャネル）で、データ要求メッセージ（ＤＲＣメッセージ）を基地局２０６へ送信しうる。ＤＲＣメッセージは、要求されたデータレート、あるいは、例えばＣ／Ｉ測定値自身、ビット誤り率、又はパケット誤り率のような順方向リンクチャネルの品質表示を含んでおり、これらから、適切なデータレートを識別することができる。あるいは、加入者局２０２は、チャネル品質を連続的にモニタし、加入者局２０２が次のデータパケット送信を受信可能なデータレートを計算する。何れの場合も、基地局２０６は、可能な限り高いレートで、順方向リンクデータを効率的に送信するために、加入者局からのＤＲＣメッセージを用いる。
図３は、典型的なＨＤＲ通信システム３００の基本サブシステムを例示するブロック図である。ＢＳＣ３０２は、典型的なＨＤＲ通信システム（簡略のために唯一のＲＦユニット３０８のみが示されている）におけるパケットネットワークインタフェース３０４、ＰＳＴＮ３０６、及び全ての基地局とインタフェースする。ＲＦユニット３０８は、ＢＳＣ３０２の制御のもと、アンテナ３１０を経由して加入者局へ通信データを送信しうる。ＢＳＣ３０２は、典型的なＨＤＲ通信システムにおける多数の加入者局と、パケットネットワークインタフェース３０４及びＰＳＴＮ３０６に接続された他のユーザとの間の通信を調整しうる。ＰＳＴＮ３０６は、標準的電話網（図示せず）を介してユーザとインタフェースしうる。
データソース３１４は、目標加入者局へ送信されるデータを含みうる。データソース３１４は、パケットネットワークインタフェース３０４にデータを供給しうる。パケットネットワークインタフェース３０４は、データを受信し、それらをＢＳＣ３０２に経路付ける。そしてＢＳＣ３０２は、目標加入者局と通信しているＲＦユニット３０８にデータを送る。そして、ＲＦユニット３０８は、データパケットの各々に制御フィールドを挿入する。これにより、フォーマットされたパケットになる。ＲＦユニット３０８は、このフォーマットされたデータパケットを符号化し、符号化されたパケット内のシンボルをインタリーブ（再調整）する。次に、インタリーブされた各パケットが、スクランブリングシーケンスでスクランブルされ、Ｗａｌｓｈカバーでカバーされる。このスクランブルされたデータパケットはその後、パイロット信号及び電力制御ビットを収容するためにパンクチャされ、長ＰＮ符号、短ＰＮＩ及びＰＮＱ符号で拡散される。この拡散されたデータパケットは、直交変調され、フィルタされ、増幅される。当業者であれば、他の信号処理方法もまた同様に実行され、本明細書における教示は、上述した具体的処理ステップに限定されないことを理解するであろう。処理後、順方向リンク信号が、アンテナ３１０を介してエアによって順方向リンクで目標加入者局へ送信されうる。データシンク３１６は、データを受信し、受信したデータを格納するために提供される。
上述したハードウェアは、順方向リンクによるデータ、メッセージ、音声、ビデオ、及びその他の通信の可変レート送信をサポートする。順方向リンクと逆方向リンクとの両方のデータレートは、加入者局における信号強度及び雑音環境の変化に適合するために変化しうる。そのような変化は、パケット遅延の変化、つまりジッタに帰着しうる。例えば、ＲＦユニット３０８は、逆方向アクティビティ（ＲＡ）ビットによって加入者局の伝送レートを制御しうる。ＲＡビットは、基地局から加入者局へ送られる信号であり、逆方向リンクがどれくらい負荷があるのか（つまり、どれくらい多くのデータが、逆方向リンクで送られているのか）を示している。加入者局がそのアクティブセットに１より多くの基地局を持っている場合、加入者局は、各基地局からＲＡビットを受信しうる。本明細書で使用されている用語「アクティブセット」は、加入者局が通信する基地局を指す。受信したＲＡビットは、逆方向トラフィックチャネル干渉の全体が、ある値よりも上にあるかどうかを示しうる。これは、次に、加入者局が、逆方向リンクでそのデータレートを増加させるか減少させるかを示すだろう。同様に、トラフィックチャネル有効（ＴＣＶ）ビットは、基地局から加入者局へ送られる信号であり、何人のユーザがセクタ内に存在するのかを示す。ＴＣＶビットは、順方向リンクにどれだけ負荷がかかっているのかを正確には示さないが、セクタ負荷に幾分関連しうる。従って、ＴＣＶビットは、加入者局が、順方向リンクでの送信のデータレート要求を増加あるいは減少できるかを示しうる。何れの場合も、データレートの変化は、パケット遅延の変化、すなわちジッタを引き起こしうる。
