JP4660514B2 - 無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法および装置 - Google Patents
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Description
たとえば、T1型連続データサービスは、良く制御された配信待ち時間を持つ多数の帯域幅を通常求める。終了させられるまで、それらのサービスは各フレームごとに一定の帯域幅割当てを求める。対照的に、インターネット・プロトコル・データサービス(TCP/IP)などのある種のデータサービスは帯域幅要求が急変し、しばしば休止し(休止の場合には、ある任意の時刻には必要とする帯域幅は零であることがある)、動作時には遅延の変化にかなり鈍感である。基地局メディア・アクセス制御(「MAC」)は、利用可能な帯域幅をアップリンクおよびダウンリンクにおける物理的チャネルに割当てる。アップリンク・サブフレームとダウンリンク・サブフレーム内では、基地局MACは、種々のサービスの質(QoS)により課される優先順位および規則に依存して、種々のサービスの間に利用可能な帯域幅を割当てる。MACは、MAC「層」(TCP/IPなどの情報上部層)と「物理的層」(物理的チャネルにおける情報)の間でデータを伝送する。
その理由は、システムがヘッダを失うと、プロトコルは物理的層境界の初めにおいて次のヘッダを見付けるまで、以後のデータの全てを見落とすからである。その後でシステムは、その物理的層境界からデータを使用することを始める。そうすると、可変長さデータパケット・プロトコルは、受けたデータ(すなわち、失われたヘッダと次の物理的境界の間で受けたデータ)をかなり大量に失う。したがって、それは無線通信システムで使用するためには効率の低い通信プロトコルである。
もし長ければ、この方法はMACパケットを断片化し、断片を引き続くTC/PHYパケットにマップする段階へ進む。この方法および装置は、FDD通信システムまたはTDD通信システムに使用するようにできる。TDDシステムに使用される場合には、引き続くTC/PHYパケットは同じTDDフレーム内で連続して伝送されることが好ましい。
本発明の好適な実施例は、ブロードバンド無線通信システムにおいてデータを伝送および同期する方法および装置である。ブロードバンド無線通信システム、および複数のユーザーにより共用される物理的通信媒体を有する同様な種類の何らかの通信システム、の重要な性能基準は、システムが物理的媒体をいかに効率よく使用するかである。無線通信システムは、媒体共用通信システムであるので、加入者によるアクセスおよびネットワークへの伝送は制御せねばならない。無線通信システムにおいては、媒体アクセス制御(「MAC」)通信プロトコルが物理的媒体へのユーザーアクセスを通常制御する。MACは、加入者が物理的媒体での伝送を許される時を決定する。また、競合が許されるならば、MACは競合過程を制御して、起きるいかなる衝突も解消する。
また、MACは、インターネット・プロトコル(IP)データサービスなどの低い優先順位のサービスにわたって、残りのシステム帯域幅を割当てなければならない。MACは、公平に重み付けられた待ち合わせまたはラウンドロビン待ち合わせなどのQoSに依存する種々の技術を用いて、それらの低い優先順位のサービスの間で帯域幅を分配する。
本発明の好適な実施例では、基地局106は、アップリンク通信リンクおよびダウンリンク通信リンクに割当てられた帯域幅のサブフレーム・マップを維持する。未決の関連する米国特許出願第08/974376号に詳細に記述されているように、アップリンクとダウンリンクは、時分割多重化(すなわち「TDD」)式に多重化することが好ましい。本発明は、TDD方式での応用に関して説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。通信技術の当業者は、本発明の方法および装置をFDD方式に容易に適合できることを認識できるはずである。
