JP4750331B2 - 無線通信システムにおけるパケット割り当ての方法 - Google Patents

無線通信システムにおけるパケット割り当ての方法 Download PDF

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Description

【０００１】
本発明は、パケット伝送および無線通信転送を使用する電気通信システムに関する。より詳細には、本発明は、無線通信システムにおける限られたタイムスロット内に、パケット伝送から入来するパケットを割り当てる方法に関する。
【０００２】
双方向サービスの提供を目的とした伝送システムにおいて、通信に必要なサービスの厳格な品質を規定することは、極めて重要である。これらのサービスが全てのシステムの時間応答と連動されているため、それらの時間遅延が、このサービスの品質を保証するために最適化されなければならない。システム応答時間が、必要なサービスのタイプによって規定される限界値未満の時は、時間遅延が認知されないことが知られている。例えば、電話通信は約４００ミリ秒の限界値を有するが、医学用遠隔システムは５ミリ秒の限界値を有する。したがって、システム自体による時間遅延は、極めて重要である。
【０００３】
電気通信システムおよび無線通信システムにおいて、伝送の品質を計るビットエラー率（ＢＥＲ）は、エラー訂正コードを使用して改善できる。パケット（または、セル）伝送において、この訂正コードは、２つの方法で使用できる。すなわち、パケットインタリーブを備えた個別パケット符号化またはグループ符号化である。このインタリーブ法は、要求されたＢＥＲに達するために必要な雑音信号比（ＳＮＲ）閾値の低減を可能にする。一方、この方法は、インタリーブされたパケットグループ全体を復号するために、これを待たなければならない。
【０００４】
米国特許５，２３１，６３３において、異なるトラフィックタイプからの高速パケットが重み付けされたラウンドロビン帯域割り当てメカニズムの使用を通じて互いに多重化される統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）高速パケットネットワークにおける使用のための待合せ（ｑｕｅｕｉｎｇ）および待合せ解除（ｄｅｑｕｅｕｉｎｇ）のメカニズムが開示されている。特定のトラフィックタイプ内の高速パケットは、回線優先サービス（５１４）のヘッド、パケット廃棄メカニズム、または、それらの両方の使用を通じて、伝送のために選択される。重み付けされたラウンドロビン帯域割り当てメカニズムは、特定のトラフィックタイプを示す各待ち行列グループのクレジットカウンタに部分的に基づいて機能する。
【０００５】
米国特許５，９０５，７３０において、異なるセッションに関するパケットのスケジューリングにおいて高度な公正さ（ｆａｉｒｎｅｓｓ）を提供するパケットスケジューラが開示されている。同様に、このスケジューラは、異なる要件を有する可能性があり、異なる伝送速度で動作する可能性がある複数のセッションからのパケットに対するパケット遅延を最小限に抑える。パケットがスケジューラによって受信された時、そのセッションが何らかの保留パケットをもつかどうか、および、そのセッションの先行パケットの実質終了時刻およびパケット到着時刻の値に基づいて、パケットは、そのパケット自身のパケット実質開始時刻を割り当てられる。続いて、スケジューラは、パケットの長さおよび速度に基づいてパケットに必要な転送時間を決定することによって、および、パケットのパケット実質開始時刻に転送時間を加えることによってパケットの実質終了時刻を決定する。続いて、最小実質終了時刻を備えたパケットが、転送のためにスケジューリングされる。上述の方法における伝送のためにパケットを選択することによって、利用可能な帯域は、保証されたセッション速度に比例した比率に分けることができ、これによって、スケジューラに高度の公正さを提供し、一方、パケットが、送出される前にスケジューラ内で待機する時間の合計をも最小限に抑える。
【０００６】
米国特許５，９１７，８２２において、本発明による方法が、弾性的（ｅｌａｓｔｉｃ）および非弾性的なアプリケーションの両方を収容するための共有メディアパケット交換ネットワークにおいて、公正かつ動的に、帯域を割り当てる。ヘッドエンドコントローラによって、または、これの内部で実行されるこの方法は、帯域伝送スロットを割り当て、共有メディアへのアクセスを許可（ｇｒａｎｔ）するために、帯域に対する依頼を、実質スケジューリング時間に変換する。この方法は、上流スロット／伝送割り当て許可のシークエンスを発生するために、重み付けされた公正待合せアルゴリズムまたは実質クロックアルゴリズムを使用できる。この方法は、最も厳しいＱｏＳ要件を備えたサービスのクラスに最高の優先順位を与えるメカニズムを介して、サービス品質（ＱｏＳ）の多様なクラスに対応する。
【０００７】
これらのシステムは、あるサービスの品質を備えて、より高速なパケット伝送を可能にするが、端末の特性を考慮しない。これらは、限られたパワー性能を有する電気通信システムには適せず、これが、本発明によって解決された問題の一つである。
【０００８】
パケット伝送を使用する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、または、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）のシステム、例えば、非同期転送モード（ＡＴＭ）において、端末との通信は、散発的でありうる。端末への伝送を可能にするために必要なパワーは、伝播コンディションに従って調整される。これらのアクセスは、パスバンドにおいて、および、充填アルゴリズムによって制御されるパワーにおいて、統計的な多重化へと導く。インタリーブ符号化は、所与の端末におけるパケットの時間転送の引き上げをもたらし、これは、優良なサービス品質が必要な場合には許容できない。
【０００９】
リソースの割り当てが、以下の理由により、インタリーブ符号化については困難なことがある。
【００１０】
サービス品質が、特にパケット転送に対して必要である。
【００１１】
パワーが、同じグループに属するパケットについて同じである。
【００１２】
システムは、そのパワーおよび帯域の消費を最適化しなければならず、補足または挿入パケットを排除しなければならない。
【００１３】
これらの問題を解決するために、単一または多重端末におけるパケットインターリーブ、演繹的または帰納的なパケット選択、インタリーブパケットフレームの固定または可変位置、すなわち適切な搬送波充填アルゴリズムを使用することが可能である。
【００１４】
クラスを規定するための第１の方法は、割り当てプロセスとは独立して、各端末についての放射パワーの演繹的な知識に基づく。割り当ての最後に、パケットは、インタリーブと同じ長さを備えたクラスタ内にインタリーブされる。