データ送信レートはまた、他の信号品質の徴候によって調節されうる。上述したように、通信における信号品質は、チャネルのＣ／Ｉを測定することによって決定される。当業者であれば、チャネル品質を決定する他の方法も同様に使用されうることを理解するだろう。例えば、信号対干渉及び雑音比（ＳＩＮＲ）又はビット誤り率（ＢＥＲ）は、信号品質を示す測定可能な特性である。信号品質の変化が検出される場合、送信は、それに従って、増加されるかもしれないし減少するかもしれない。また、そのような変化は、パケットジッタになるかもしれない。
データ送信レートへの影響に加えて、信号品質測定値は、「ハンドオフ」として知られている事象を引き起こすかもしれない。例えば、加入者局が、第１の位置から第２の位置へ移動すると、チャネルの品質は下がるかもしれない。しかしながら、加入者局は、第２の位置に近い基地局との、より高品質の接続を確立できるかもしれない。従って、ソフトハンドオフ手順は、ある基地局から別の基地局へ通信を転送するために始められるかもしれない。ソフトハンドオフは、データが加入者局へ送られる別のセクタを選択するプロセスである。新たなセクタが選択された後、オリジナルの基地局との既存のエアトラフィックリンクを断つ前に、（選択されたセクタ内の）新たな基地局と、エアトラフィックリンクが確立される。このアプローチは、損失される通話の確率を下げるだけでなく、ハンドオフをユーザに事実上検知できなくする。
ソフトハンドオフは、加入者局が第２の位置に接近して、第２の基地局からのパイロット信号強度の増加を検知し、この情報を、第１の基地局を介してＢＳＣに報告することによって開始される。そして、第２の基地局は加入者局のアクティブセットに追加され、エアトラフィックリンクが確立される。そして、ＢＳＣは、アクティブセットから第１の基地局を削除し、加入者局と第１の基地局との間のエアトラフィックリンクをティアダウンする。
従って、信号品質の様々な兆候は、無線通信システムにおける順方向リンクと逆方向リンクとの両方によるパケット送信レートを調節するために使用される。しかしながら、上述したように、そのような変化はまた、加入者局におけるパケット遅延に影響するかもしれない。従って、デジッタバッファは、適応可能なサイズを持つように構成される。これによって、そのような変化が起こる前に、変化に適応することができる。
図４は、図３に関連して上述したようにフォーマットされ送信された通信データを受信するように構成された加入者局４００を例示する。目標加入者局４００では、順方向リンク信号４０２は、アンテナ４０４によって受信され、フロントエンド受信機４０６に経路付けられうる。フロントエンド受信機４０６は、信号のフィルタリング、増幅、直交変調、及び量子化を行う。このデジタル化された信号は、復調器（ＤＥＭＯＤ）４０８に供給され、ここで、短ＰＮＩ及びＰＮＱ符号を用いて逆拡散され、Ｗａｌｓｈカバーでデカバされる。この復調されたデータは、デコーダ４１０に供給され、ここで、基地局２０８でなされた信号処理機能の逆、具体的には、逆インタリーブ、復号、及びＣＲＣチェック機能が実行される。加入者局４００では、その他の信号処理構成が実現されうる。そして、上記特定した具体的な機能は、例示目的のみのためであることが理解されるべきである。一般に、加入者局４００における処理は、基地局で引き起こる信号処理と順応して動作しうる。何れの場合であれ、処理後、復号されたデータは、加入者局４００のデータシンク４１４に提供されうる。
データシンク４１４への提供に先立ち、この復号されたデータは、デジッタバッファ４１２内に保持されうる。デジッタバッファ４１２は、各データパケットに、ある量の遅延を加えうる。更に、デジッタバッファは、別のデータパケットには、別の量の遅延を加えうる。従って、ジッタの増加が予測される場合、デジッタバッファは、より長い遅延時間を加えるためにサイズを増加し、ジッタの減少が予測される場合、デジッタバッファは、より短い遅延時間を加えるためにサイズを減少する。そうするために、デジッタバッファは、適応可能なサイズを持つように構成されうる。
デジッタバッファは、「時間ワープ」と称される処理を通じてそのサイズを適応させうる。時間ワープは、本明細書に記載したようなデジッタバッファ内で、パケットのようなスピーチフレームを圧縮又は拡張する処理である。例えば、デジッタバッファが減り始める（begins to deplete）場合、加入者局において動作するアプリケーションによってデジッタバッファから取得されると、時間ワープは、パケットを拡張する。デジッタバッファが、現在計算されたデジッタバッファサイズよりも大きくなる場合、時間ワープは、取得されたパケットを圧縮する。
