JP4711361B2 - 無線システムのデータリンクプロトコル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線システムの技術に関し、特に、情報を無線インタフェースを介して送るために使用されるデータリンクパケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ネットワークは、しばしば、一つ以上の有線ネットワークへインタフェースされている。各種の有線ネットワークは、それらに特有であり、しばしば、無線送信の使用に適切でないプロトコルを採用している。詳細に言えば、無線送信は、無線チャネルの変動と非信頼性とにより良く対処するためにそれ自身のプロトコルが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、無線ネットワークにより使用されたプロトコルと、それらがインタフェースするすべての有線ネットワークにより使用されたプロトコルとの間で変換するために、プロトコル翻訳プログラムを使用することが必要である。この様な無線プロトコルは、有線ネットワークへ透過性でなければならない。本発明はこの様なプロトコルを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
有線ネットワークから無線ネットワークへインタフェースする一つの良い方法は、本発明の原理により、２層エラー検出法と結合した２層分割法を使用することである。詳細に説明すると、例えば、接続された有線ネットワークなどの外部ソースから無線ネットワークへのデータは、一般に、ネットワーク層パケットへ配列されており、これは無線ネットワークにおいて受信される。次ぎに、無線ネットワークは、ネットワーク層パケットを無線データリンクパケットへ分割し、無線データリンクパケット内の情報は、必ずしも完全に占有しないが、一つ以上のタイムスロットに配置される部分へ分割される。エラー検出がタイムスロットのそれぞれについて行われる。しかし、エラー検出の本来の性質として、タイムスロットレベルの送信のそれぞれがエラーの無いようにみえる場合でも、無線データリンクパケット内のどこかにエラーがあることがある。従って、第二レベルのエラー検出が、無線データリンクパケットのレベルで行われて、無線データリンクパケット内にエラーがあるかどうかを決定する。本発明の一態様によれば、無線データリンクパケットに検出されたエラーは、エラーが検出された無線データリンクパケットの再送信を必要とするだけであり、ネットワーク層パケットからタイムスロットへ直接にマッピングされたシステムにおいて必要とされたような、全ネットワーク層パケットの再送信を必要としない。
【０００５】
さらに、本システムは、異なる信号点配置でマッピングされた同一ユーザーについての異なるタイムスロットを生成する動的信号点配置へマッピングする方式、従って、タイムスロットが異なるビット・シンボル比率を有する方式を使用するシステムにより使用することができる。これは、信号点配置へマッピングする方式のこの様な変化が、タイムスロットレベルにおいて操作され、無線データリンクパケットにおいては見られないからである。無線リンクパケットへのネットワーク層パケットのこの分割は、無線リンクパケットを搬送するタイムスロットの数と大きさから独立している。さらに、無線リンクパケットにより搬送されるデータが、無線リンクパケットが形成されたネットワーク層パケットに現れるのと同じシーケンスで厳密に存在することを必要とせずに、本システムは無線リンクパケットを送信することができる。この様に、システムは有線ネットワークに対し強固で、透過性であり、エラーが出現すると必要とされる再送信量を最小限にすることができる。
【０００６】
図１は、本発明の原理により構成された、代表的操作可能なビームの時分割多元接続（ＴＤＭＡ）無線通信システム１００を示す。無線通信システム１００は、遠隔端末１０３ー１〜１０３ーＮ（総称して１０３）にサービスする基地局アンテナ１０１、および、遠隔端末１０７ー１〜１０７ーＮ（総称して１０７）にサービスする基地局アンテナ１０５を有する。遠隔端末と特有の基地局との組み合わせは、遠隔端末ー基地局の組み合わせについて達成される最良信号出力と最小干渉に基づいて、システムの実行者により決定される。
【０００７】