【００１５】
第２の方法は、割り当てプロセス後のクラスを構築し、これは、最適な帰納的クラス規定に相当する。パワークラスによる損失は、最小限に抑えられる。付加的な損失が、割り当てられたパケットの数が、インタリーブ長さの倍数でない時に発生することもある。
【００１６】
単一端末が、限られた時間内の効率的な符号化のために、伝送される充分な数のパケットを必要とすることは、知られている。この２つの方法は、符号化されるパケットの数に応じて組み合わされる。デフォルトの方法は、パケットの数が少な過ぎる時を除いて、インタリーブすることである。この場合は、別の符号化方法が使用される。この解決法は、さほど効率的ではなく、端末において２つの復号器を必要とする。
【００１７】
本発明は、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法であって、インタリーブ長さおよび割り当てウィンドウを規定するステップを含み、伝送に必要なパワーによって規定されるグループ内にパケットが割り当てられること、および、グループの大きさが、せいぜい、インタリーブ長さに等しいことを特徴とする。
【００１８】
割り当てプロセスの間、パケットが、異なる端末から入来してもよい。
【００１９】
グループ内のパワー損失を最小限に抑えるために、パケットは、割り当ての間にパケットのパワーに従ってソートされ、そのソート順に従って、グループ内に拡散される。ソートアルゴリズムは、割り当ての間の全体的なパワー損失を最小限に抑えることができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、パケットは、少なくとも１つのグループにインタリーブされる。
【００２１】
この方法は、ＴＤＭＡシステム、ＣＤＭＡシステム、または、ＦＤＭＡシステムにおいて使用できる。
【００２２】
本発明は、同じく、この方法を使用するための格納手段および計算手段を含んでいるパケット伝送受信機、例えば、ＡＴＭ受信機にも関する。
【００２３】
本発明は、パワークラスのクラスタリングを使用する多重端末に関する。パワークラスは、近接した放射パワーを有するパケットのクラスタリングを備えたパケットインタリーブを可能にする。インタリーブされたパケットが、利用可能な最低のパワー端末で伝送されるため、パケットのグルーピングによるパワーの損失は、最小限に抑えられる。
【００２４】
図１は、４つのパケットのインタリーブを示す。伝送に必要なパワー（１）は、最もパワーを与えられたパケット（１０）に対応する。他のパケットは、より少なくパワーを与えられており、したがって、放射パワー（２）の一部を失う。本発明の目的は、この損失を最小限に抑えるために充分近接したパワーを備えたパケットを見出すことである。
【００２５】
図２は、搬送波負荷アルゴリズム（ＣＬＡ）（６）の一般的な方法を示す。異なるパケットが、ランダムに（３）入来する。これらのパケットは、それらのＳｋｙｂｒｉｄｇｅ（商標）端末（ＳＫＴ）、および、それらのパワー（４）に従って認識される。ＣＬＡは、同じく、サービスの品質を規定する２つの変数も必要とする。第１の変数は、帯域幅（Ｎｍａｘ）としてよく知られており、これは、１つのタイムスロット（ＴＳ）内に許容されるパケットの数与える。第２の変数は、他のシステムとの干渉を回避するために規定されるパワーの規則を与える。これは、変数Ｐｍａｘに相当する。ＣＬＡは、（５）内のように、これらの２つの制限に関して、搬送波を充填しなければならない。
【００２６】
図３は、充填アルゴリズム自体を示す。最初の７つのパケットは、既に、図３ａの搬送波に乗せられている。その次のステップは。パワーの減少する順（図３ｂ）に従って、パケット６と４との間にパケット番号８を置くことからなる。
【００２７】
本発明は、近接したパワーを備えたパケットをグルーピングすることによって搬送波を充填すること、および、インタリーブ符号化を可能にすることからなる。各グループは、パワークラスに相当し、そのパケット番号はインタリーブ長さと同じである。
【００２８】
好ましい実施形態において、特定のアルゴリズムが、最も効率的な方法で搬送波を充填するために、この方法を使用する。
【００２９】
それらが受信されると、ＡＴＭパケットは、関連する接続の品質に基づき、４つの待ち行列にソートされる。これらの待ち行列は、搬送波に割り当てられた全ての端末からのパケットを含む。
【００３０】
この実施形態において、アルゴリズムは、４つのタイムスロットの割り当てサイクルを有し、以下に関して割り当てを行う。
【００３１】
利用可能なコードの全体数。
【００３２】
搬送波を充填するために利用可能な全体パワー。
【００３３】
同じタイムスロットのコード間のパワー差。これらのパワーが異なり過ぎる場合、最大のパワーを持つコードの雑音のため、最低のパワーを持つコードは失われることがある。
【００３４】
各段において、アルゴリズムは、最も重要なサービス品質を必要とするパケットを選択することによって開始し、続いて、それらを、割り当てウィンドウの利用可能な第１のタイムスロット上に漸進的に拡散する一方、それらを、パワーが下がる順にソートする。
【００３５】
したがって、第１のタイムスロットの第１のコードは、最もパワーを持つパケットを含む。アルゴリズムが、搬送波内にパケットを置くことを決定した時、パケットが挿入できる時に、パケットは、コードおよびタイムスロットを探す。挿入が可能な場合、全てのより少ないパワーを持つパケットはシフトされる。
【００３６】
割り当てプロセスの最後に、パワークラスは、１つのコード上の４つのタイムスロット上で、パケットを伝送するために必要なパワーに対応する。したがって、このパワークラス構成は、割り当てプロセスで動的になされる。
【００３７】
本方法は、転送モードとは独立に、パケットを搬送波に乗せる方法を系統立てるだけであるため、いかなる種類の待ち行列、例えば、Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇなどにも適用できる。この方法は、スケジューラと電気通信モードとの間の補足プロセスである。
【００３８】
４つのパケットのインタリーブにおいて、所定のパケット損失率を保証するために必要なＳＮＲが、単一パケット符号化に比べて１ｄＢ低下されることが測定されている。逆に、０．３ｄＢと予測されるクラスタリングによる損失があり、これは、システム内の０．７ｄＢの全体的ゲインをもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４つのパケットインタリーブを示す図である。
【図２】 搬送波負荷アルゴリズム（ＣＬＡ）（６）の一般的な方法を示す図である。
【図３Ａ】 充填アルゴリズム自体を示す図である。
【図３Ｂ】 充填アルゴリズム自体を示す図である。