図3は、情報を複数のCPE110へ送るために、基地局106により使用できるダウンリンク・サブフレーム300の1つの例を示す。基地局は、ダウンリンク帯域幅割当てを反映するダウンリンク・サブフレーム・マップを保持することが好ましい。ダウンリンク・サブフレーム300は、フレーム制御ヘッダ302と、変調の形式によってグループにまとめられて、異なる形式で変調されているデータを分離するために用いられる組み合わされた変調遷移間隙(MTG)306により分離される複数のダウンリンクデータPS304(たとえば、PS304データはQAM‐4を用いて変調され、PS304′データはQAM‐16を用いて変調されている、等)と、送信/受信遷移間隙308とを含むことが好ましい。選択された任意のダウンリンク・サブフレームには、異なる変調形式で変調されたデータブロックの任意の1つまたは複数のものがなくてもよい。一実施例では、変調遷移間隙(MTG)306の持続時間は0PSである。図3に示されているように、フレーム制御ヘッダ302は、同期および等化のために物理的制御層(またはPHY)により使用されるプリアンブル310を含んでいる。フレーム制御ヘッダ302は、PHY(312)とMAC(314)のための制御セクションも含んでいる。
図4は、データを伝送し、同期する本発明に使用するようにされているアップリンク・サブフレーム400の一例を示す。このデータを伝送し、同期する方法および装置に従って、CPE110(図1)は、アップリンク・サブフレーム400を用いて情報(帯域幅要求を含んでいる)をそれに関連する基地局106に送る。図4に示されているように、アップリンク・フレーム中にCPE110により送られる3つの主なクラスのMAC制御メッセージ、(1)CPE位置決めのために保留されている競合スロット(位置決め競合スロット402)内で送られるMAC制御メッセージ、(2)帯域幅割当てのためにマルチキャスト・ポールおよび放送ポールに応答するために保留されている競合スロット(帯域幅要求競合スロット404)内で送られるMAC制御メッセージ、(3)個々のCPEに特に割当てられた帯域幅で送られるMAC制御メッセージ(CPEがスケジュールしたデータスロット406)、がある。
本発明の重要な特徴は、より高い通信プロトコル層(連続許可(「CG」)および需要を割当てられた多重アクセス(「DAMA」))を要約できることである。本発明の一実施例では、基地局106はMACを介するサービス・アクセスポイント(SAP)と物理的データとの間の層状伝送アーキテクチャを保持する。
種々のSAPが、種々の通信プロトコルと待ち時間要求を有する。要約の最高レベルにおいては、T1などのCGデータサービスが良く制御された配信待ち時間を持つ非常に広い帯域幅を通常要求する。対照的に、インターネット・プロトコル・データサービス(TCP/IP)などのDAMAデータサービスは、突発的(bursty)で、しばしば無通話(これは、1つの任意の時刻には零帯域幅である)で、かつ動作している時も遅延の変化にかなり鈍感である、層状データ伝送アーキテクチャはブロードバンド無線通信システムにおいて種々のSAPとインタフェースするためのメカニズムを提供する。
図5に示されているように、収束サブプロセス(CS)層502とMAC層504が、ブロードバンド無線通信システムにおいてデータを送るためにインタフェースする。収束サブプロセスとそれのアクセスポイントが、サービスに特化した接続の設定および保守とデータ伝送のためにより高い通信プロトコル層に対するインタフェースを行う。データの収束サブプロセスは、この技術において周知である。1つのそのような収束サブプロセスが、Harry J.R.DuttonおよびPeter Lenhard著「同期転送モード(ATM)、技術的概観
(A Synchronous Transfer Mode(ATM),Technical Overview)」第2版、3‐21〜3‐24ページ、Prentice Hall、1995年10月、に記載されている。MACは、時分割多重化(TDM)、高次層制御メッセージ(HLCM)、継続許可(CG)および需要割当てマルチアクセス(DAMA)などの通信プロトコルの高次層にSAPを提供する。図5に示されているように、MACは、高レベルメディア・アクセス仲裁(HL‐MAA)層502と低レベルメディア・アクセス仲裁(LL‐MAA)層504との2つの層を有することが好ましい。
MACパケットデータは、無線通信システムにおける高次通信プロトコル層 (たとえば、CGとDAMA)と低次通信プロトコル層(たとえば、TCとPHY)との間で交換されたデータを表す。本発明の好適な実施例では、全ての用途のためのデータは、接続IDと各種の状態ビットを含んでいるヘッダが前に付されているパケットで送られる。接続IDは、基地局により加入者局へ送られるデータを認識するためのメカニズムを、加入者局に提供する。加入者局は、接続IDにより参照される情報を基にして、パケットを適切に処理する。
標準MACアップリンク・パケット・フォーマット600cは、標準MACダウリンク・パケット・フォーマット600aに類似している。それについては、以下で説明する。