操作可能なビームの無線通信システム１００において、遠隔端末ロケーションに形成されるビームパターンは、幅がすべて任意である。ビームの個々の幅は、アンテナ設計上の方向性の関数であり、しばしば、それは幅の広いビームである。一般に、同じビームパターンが、送信と受信の両方に使用される。例えば、３０度の角度を有する遠隔端末ロケーションのアンテナは、すべてのほかの角度が使用することが出来るが、本発明の一つの実施態様に使用されてきた。
【０００８】
通信は基地局と遠隔端末との間で同時に双方向性である。例えば、一つの周波数が基地局から遠隔端末への送信に使用され、もう一つの周波数が遠隔端末から基地局への送信に使用される。
【０００９】
図１の操作可能なビーム無線通信システム１００は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムである。このシステムは反復フレーム構造体を採用しており、各フレーム内に、タイムスロットがある。各タイムスロットは、特定の時間長さである。各タイムスロットは、その他のすべてのタイムスロットのように、同一量の情報、または、異なる量の情報を搬送することができる。
【００１０】
例えば、タイムスロットはそれぞれ、特定の長さを有し、同一数のシンボルを含んでいるが、各タイムスロットに使用された、シンボル当たりのビット数は異なる。図２は、操作可能なビームの無線通信システム１００に使用される代表的フレーム構造体２０１を示す。フレーム構造体２０１は、長さが２．５ｍｓで、その中に６４個のタイムスロット２０３を内蔵しており、タイムスロット２０３ー１〜２０３ー６４を有する。タイムスロット２０３のそれぞれは、データ部分（ＤＰ）２０５と保護部分（Ｇ）２０７を有する。例えば、タイムスロット２０３のそれぞれは２．５／６４ｍｓであり、これは３９．０６２５μｓである。各保護間隔２０７は２μｓで、各データ部分２０５を３７．０６２５μｓであるように残している。同じフレーム構造体は、アップリンク、すなわち、遠隔端末から基地局へ、ダウンリンク、すなわち、基地局から遠隔端末への両方に使用される。
【００１１】
さらに詳細には、各タイムスロット２０３は、実行者によりバンド幅とタイムスロット期間とに基づいて決定される数のシンボルに分割される。例えば、上述のように、保護間隔２μｓを有する３９．０６２５μｓ期間は、３７．０６２５μｓのデータ部分を残している。チャネルバンド幅が５ＭＨｚで、有用なバンド幅が３．９９３６ＭＨｚであるならば、１４８個のシンボルがあり、各長さは約２５０．０４ｎｓである。各タイムスロット２０３のシンボルを符号化するために使用される信号点配置は、単一フレーム２０１内の各タイムスロット２０３について異なり、異なる連続フレーム２０１内の特定のタイムスロット２０３について異なる。
【００１２】
図２において、タイムスロット２０３−１は直交位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）変調を使用し、タイムスロット２０３−２は８位相シフトキーイング（８−ＰＳＫ）を使用し、 タイムスロット２０３−３は１６直交振幅変調（１６−ＱＡＭ）を使用し、タイムスロット２０３−６３は３２直交振幅変調（３２−ＱＡＭ）を使用し、およびタイムスロット２０３−６４は６４直交振幅変調（６４−ＱＡＭ）を使用している。その他のタイムスロットの各タイムスロットにより使用された変調方式は、前述の一つか、または、実行者により実行されるシステムに利用可能な一組の変調方式から選択されたいずれかの方式であり、すべての他のタイムスロットにより使用された変調方式から独立している。
【００１３】
図３は、例えば、有線ネットワークから受信されたネットワーク層パケット３０１と、無線ネットワーク１００（図１）へ送信するための無線データリンクパケットへのその分割を示している。無線データリンクパケット３０３のそれぞれ（図３）は、ヘッダー３０５、ペイロード３０７、および巡回冗長検査（ＣＲＣ）３０９を有する。無線データリンクパケット３０３は、さらに、ａ）タイムスロット２０３の一つへの配置のため（図２）、および、ｂ）無線ネットワーク１００への最終的な送信（図１）のために、タイムスロットサイズの一片へ分割される。無線データリンクパケット３０３と同様に、各タイムスロットはａ）ヘッダー３１５ 、ｂ）ペイロード３１７、および）ＣＲＣ３１９を含んでいる。
【００１４】