データパケットの圧縮及び拡張は、パケットが、加入者局において、到着レートに関連して取得されるレートで増加又は減少することに例えられる。例えば、パケットが到着し、デジッタバッファに２０ミリ秒毎に一度入るが、４０ミリ秒毎に一度取得される場合、拡張されている。これは、デジッタバッファのサイズを効果的に増加させ、送信する２倍のパケットを受信する。同様に、パケットが到着し、デジッタバッファに２０ミリ秒毎に一度入るが、１０ミリ秒毎に一度取得される場合、圧縮されている。これは、デジッタバッファのサイズを効果的に減少させ、送信する半分のパケットを受信する。デジッタバッファ内のパケットに適用されるこの拡張量は、例えば５０〜７５％（すなわち、２０ミリ秒から３０〜３５ミリ秒）でありうる。デジッタバッファ内のパケットに適用されるこの圧縮量は、例えば２５％（すなわち２０ミリ秒から１５ミリ秒）でありうる。これら圧縮レートは、音声品質の深刻な低下を防ぐかもしれないが、当業者は、他のレートも効果的に使用されうることを理解するであろう。
デジッタバッファと通信するプロセッサ４１６は、エアリンクの特性の関数として、遅延量（つまり、デジッタバッファのサイズ）を計算しうる。これら特性は、加入者局４００によって測定され、プロセッサ４１６によって使用されて、更に詳細に説明するように、適切なデジッタバッファサイズが計算される。
無線通信システムでは、ある測定可能な情報は、加入者局で経験されたパケットジッタと大きく相関しうる。例えば、上述したように、パケット配信遅延の変化に対する決定的に寄与しているのは、通信システムで使用されているエアインタフェースである。特に、１ｘＥＶ−ＤＯシステムでは、セクタ負荷が、エンドトゥエンドメッセージ遅延及びパケットジッタに相関している。セクタ負荷は、例えば、ＲＡビット又はＴＣＶビットに基づいて推定されうる。信号品質もまたパケットジッタに相関している。例えば、平均セクタ信号品質は、エンドトゥエンドメッセージ遅延に相関する一方、セクタ信号品質の変化は、パケットジッタに相関している。更に、基地局間のハンドオフは、ジッタに相関している。これらの関係に基づいて、本明細書に開示のデジッタバッファ４１２は、高度な性能を適応的に提供する。デジッタバッファサイズの適応は、例えば、初期化時、安定状態動作中、及びハンドオフ中に生じうる。
セクタ負荷、信号品質、及び信号品質変化は、初期化時における動作向上のために、デジッタバッファに対する入力として使用されうる。既に説明したように、デジッタバッファは、ジッタの正確な程度が判定される前であっても、十分な遅延が到着パケットに加えられることを保証するために、一般に、保守的な値で初期化される。本明細書で開示された例示的なデジッタバッファ４１２では、パケットに含まれるパケット到着統計量の他の情報が、初期化のための現実的な値を決定するための入力として使用されうる。例えば、セクタ負荷が低く、加入者局で受信された信号品質が高く、この信号品質の変化が低いのであれば、加入者局４００は、静止している及び／又は良好な受信領域にあると考えられうる。そのような好ましい状況では、ジッタは小さいと推定され、デジッタバッファは、小さなサイズを持つように構成されうる。上述するように、セクタ負荷は、ＲＡビット又はＴＣＶビットによって決定されうる。これらのビットは、基地局からアンテナ４０４を介して受信され、プロセッサ４１６によって解釈されうる。そして、プロセッサ４１６は、それに従って適応するようにデジッタバッファ４１２に指示しうる。従って、例示しているデジッタバッファは、保守的かつ不必要に長い遅延値で初期化される必要はない。ＶｏＩＰの場合、デジッタバッファのための低い初期値は、ユーザのＶｏＩＰコールの始めにおける小さな遅延に変わるので、ユーザのために改良されたサービスとなる。
例えば定常状態動作中のように、初期化後、セクタ内の信号品質は、デジッタバッファ動作の向上のために使用されても良い。信号品質の変化は、これらの変化がパケット到着時間に影響を与え始める前でさえも、加入者局によって検出されるかもしれない。従って、信号品質測定は、これら変化を検知するようになされ、これら測定値は、影響を受けたパケットが到着し始める前に、デジッタバッファサイズを調節するために使用されうる。