図7は、本発明に使用するようにされているTC/PHYパケット700の好適な実施例のフォーマットを示す。TC/PHYパケット700のフォーマットは、全長が228ビットである5つの異なるフィールドを有することが好ましい。
TC/PHYパケット700は、「TCデータユニット」(TDU)とも呼ばれる。図7に示されているように、TC/PHYパケット700は8ビットヘッダ702と、208ビット・ペイロード・フィールド712と、12ビットCRCフィールド712とを有する。ヘッダ702は、ヘッダ存在(HP)フィールド704と、ヘッダ保留(R)フィールド706と、位置フィールド(Pos)フィールド708とを有することも好ましい。ヘッダ存在フィールド704の長さは1ビットであって、TC/PHYパケット700内に存在するMACヘッダのスタートの存在(または不存在)についての情報を提供する。MACヘッダは、TC/PHYパケット700内のどこかでスタートすると、ヘッダ存在フィールド704は論理1にセットされ、さもなければ論理0にセットされる。保留フィールド706は、ヘッダ存在フィールド704の後に続く。保留フィールド706は、長さが2ビットであって、将来の使用のために選択により保留される。位置フィールド708は、保留フィールド706の後に続く。位置フィールド708は、長さが5ビットであって、ペイロード内のMACヘッダ、がスタートするバイト位置を示すことが好ましい。TC/PHYパケット700は、208ビット(すなわち、26バイト)のペイロードを有することが好ましい。ペイロード712は、下で詳細に説明するMACパケット情報を含む。図7に示されているCRCフィールド710は、ペイロード712の後に続く。CRCフィールド710の長さは、12ビットである。CRCフィールド710は、周知の周期的冗長性検査技術を用いて誤り訂正機能を行う。TC/PHYパケット・フォーマット700 (TDU)は、MAC実体(パケット)をPHY要素へマッピングするために機構を提供する。以下に、この機構について詳しく説明する。
本発明の一実施例では、BS LL‐MAAは、物理的チャネルの利用可能な帯域幅の割当てとマッピングの全てを、高次通信プロトコル層から受けた要求のサービス要求の優先順位および質を基にして行う。また、帯域幅の利用可能性は、BSと個々のCPEの間の許容ビット誤り率(BER)を達成するために求められる変調を基にすることが好ましい。BS MACは、PHYからの、特定のCPEに対して求められる変調を決定するための信号の質、すなわち、利用できる帯域幅、についての情報を使用することが好ましい。BS LL‐MAAがアップリンク帯域幅をCPEに一度割当てると、各CPEのLL‐MAAはそれが突出しているアップリンク要求にその帯域幅を割当てる。
上で説明し、かつ未決の米国特許出願第09/316518号に記載されているように、本発明に使用されるようにされているダウンリンク・サブフレーム300の好適な実施例(図3)は、固定長のプリアンブル310と、PHY制御部312と、MAC制御部314とを含んでいるフレーム制御ヘッダ302でスタートする。このフレーム制御ヘッダ302によってCPEをダウンリンクに同期させること、およびアップリンクとダウンリンクとのマッピングを決定することを許す。
本発明に使用するようにされているアップリンク・サブフレーム400(図4)は、図4を参照して上で説明したように、アップリンク競合アクセス・スロットを有することが好ましい。アップリンク・サブフレーム400は、選択により使用できる位置決め競合スロット402で始まることが好ましい。局の位置決め中に使用するために、いくつかの位置決め競合スロット402がPHYに定期的に割当てられることが好ましい。好適な一実施例では、位置決めメッセージは1PSプリアンブルの後に続き、単独で送られることが好ましい。また、他のMAC制御メッセージは、同じMACパケットにパックしないことが好ましい。帯域幅要求競合スロット404は、帯域幅要求のためのマルチキャスト・ポールおよび放送ポールに応答するために割当てることが好ましい。好適な一実施例では、帯域幅要求メッセージは、帯域幅要求競合期間中に送られる時は、1PSプリアンブルを先行させて、全TDUに付加することが好ましい。CPEは、他の接続に対する付加帯域幅要求を同じMACパケットに全TDUへのパディングの一部としてパックできる。次に、アップリンク・マッピングについて説明する。