各ネットワーク層パケット３０１からの情報が、多数の無線データリンクパケット３０３へ分割され、次ぎに、無線データリンクパケット３０３のそれぞれが、一つ以上のすべて、及びまたは部分的タイムスロットとして送られる。例えば、ネットワーク層パケット３０１のデータは、一つ、一つより少ない、または、一つ以上のタイムスロットに当てはめられる。タイムスロットに配置された無線データリンクパケット３０３の一つの一部、または、全部が、タイムスロット全体を満たさなければ、無線データリンクパケット３０３の次のパケットからの情報が、そのタイムスロットを満たすために使用される。
【００１５】
ヘッダー３１５は常に同一変調方式により送られ、この方式はペイロード３１７及びまたはＣＲＣ２１９に使用された変調方式と異なる。一般に、ヘッダー３１５に使用された変調方式は、システム１００により使用されたすべてのその他の変調方式のサブセットである方式である（図１）。すなわち、ヘッダー３１５に使用された変調方式の信号点配置のすべては、システムに使用されたその他の変調方式のすべてにも見られる。ペイロード３１７（図３）とＣＲＣ３１９は、同じ変調方式を使用している。各タイムスロットは異なる変調方式を使用しているので、各タイムスロットに送られたビット数は、異なる変調方式を使用している各タイムスロットについて異なることがお分かりであろう。
【００１６】
エラー検出がタイムスロット２０１のそれぞれで行われる。エラーがタイムスロットレベルで検出される場合、そのタイムスロットの情報だけが再伝送されることが必要である。あるいは、全無線データリンクパケット３０３が再伝送される。タイムスロットレベルで行われたエラー検出は、無線リンクの品質を決定するのに有用であり、従って、使用される変調方式は決定される。
【００１７】
エラー検出コードの本来の特性として、特定の無線データリンクパケット３０３に関して、そのタイムスロットレベル伝送のそれぞれが、エラーの無いようにみえる場合でもなお、特定の無線データリンクパケット３０３内のどこかにエラーがあることがある。これは、完全なＣＲＣ検査、すなわち、すべてのエラーを検出する検査が無いからである。従って、第二レベルのエラー検出、すなわち、ＣＲＣ３０９による第二ＣＲＣ検査が、無線データリンクパケット３０３のレベルにおいて行われて、パケット内にエラーがあるか、無いかを決定する。
【００１８】
本発明の一つの態様によれば、タイムスロット内、または、無線データリンクパケット３０３の一つの中にエラーがあるならば、エラーが発生する全無線データリンクパケットは、再伝送される必要がある。しかし、最初に送られた、エラーを含んでいる無線データリンクパケットが、現在タイムスロット当たり送ることが出来るより多数のシンボル当たりのビット数を受け入れた変調方式を使用したタイムスロットに送られた可能性がある。その結果、多くのタイムスロットが同じ情報を送るために必要になっている。ネットワーク層パケットを無線データリンクパケットへ分割することにより、エラーを含んでいる無線データリンクパケットだけが、変調方式の変化にかかわらず、再伝送されることが必要であるが、全ネットワーク層パケットの再送信は必要でない。従って、ネットワーク層パケットの無線リンクパケットへの分割は、少なくとも部分的に変調方式の関数である無線リンクパケットを搬送するタイムスロットの数と大きさから独立している。その上、無線リンクデータパケットを再伝送の基本単位とすることにより、再伝送中のタイムスロット内のビット／シンボル数の変化に起因して発生する複雑性が避けられる。
【００１９】
さらに、無線リンクパケットにより搬送されたデータが、無線リンクパケットが形成されたネットワーク層パケットに現れるのと同じシーケンスで厳密に存在すること必要とせずに、本システムは無線リンクパケットを送信することができる。この様に、システムは有線ネットワークに対し強固で、透過性であり、エラーが出現すると必要とされる再送信量を最小限にすることがしばしばある。
【００２０】
図４は、本発明の原理により、ネットワーク層パケットを無線リンクへ送る代表的プロセスを流れ図で示している。ネットワーク層パケットを送る時間になると、プロセスはステップ４０１に入る。次ぎに、ステップ４０３において、ネットワーク層パケットが、例えば、有線ネットワークまたはユーザーデータソースから受信される。その後、ネットワーク層パケットは、ステップ４０５において無線データリンクパケットへフォーマットされる。このプロセスは一般に、ネットワーク層パケットを無線リンクパケットの複数のペイロードへ分割し、適切な制御情報、例えば、ヘッダーとトレーラを追加する。