信号品質における変化を検知するために、セクタ信号品質が、時間にわたって測定されうる。ランニングアベレージ（running average）を保つことによって、時間にわたった信号品質変化と平均信号品質とが計算されうる。従って、信号品質における正及び負の両方の変化が、プロセッサ４１６によって特定され、分析される。このプロセッサ４１６はまた、デジッタバッファ４１２の適切な適応を行うことができる。例えば、セクタ信号品質変化は、パケット遅延において今にも起こりそうな（impending）変化を示しうるので、新たな遅延時間に備えてそのサイズを適応するデジッタバッファをトリガする。
１つの実施形態では、フィルタは信号品質のランニングアベレージを追跡するために用いられうる。短期の平均は、セクタ信号品質の変化を検知するために比較されうる。使用されうるフィルタの１つの例は、１．６６ミリ秒のスロット長さを持つ６４のスロットフィルタである。これは、およそ２０ミリ秒の短期平均となるであろう。他のフィルタもまた同様に使用されうることが当業者によって認識されるであろう。ランニングアベレージ測定における連続値を比較することによって、加入者局は、セクタ信号品質における変化を検知しうる。信号品質変化が、負の変化を示す場合、増加したパケット遅延が予期され、プロセッサ４１６は、この遅延に備えてサイズを増加するようにデジッタバッファ４１２に指示しうる。一方、低い信号品質から高い信号品質への変化が検知される場合、パケット遅延の減少が予期され、デジッタバッファ４１２は、そのサイズを縮小しうる。
初期化および定常状態動作に加えて、本明細書で開示したデジッタバッファは、ハンドオフ事象を予期して適応しうる。加入者局４００によって生成されうる、計画された又はスケジュールされたハンドオフに関する予備情報は、実際のハンドオフ事象に先立って、デジッタバッファ４１２に対して適応するようにトリガするために使用されうる。ハンドオフは、１ｘＥＶ−ＤＯシステム及び他の無線システムにおいて、突然かつ極端なパケットジッタの最大のソースかもしれない。ハンドオフ事象は、加入者局によってトリガされ、それらは一般に実行数ミリ秒前にスケジュールされる。１ｘＥＶ−ＤＯでは、例えば、ハンドオフは、その実行１００ミリ秒以上前にスケジュールされるかもしれない。本明細書で開示する例示的な実施形態では、スケジューリング情報は、デジッタバッファ４１２に提供され、デジッタバッファは、ハンドオフに先立って適応されうる。
加入者局４００は、加入者局４００が様々な基地局に対して移動すると、パイロット信号の強度をモニタするセクタ選択アルゴリズムを含みうる。接続している基地局からのパイロット信号が十分減少し、新たな基地局へのハンドオフが必要である場合、セクタ選択アルゴリズムは、スケジュールされたハンドオフを、接続している基地局へ通知するために前記基地局へ送られる信号を生成しうる。１つの実施形態では、この信号はまた、プロセッサ４１６、あるいはデジッタバッファ４１２へも送られる。この信号は、今にも起こりそうなハンドオフに備えてそのサイズを増やすようにデジッタバッファ４１２をトリガしうる。あるいは、プロセッサ４１６のようなプロセッサによって実施されるセクタ選択アルゴリズムは、接続されている基地局へ信号が送られるのと同時又はほぼ同時に、デジッタバッファ４１２に直接信号を送りうる。これによって、デジッタバッファ４１２は、ハンドオフ事象が起こる前のより長い時間における調節が可能となろう。ハンドオフが完了した後、セクタ選択アルゴリズムは、デジッタバッファ４１２に対して信号を送る。これは、デジッタバッファ４１２に対して通常動作を再開するようにトリガする。
図５は、デジッタバッファを適応的に調節する方法を例示する。これによって、その性能は、使用されているエアインタフェースの特性に従って高められる。図５に例示された方法の何れの部位も、デジッタバッファの動作の向上のために、単独で、あるいは、他の部位と組み合わせて使用することができる。ブロック５００では、セクタ負荷、信号品質、あるいは信号品質変化が測定されうる。これらの測定値、あるいはそれらの任意の組合せに基づいて、そのセクタ内の信号において到着するパケットのおおよその遅延が推定される。次にブロック５０２において、適切なデジッタバッファサイズが計算される。例えば、パケット到着遅延が小さいと推定される場合、デジッタバッファサイズは、小さいかもしれない。一方、パケット到着遅延が大きいと推定される場合、デジッタバッファサイズは、大きくする必要がありうる。ブロック５０４では、デジッタバッファが、様々なチャネル条件に基づいて推定されるパケット遅延に従って初期化される。