本発明の好適な実施例では、図6a〜6dを参照して説明したように、ペイロードは、可変長MACパケット600a,600b,600c,600dのフォーマットを送ることが好ましい。MACパケット600a,600b,600c、600dの長さに依存して、本発明は、物理的層508(図5)にマッピングした時にMACパケット600a,600b,600c,600dを断片化し、または連結する。本発明の好適な実施例では、TC/PHYパケット700は、最大容量が208ビットであるペイロード712(図7)を有する。好適な最大である208ビットは単なる例であって、他のTC/PHYパケット・フォーマットを使用できること、および種々の最大ペイロードを持つことができることをこの分野の当業者は理解されるであろう。ときにはTC/PHY700は、MACパケット600a,600b,600c,600dをマッピングするために利用できる最大容量より小さい容量を持つことができる。この状況は、以前のMACパケットまたはMACパケットの断片が現在のTC/PHYパケット700に既にマップされている時に起きる。たとえば、好適な実施例では、96ビットのMACパケットがTC/PHYパケット700にマップされたとすると、次のMACパケット600を、連結技術を用いてマッピングするために、112ビットをTC/PHYパケット700のペイロード712において利用できる。可変長MACパケットを送り、かつこのようにしてTC/PHYパケット700にマッピングする手順が図11に示されており、以下に詳細に説明する。
この方法は、MACパケット600が現在のTC/PHYパケット700のペイロード712より長いかどうかを判定するステップ152へ進む。もし長ければ、この方法はステップ154へ進み、そのステップではMACパケット600を断片化し、長くなければこの方法はステップ160へ進み、そのステップではMACパケット600をTC/PHYパケットにマップする。
要約すれば、データを伝送および同期する本発明の方法および装置は、無線通信システムでデータを伝送および同期する、強力で非常に効率的な手段を含む。データを伝送および同期するこの方法および装置は、データフォーマットとデータ伝送技術の組合わせを用いて、通信システムにおいてデータを効率的に伝送する。
有利なことに、本発明はデータの喪失が起きた時に層を迅速に同期する。この迅速な同期は、データまたは無線リンクの再設定時に2つ以上のMACメッセージのデータ喪失を阻止する。また、多数のMACパケットは本発明の技術を用いて多数のTC/PHYパケット700にマップすることが好ましい。
更に、本発明の方法および装置は、ほぼいかなる種類の通信システムにも使用できる。それの用途は、無線通信システムに限定されるものではない。1つのそのような例は、衛星通信システムに本発明を使用することである。そのような通信システムでは、衛星は上記基地局の代わりをする。また、CPEは、衛星から一定の距離にもはや配置されていない。あるいは、本発明は、有線通信システムに使用できる。有線システムと無線システムとの唯一の違いは、チャネル特性が両者の間で異なることである。しかし、データの伝送および同期は、2つの種類のシステムの間で変化はない。したがって、本発明は、説明した特定の実施例によって限定されるのではなく、添付した特許請求の範囲によってのみ限定される。
108 アンテナアレイ
110 CPE
200 TDDフレーム
202 フレーム
204,204′ 物理的スロット
304 ダウンリンク・サブフレーム
306 変調遷移間隙
308 送信/受信遷移間隙
310 プリアンブル
312 PHY制御部
400 アップリンク・サブフレーム
402 位置決め競合スロット
404 帯域幅要求競合スロット
406 CPE予定されたデータスロット
408 CPE遷移間隙
502,504 MAC層
506 伝送収束層
508 物理的(PHY)層
600 可変長MACパケット
604 ヘッダ・フラッグ・フィールド
605 ポールミー・フィールド
606 パワー制御フィールド
608 暗号化ビットフィールド
610 ID保留フィールド
612 接続IDフィールド
614 断片化制御フィールド
616 パケット喪失優先順位フィールド
618 長さ保留フィールド
620 長さフィールド
622 ぺイロード・フィールド
623 固定長ペイロード
640,650,660,670 MACダウンリンク・ヘッダ
700 TC/PHYパケット
Claims (12)