【００２１】
ステップ４０７から始まり、ループは実行され、ネットワーク層パケットに対応する多様な無線データリンクパケットを送り、エラーのある場合それらを再送信する。ステップ４０７において、前に送られているが、受信側により検出された少なくとも一つのエラーと共に受信されたすべてのパケットが得られる。上述のように、そのパケットの一部である情報と共に送られたいずれかのタイムスロットについてエラーが検出された場合、または、どのタイムスロットも正確に受信されているようであったとしても、パケット全体がエラーを有するとみられたならば、エラーがパケットにおいて検出される。再送信待ちのエラーが存在すると示されたパケットがないならば、次の未送信の無線データリンクパケットが得られる。
【００２２】
ステップ４０９において、現在の変調方式が得られ、ステップ４１１において、タイムスロットを満たすビットが、現在の変調方式により変調されるように、タイムスロットのフォーマッタへ送られる。次ぎに、条件付き分岐点４１３が、現在の無線データリンクパケットの残りの使用可能なビットがタイムスロットを満たしたか、どうかを決定するためにテストする。ステップ４１３のテスト結果がノーであるならば、現在の無線データリンクパケットに残っているビットが、現在の変調方式によりタイムスロットを満たすには不十分であることを示し、制御は次の無線データリンクパケットを得るためにステップ４０７へ戻り、そのビットの幾つかは、現在のタイムスロットに含められる。送信される残りの無線データリンクパケットがなければ、タイムスロットは、例えば、すべてゼロで埋め込まれる。ステップ４１３のテスト結果がイエスであるならば、タイムスロットが満たされていることを示し、制御は、タイムスロットが送られるステップ４１５へ進む。
【００２３】
次ぎに、制御は条件付き分岐点４１７へ進み、分岐点は現在の無線データリンクパケットが完全に送られたか、どうかを決定するためにテストする。ステップ４１７のテスト結果がノーであるならば、制御はステップ４０９へ進み、このプロセスは上述のように続く。ステップ４１７のテスト結果がイエスであるならば、条件付き分岐点４１９は、ネットワーク層パケットが完了しているか、どうか、すなわち、ネットワーク層パケットのすべてのビットがすでに送られているか、どうかを決定するためにテストする。ステップ４１９のテスト結果がノーであるならば、制御はステップ４０７へ戻り、プロセスは上述のように続く。ステップ４１９のテスト結果がイエスであるならば、プロセスはステップ４２１において出る。
【００２４】
複数の無線ビームが使用されるならば、各無線ビームはそれ自身の独立フレームを送ることが出来る。本発明の一つの態様によれば、単一のタイムフレーム期間内でユーザーに使用されタイムスロットは、同じ無線ビームによりすべて送られる必要はない点で有利である。唯一必要なことは、衝突が発生するのを防止し、データが破損するのを避けるために、タイムスロットが時間的に重複してはならないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理により構成された代表的操作可能なビームＴＤＭＡ無線通信システムの図。
【図２】図１に示された操作可能なビーム無線通信に使用される代表的フレーム構造の図。
【図３】例えば、有線ネットワークから受信されたネットワーク層パケットと図１の無線ネットワークへ送るための無線データリンクパケットへの分割の図。
【図４】本発明の原理によるネットワーク層パケットを無線リンクへ送るための代表的プロセスの流れ図。
【符号の説明】
１００ 無線通信システム
１０１ 基地局アンテナ
１０３−１〜Ｎ 遠隔端末
１０５ 基地局アンテナ
１０７−１〜Ｎ 遠隔端末
２０１ フレーム構造
２０３−１〜６４ タイムスロット
２０５ タイムスロットのデータ部分（ＤＰ）
２０７ 保護間隔部分（Ｇ）
３０１ ネットワーク層パケット
３０３ 無線データリンクパケット
３０５ 無線データリンクパケットのヘッダー
３０７ 無線データリンクパケットのペイロード
３０９ 無線データリンクパケットの巡回冗長検査
３１５ タイムスロットのヘッダー
３１７ タイムスロットのペイロード
３１９ タイムスロットの巡回冗長検査

Claims (16)

1. 無線インタフェースを介してデータを通信することに使用する方法において、無線インタフェースが、前記データのビットをシンボルへマッピングするために、複数の変調方式を使用する、前記方法において、