初期化後、デジッタバッファの動作は、メッセージの送信中に生じうるある事象に従って適応されうる。例えば、信号品質が変化する場合、セクタ負荷が増加するか、あるいは加入者局が基地局から離れるので、パケットジッタが増加するかもしれない。デジッタバッファサイズは、この増加が生じる前に、適応されうる。ブロック５０６では、信号品質の変化が検出されうる。そして、ブロック５０８では、信号品質変化に従ってデジッタバッファサイズを増加又は減少させることによって、デジッタバッファの安定状態動作が調節される。例えば、信号品質が増加した場合、より少ないジッタが予想されうるので、デジッタバッファサイズは減少されうる。一方、信号品質が低下した場合、ジッタの増加が予想されうるので、デジッタバッファサイズは増加されうる。
上記説明したように、パケット遅延における変化を引き起こす別の事象はハンドオフである。ブロック５１０では、ハンドオフは、事象をスケジュールすることによって予期されるかもしれない。例えば、加入者局はハンドオフをスケジュールするかもしれず、また、ハンドオフを予期するデジッタバッファに対してスケジューリング情報を提供しうる。ブロック５１２では、デジッタバッファは、今にも起こりそうなハンドオフに対応するために調節されうる。具体的には、デジッタバッファは、ハンドオフ発生時に経験する増加したジッタを効果的に取り扱うためにサイズを増加する。ブロック５１２におけるデジッタバッファの調節はまた、低いジッタが再び予期される場合に、ハンドオフ後のデジッタバッファサイズを縮小することを含みうる。
もちろん、初期化後、図５に例示する適応手順が任意の順序で実行され、示された正確な順序に限定されないことが理解されるべきである。例えば、信号条件変化の前にハンドオフが生じるかもしれない。その場合、デジッタバッファサイズは、信号品質における変化に応答してデジッタバッファサイズを調節する前に、ハンドオフに対応するように適応されうる。
このように、無線通信からジッタを取り除く斬新で改良された方法及び装置が開示された。上述した記載の全体で引用されているデータ、指示、命令、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、有利なことに、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光学場または光学微粒子、あるいはこれら何れかの組み合わせによって表現されうることを、当業者であれば理解するであろう。これら熟練者であれば、更に、ここで開示された実施形態に関連して記載された様々な説明的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子工学ハードウェア、コンピュータソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせとして実現されることを理解するであろう。様々に例示された部品、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能に関して一般的に記述された。それら機能がハードウェアとして又はソフトウェアとして実現されているかは、特定のアプリケーション及びシステム全体に課せられている設計制約に依存する。熟練技術者は、これらの環境の下、ハードウェアとソフトウェアとは交換可能であり、かつ、各特定のアプリケーションのために記載された機能を実現するのに最良であることを認識する。例として、ここで開示された実施形態に関連して記述された様々な説明的論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、アプリケーションに固有の集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）あるいはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートあるいはトランジスタロジック、例えばレジスタ及びＦＩＦＯのようなディスクリートハードウェア部品、ファームウェア命令のセットを実行するプロセッサ、任意の従来式プログラマブルソフトウェアモジュール及びプロセッサ、又は上述された機能を実現するために設計された上記何れかの組み合わせを用いて実現又は実行されうる。