- 無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法であって、前記無線通信システムは、組合わされた対応する基地局と交信する複数の顧客構内機器(CPE)を含み、前記基地局は、アップリンク通信リンクおよびダウンリンク通信リンクにおける帯域幅割当てを表すアップリンク・サブフレームマップおよびダウンリンク・サブフレームマップを保持し、前記基地局は、複数のデータメッセージを有する組合わされた対応するメディア・アクセス・コントロール(MAC)を含み、かつ前記MACは、MACデータメッセージを、層状にされたデータ・トランスポート・アーキテクチャで少なくとも1つのTC/PHYパケットにマップされているMACデータパケットを介して伝送する、無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法において、
(a) MACデータパケットを得るとともにTC/PHYパケットを得るステップと、
(b) 前記MACデータパケットを前記TC/PHYパケットにマップするのに、前記TC/PHYパケットに十分なビットが得られるか否かを判定するステップと、
(c) 十分なビットを利用できることがステップ(b)で判定されたならば、ステップ(d)へ進み、さもなければ得られたMACデータパケットを断片化し、第1の断片を第1のTC/PHYパケットにマッピングし、次いで残りの断片を引き続くTC/PHYパケットにマッピングし、その後でステップ(a)に戻るステップと、
(d) 得られたMACデータパケットを第1のTC/PHYパケットにマッピングするステップと、
(f) 前記第1のTC/PHYパケットにビットが残っていれば更なるMACデータを得てステップ(b)に進み、さもなければステップ(a)に戻るステップと
を備えたことを特徴とする、無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法。 - 請求項1記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
MACデータパケットは、MACヘッダと、nビットの長さを持つMACペイロードを備えた、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項2記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
nは変数である、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項2記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
nは一定である、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項2記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
MACヘッダは、断片化制御フィールドを更に備え、
この断片化制御フィールドは、MACデータメッセージの断片化についての情報を含んでいる、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項2記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
前記TC/PHYパケットは、TC/PHYペイロードおよびTC/PHYヘッダを更に有する、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項6記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
前記TC/PHYヘッダは位置フィールドを備え、前記位置フィールドは、前記MACヘッダのバイト位置、前記TC/PHYペイロード内に存在するかに関する情報を提供する、データを同期化し伝送する方法。 - 請求項1記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
前記ステップ(d)のTC/PHYパケットに前記MACデータパケットをマッピングするステップは、TC/PHYパケットをエンコードするステップを備えたデータを同期化し伝送する方法。 - 請求項8記載のデータを同期化し伝送する方法であって、