   ネットワークパケットを無線データリンクパケットへ分割する分割ステップ、
   エラー検出コードを前記無線データリンクパケットのそれぞれに追加する追加ステップ、
   前記無線データリンクパケットを、一定数のシンボルのタイムスロットへ分割する分割ステップであって、各タイムスロットに含まれた前記データビットの数が、前記複数の変調方式のうちの特定の１つの関数であり、該特定の１つが前記各タイムスロットに対して現在使用されている変調方式である、分割ステップ、
   前記変調方式のその各一つを各タイムスロットに使用して、エラー検出コードを前記タイムスロットの各々に追加する追加ステップ、
   前記タイムスロットを前記無線インタフェースを介して送信する送信ステップ、
   前記無線データリンクパケットの少なくとも一つの受信に際して、受信側にエラーが発生したことを決定する決定ステップ、及び
   再送信のステップであって、前記エラーを含んでいる前記無線データリンクパケット内のデータ、及び再送信時点における無線リンクの品質に基づいて決定された前記再送信されるべきデータについての前記複数の変調方式のうちの１つを用いて実行する再送信に必要なオーバーヘッドのみを再送信する再送信ステップ
   からなることを特徴とする方法。
2. 前記決定ステップにおいて、前記エラーが前記送信されたタイムスロットの特定の一つに発生したことが決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記決定ステップにおいて、前記エラーが前記無線データリンクパケットの前記送信されたタイムスロットの一つに発生したことが決定されるが、前記エラーを含んでいる特定のタイムスロットが明確に識別されないことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記決定ステップにおいて、前記エラーが前記送信されたタイムスロットの特定の一つに発生したことが決定され、前記再送信ステップにおいて、前記特定のタイムスロットの前記データが以前送信されたときに使用されたものと異なる前記変調方式の一つが使用される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記決定ステップにおいて、前記エラーが前記送信されたタイムスロットの特定の一つに発生したことが決定され、前記再送信ステップにおいて、前記特定のタイムスロットの前記データが以前に送信されたときに使用されたものと同じ前記変調方式が使用される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記無線データリンクパケットが一定のバイト長を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記無線データリンクパケットが可変長さのパケット内に指定されている可変バイト長を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記システムが一定長さの無線データリンクパケットと可変長さの無線データリンクパケットの双方を使用しており、どちらの無線データリンクパケットであるかが前記無線データリンクパケットのヘッダーにおいて識別されることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記分割ステップにおいて、各タイムスロットに割り当てられたビット数が、前記タイムスロットに使用された前記変調方式の関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記再送信ステップが、
    以前に決して送信されていない前記ネットワーク層パケットの無線データリンクパケットで交互配置され、再送信する、
    別のネットワーク層パケットのデータ送信前に、前記ネットワーク層パケットの前記無線データリンクパケットのすべての送信に続いて再送信する、
    前記無線データリンクパケットの前記データのすべての送信に続き、前記ユーザーからの別のネットワーク層パケットのデータ送信の後に再送信する、
    前記ネットワーク層パケットの前記データが最初に前記タイムスロットにおいて送られた順番と異なる順番で再送信する、