プロセッサは、有利なことにマイクロプロセッサを用いることが可能であるが、代わりに、従来技術によるプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックデバイス、ロジック素子からなるアレイ、あるいは状態機器を用いることも可能である。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは当該技術分野で知られているその他の型式の記憶媒体に収納されうる。典型的なプロセッサは、有利なことに、そこから情報を読み出したり、そこへ情報を書き込むことができるように、記憶媒体に接続される。または、記憶媒体はプロセッサに統合されうる。このプロセッサと記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在することができる。ＡＳＩＣは、電話又は他のユーザ端末内に存在することもできる。あるいはこのプロセッサと記憶媒体も、電話又は他のユーザ端末内に存在することもできる。プロセッサは、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、あるいはＤＳＰコア等と協働する２つのマイクロプロセッサとして実現されうる。
本発明の実例となる実施形態は、このように示され記述された。しかしながら、多くの変形例が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書で開示された実施形態に対してなされることが当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に従ったもの以外には限定されていない。
図１は、無線通信システムを例示する。 図２は、高データレート（ＨＤＲ）送信をサポートする無線通信システムである。 図３は、典型的な無線通信システムの基本的サブシステムを例示するブロック図である。 図４は、典型的な加入者局の基本的サブシステムを例示するブロック図である。 図５は、実例となるデジッタバッファの処理を図示するフローチャートである。

Claims (27)

  1. デジッタバッファを適応させる方法であって、
    エアリンクの特性における変化を検出することと、
    前記特性における変化に基づいてパケット遅延を推定することと、
    前記特性における変化がパケット到着時間に影響を与える前に、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを適応させることと
    を含む方法。
  2. 前記特性は、セクタ負荷の測定値である請求項１の方法。
  3. 前記特性は測定信号品質である請求項１の方法。
  4. 前記特性は前記信号品質の変化である請求項３の方法。
  5. 前記推定されたパケット遅延は、パケット遅延における増加であり、前記デジッタバッファは、そのサイズを増加することにより適応される請求項１の方法。
  6. 前記推定されたパケット遅延は、パケット遅延の減少を含み、前記デジッタバッファは、そのサイズを縮小することにより適応される請求項１の方法。
  7. ハンドオフ事象の前にデジッタバッファを適応させる方法であって、
    前記ハンドオフ事象をスケジュールすることと、
    前記スケジュールされたハンドオフ事象に基づいてパケット遅延を推定することと、
    前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを適応させることと
    を含む方法。
  8. 前記デジッタバッファは、そのサイズを増加させることにより適応される請求項７の方法。
  9. 前記デジッタバッファを適応させることは、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを初期化することを含む請求項１の方法。
  10. 前記デジッタバッファは、前記推定されたパケット遅延の関数として計算されたサイズに初期化される請求項９の方法。
  11. 無線エアリンクによって通信信号を受信するように構成された受信機と、
    エアリンク特性の測定値を取得し、前記エアリンク特性における変化に基づいてパケット遅延を推定し、前記エアリンクの特性における変化がパケット到着時間に影響を与える前にデジッタバッファサイズが適応されるように、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファサイズを計算するように構成されたプロセッサと、