Claims (9)

  1. インタリーブ長さおよび割り当てウィンドウを規定するステップを含む、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法であって、伝送のために必要なパワーによって規定されるグループ内にパケットが割り当てられること、および、グループの大きさが、インタリーブ長さに等しいことを特徴とする、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法。
  2. パケットが、異なる端末から入来することを特徴とする請求項１に記載の、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法。
  3. パケットが、割り当ての間にパケットのパワーに従ってソートされること、および、グループ内のパワー損失を最小限に抑えるために、パケットが、パケットのソート順に従ってグループ内に拡散されることを特徴とする請求項１または２に記載の、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法。
  4. ソートアルゴリズムが、割り当ての間に、全体的なパワー損失を最小限に抑えることを特徴とする請求項３に記載の、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法。
  5. パケットが、少なくとも１つのグループ内にインタリーブされることを特徴とする請求項１に記載の、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる方法。
  6. 請求項１に記載の方法の、ＴＤＭＡシステムにおける適用法。
  7. 請求項１に記載の方法の、ＣＤＭＡシステムにおける適用法。
  8. 請求項１に記載の方法の、ＦＤＭＡシステムにおける適用法。
  9. インタリーブ長さおよび割り当てウィンドウを規定する手段と、タイムスロットを含んでいる搬送波にパケットを割り当てる手段を含み、
    前記パケットを割り当てる手段は、伝送のために必要なパワーによって規定されるグループ内にパケットを割り当て、および、グループの大きさが、インタリーブ長さに等しいことを特徴とする、ＡＴＭ受信機。
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