    から構成されるセットのうちの一つの態様でデータをタイムスロットから再送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記タイムスロットのそれぞれに追加された前記エラー検出コードが、各前記タイムスロット内で発生する特定のエラーの存在を検出することが出来ることを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記無線データリンクパケットのそれぞれへ追加された前記エラー検出コードが、前記タイムスロットのそれぞれに追加された前記エラー検出コードのいずれによっても検出できないエラーであり、かつ、前記無線データリンクパケット内で発生するエラーの存在を検出することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. データを無線インタフェースを介して通信することにおいて使用される方法において、前記無線インタフェースが、一定数のシンボルを有するタイムスロットを使用し、前記シンボルが、複数の変調方式の一つによりシンボルへマッピングされるデータビットを有する前記方法において、
    ネットワーク層ネットワークパケットを無線データリンクパケットへ分割し、各前記ネットワーク層ネットワークパケットがエラー検出コードを有する分割ステップ、
    前記無線データリンクパケットを前記タイムスロットへ分割するステップであり、各前記タイムスロットがさらに、各タイムスロットについて、前記変調方式のその各方式を使用するエラー検出コードを有する分割ステップ、
    前記タイムスロットを送信するステップ、及び
    少なくとも一つの前記無線データリンクパケットの受信に際して受信機においてエラーが発生した場合に、エラーを含む前記少なくとも１つの特定の無線データリンクパケット内のデータ及び再送信のために必要なオーバーヘッドのみを再送信する再送信ステップであって、該再送信ステップが、前記再送信の時点における無線リンクの品質に基づいて決定された再送信されるべきいずれかのデータについての前記複数の変調方式を用いて実行される、再送信ステップ
    からなることを特徴とする方法。
14. 前記再送信ステップにおいて、前記少なくとも一つのタイムスロットの前記データが以前送信されていたとき使用されていた方式と異なる前記変調方式の一つが、少なくとも一つのタイムスロットについて使用されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記再送信ステップが、
    以前に決して送信されていない前記ネットワーク層パケットの無線データリンクパケットで交互配置され、再送信する、
    別のネットワーク層パケットのデータ送信前に、前記ネットワーク層パケットの前記無線データリンクパケットのすべての送信に続いて再送信する、
    前記無線データリンクパケットの前記データのすべての送信に続き、前記ユーザーからの別のネットワーク層パケットのデータ送信の後に再送信する、
    前記ネットワーク層パケットの前記データが最初に前記タイムスロットにおいて送られた順番と異なる順番で再送信する、
    から構成されるセットのうちの一つの態様でデータをタイムスロットから再送信することを特徴とする請求項１３記載の方法。
16. データを無線インタフェースを介して通信することに使用される方法にして、前記無線インタフェースが一定数のシンボルを有するタイムスロットを使用し、前記シンボルが、複数の変調方式の一つによりシンボルへマッピングされるデータビットを有する前記方法において、
    ネットワーク層パケットを一つ以上のタイムスロットとして送る送信ステップにおいて、前記タイムスロットがそれぞれ独立して選択された前記複数の変調方式の一つによりマッピングされる前記送信ステップであり、前記タイムスロットがそれぞれ、前記ネットワーク層パケットが分割された複数の無線リンクデータパケットの各一つの一部である送信ステップ、及び
    前記ネットワーク層パケットを送信するステップの後に、エラーで受信されたと示された特定の無線データリンクパケットを構成するすべてのタイムスロット中にある前記ネットワーク層パケットの情報だけを再び送信する再送信ステップ
    からなり、
    前記再び送信するステップにおいて、各タイムスロットが、前記ネットワーク層パケット送信ステップと前記再び送信するステップとにおいて送信された他のいずれのタイムスロットからも独立して選択された前記複数の変調方式の一つによりマッピングされる、ことを特徴とする方法。

Images