前記TC/PHYパケットは、リード−ソロモン符号化により符号化されるデータを同期化し伝送する方法。 - 無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法であって、前記無線システムは、基地局と交信する複数の顧客構内機器(CPE)を含み、前記基地局は、アップリンクおよびダウンリンク通信リンクにおける帯域幅割当てを表すアップリンクおよびダウンリンク・サブフレーム・マップを保持し、前記基地局は、組合わされた対応するメディア・アクセス・コントロール(MAC)を含み、このMACは複数のデータメッセージを有し、前記MACは、MACデータメッセージを、層状にされたデータ・トランスポート・アーキテクチャで少なくとも1つのTC/PHYパケットにマップされているMACデータパケットを介して伝送する、無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法において、
MACデータパケットを得るとともにTC/PHYパケットを得る手段と、
前記MACデータパケットを前記TC/PHYパケットにマップするために前記TC/PHYパケットに十分な利用可能ビットが存在するかどうかを判定する手段と、を備え、
十分なビットが得られると判定されたら、得られたMACデータパケットを前記第1のTC/PHYパケットにマッピングし、
さもなければ得られたMACデータパケットを断片化して第1の断片を前記第1のTC/PHYパケットにマップし、次いで残りの断片を後続のTC/PHYパケットにマップし、
前記第1のTC/PHYパケットに得られるビットが残っていれば、更なるMACデータパケットを得てそれを処理する、無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法。 - 汎用コンピューティング装置で実行可能なコンピュータ・プログラムであって、前記プログラムは、無線通信システムで同期することおよび伝送することができ、前記無線通信システムは、組合わされた対応する基地局と交信する複数の顧客構内機器(CPE)を含んでおり、前記基地局は、複数のMACデータメッセージを有する組み合わされた対応するメディア・アクセス・コントロール(MAC)を含み、前記MACは、層状にされたデータ・トランスポート・アーキテクチャで少なくともTC/PHYパケットにマップされているMACデータパケットを介してMACデータメッセージを伝送する、汎用コンピューティング装置で実行可能なコンピュータ・プログラムにおいて、
(a) MACデータを得るとともにTC/PHYパケットを得るステップと、
(b) 前記MACデータパケットを前記TC/PHYパケットにマップするために前記TC/PHYパケットに十分な利用可能ビットが存在するかどうかを判定するステップと、
(c) 十分なビットを利用できることがステップ(b)で判定されたならば、ステップ(d)へ進み、さもなければ得られたMACデータパケットを断片化し、第1の断片を第1のTC/PHYパケットにマッピングし、その後で残りの断片を引き続くTC/PHYパケットにマッピングし、その後でステップ(a)に戻るステップと、
(d) 得られたMACデータパケットを第1のTC/PHYパケットにマッピングするステップと、
(f) 前記第1のTC/PHYパケットにビットが残っていれば更なるMACデータを得てステップ(b)に進み、さもなければステップ(a)に戻るステップと
を備えたことを特徴とする、無線通信システムにおいてデータを同期化し伝送する方法。 - 組合わされた対応する基地局と交信する複数のCPEを含む無線通信システムにおける情報のパケットを伝送する方法であって、前記基地局は、層状にされたデータ・トランスポート・アーキテクチャで少なくとも1つのTC/PHYパケットにマップされたMACデータパケットを伝送するメディア・アクセス・コントロール(MAC)を含む、無線通信システムにおいてデータを再同期する方法において、
(a) 現在のTC/PHYパケットの準備を始め、
(b) 次に処理される現在のMACパケットまたはMACパケットの現在の断片を特定し、
(c) 現在のMACパケットまたは現在の断片が現在のTC/PHYパケットのペイロードで得られる空間よりも大きいか否かを判定し、
(d) 現在のMACパケットまたは現在の断片が現在のTC/PHYパケットのペイロードで得られる空間よりも大きいか否かを判定し、
次いで現在のMACパケットまたは現在の断片を第1および第2の断片に分け、現在のTC/PHYパケットのペイロードで得られる前記空間を満たすように第1の断片をマップし、
現在のTC/PHYパケットのペイロードで得られる空間があればステップ(b)に戻り、現在のTC/PHYパケットのペイロードで得られる空間がなければステップ(a)に戻る、
無線通信システムにおける情報のパケットを伝送する方法。
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