    前記計算されたデジッタバッファサイズに一致することができる適応可能なサイズを持つように構成されたデジッタバッファと
    を備える加入者局。
  12. 前記プロセッサは更に、セクタ負荷の関数として前記デジッタバッファを計算するように構成された請求項１１の加入者局。
  13. 前記プロセッサは更に、信号品質の関数として前記デジッタバッファサイズを計算するように構成された請求項１１の加入者局。
  14. 前記プロセッサは更に、前記信号品質の変化の関数として前記デジッタバッファサイズを計算するように構成された請求項１３の加入者局。
  15. スケジュールされたハンドオフに関する情報を取得し、前記スケジュールされたハンドオフの関数としてパケット遅延を推定し、前記推定されたパケット遅延の関数としてデジッタバッファサイズを計算するように構成されたプロセッサと、
    適応可能なサイズを持つように構成されたデジッタバッファとを備え、
    前記デジッタバッファは、前記計算されたサイズに一致可能である加入者局。
  16. デジッタバッファを適応させる方法を実行するために、コンピュータによって実行可能な命令からなるプログラムを組み込んだコンピュータ読取可能媒体であって、前記方法は、
    エアリンクの特性における変化を検出することと、
    前記特性における変化に基づいてパケット遅延を推定することと、
    前記特性における変化がパケット到着時間に影響を与える前に、前記推定されたパケット遅延に基づいて前記デジッタバッファを適応させることと
    を含むコンピュータ読取可能媒体。
  17. ハンドオフ事象前にデジッタバッファを適応させる方法を実行するために、コンピュータによって実行可能な命令からなるプログラムを組み込んだコンピュータ読取可能媒体であって、前記方法は、
    前記ハンドオフ事象をスケジュールすることと、
    前記スケジュールされたハンドオフ事象に基づいてパケット遅延を推定することと、
    前記推定されたパケット遅延に基づいて前記ジッタバッファを適応させることと
    を含むコンピュータ読取可能媒体。
  18. 無線エアリンクによって通信信号を受信する手段と、
    前記受信した通信信号に基づいて、前記無線エアリンクの特性における変化の検出を判定する手段と、
    前記無線エアリンクにおいて判定された特性の関数としてデジッタバッファサイズを計算する手段と、
    前記デジッタバッファサイズが、前記計算されたサイズに一致するように、前記無線エアリンクの特性における変化がパケット到着時間に影響を与える前に前記デジッタバッファサイズを適応させる手段と
    を備える加入者局。
  19. スケジュールされたハンドオフに関する情報を取得する手段と、
    前記スケジュールされたハンドオフの関数としてパケット遅延を推定する手段と、
    前記推定されたパケット遅延の関数としてデジッタバッファサイズを計算する手段と、
    前記計算されたサイズにデジッタバッファを一致させる手段と
    を備える加入者局。
  20. エアリンクの特性における変化を検出する手段と、
    前記特性における変化に基づいてパケット遅延を推定する手段と、
    パケットを格納する手段と、
    各データパケットに対応する遅延を格納する手段と、
    前記特性における変化がパケット到着時間に影響を与える前に、デジッタバッファのサイズを調節する手段と
    を備えるジッタ補償装置。
  21. 前記調節する手段は、時間ワープを組み込んだ請求項２０の装置。
  22. 前記時間ワープは、受信されたデータレートの関数である請求項２１の装置。
  23. ボイスオーバインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）データを処理するように適応される請求項２０の装置。
  24. 前記受信信号の品質は、無線通信システムにおけるセクタ負荷の関数である請求項２０の装置。
  25. 前記受信信号の品質は、逆方向アクティビティビットの関数である請求項２４の装置。
  26. 前記受信信号の品質は、トラフィックチャネル有効ビットの関数である請求項２４の装置。
  27. ハンドオフを予期して、前記デジッタバッファのサイズを調節するように適応される請求項２０の装置。
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