JP4805668B2 - 無線音声通信の集約を効率的に制御する技術 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電気通信に関し、より詳細には、無線通信システムに関する。

無線通信システムは、性能が向上し、普及してきている。現在、様々な無線サービス・プロバイダが、音声、データ、および動画の通信機能を、セル式電話や、携帯情報端末、ノート型コンピュータなどの携帯ユニットに提供している。サービス・プロバイダの数が増加し、技術的性能が向上するに従って、無線通信は、ますます広く利用されるようになってきた。

無線システムなど周知の通信システムは、加入者の様々な要望を満たすように設計されているものの、サービス・プロバイダは、通信システムの全体的な性能を改善する方法を探し続けている。たとえば、無線通信が、加入者が無線携帯ユニットを使用してデータを（すなわち、インターネットから電子メールまたは情報を）取得する手段としてますます普及してきたため、無線通信におけるスループットを向上させる試みがなされている。

たとえば、第３世代（３Ｇ）無線通信システムは最近、データ・サービスをサポートしながら、スペクトル効率を良くするために、各種技術を導入している。こうした試みにより、３ＧＰＰ２標準化団体から、ＣＤＭＡ ２０００規格の発展版である、３Ｇ１ｘ−ＥＶＤＶ規格が開発されることとなった。同様に、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動体通信システム）規格では、いくつかの高度な技術をＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ：高速ダウンリンク・パケット・アクセス）仕様の一部として導入している。また、ＣＤＭＡ規格に基づく専用型または共用型パケット・データ・チャネル（ＰＤＣＨ：Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｈａｎｎｅｌｓ）も知られている。これらすべての技術の例には、互いに関連する通信がいずれも効率的な形で搬送されることを保証するという一側面がある。

データ伝送の性質が、音声伝送とは異なる処理技術を可能にする。たとえば、データ伝送は、その性質上バースト式となる傾向があり、間隔を置いて送信が行われる可能性がある。一方、音声通信は、連続的になる傾向があり、信頼性のある望ましいサービスを加入者に提供するには、異なる戦略が必要である。

音声伝送またはその他の実時間通信は、パケット単位で行うことが可能である。このタイプの通信の一例は、ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）として知られている。

無線通信システムでの音声パケット通信を効率的に処理することができれば、有用なはずである。本発明は、かかる通信の伝送を効率的に行うためのいくつかの技術を提供する。

ここに開示する例示的な通信方法は、フレーム伝送に関する所望の効率を実現するために、実時間パケット・フレームの集約（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）を選択的に修正することを含む。

一例では、この方法は、現在のセルの負荷状態に応答して集約を修正することを含む。一例では、集約レベルを選択することによって伝送数を減少させることが可能となる。たとえば、セルが高負荷状態であるとき、可能な最大の数の携帯基地局に対して可能な最大の集約レベルを使用することにより、伝送数を減少させることが可能になり、それによって効率が向上する。

他の例では、伝送のタイミングは、少なくともいくつかの集約パケットについては、それらが処理のために同時に待ち行列に入れられることがないように、時間的に交互にずらされる（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）。それによって、たとえば、基地局のスケジューラでの効率が高まる。

他の例では、この方法は、現携帯基地局の幾何的位置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）に基づいて集約を修正することを含む。一例では、集約レベルは、その幾何的位置に対応している。携帯基地局がより高い幾何的位置にある（すなわち、チャネル状態がより良い）場合、集約レベルをより高くすることが可能であり、また、場合によってはそれが好ましいこともある。一方、携帯基地局がより低い幾何的位置にある（すなわち、チャネル状態が悪い）場合、かかる携帯基地局に対する信頼性のある伝送を保証するには、集約レベルをより低くすることが望ましい。

一例では、少なくとも部分的には携帯基地局の幾何的位置に応じて、異なる集約レベルが、異なるユーザまたは携帯基地局に対して使用される。

一例では、携帯基地局の幾何的位置が選択された閾値を下回るとき、その携帯基地局に宛てられたフレームの集約が、少なくとも一時的には中断される。この手法では、ある種の携帯基地局の幾何的位置においては集約フレームの伝送がうまく行えず、リソースを節約するために、かかる集約が一時的に中断されることがある。一例では、かかる携帯基地局に対する伝送は、少なくとも一時的には中断される。一例では、その携帯基地局は、暫くの間受信されるものと期待すべきものは何もない旨の指示を受け取る。

他の例では、低域ドップラー・ユーザは、相対的に高域ドップラー・ユーザよりも集約レベルが低くなる。

以下の詳細な説明を読めば、本発明の様々な特徴および利点が、当業者には明らかになろう。この詳細な説明に添付される図面については、下記の通り簡潔に説明する。

図１は、無線通信システム２０の概略図である。実時間パケット通信のソース２２は、周知の様々な装置のうちの１つとすることができる。たとえば、このソース２２は、セル式電話、ノート型コンピュータ、または携帯情報端末などの携帯ユニットとすることができる。かかる例では、ソース２２と無線ネットワーク３０の間の通信リンク２４は、少なくとも部分的には無線である。その他の例では、ソース２２を、回線ベースの装置とすることができ、その場合、通信リンク２４は、周知の伝送回線を含む。

音声パケット通信は、実時間パケット通信の一例である。本明細書では、議論の目的で、通信タイプの一例としてボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）通信を使用する。ＶｏＩＰ通信は、音声情報を、あたかもそれがデータ・パケットであるかのように伝送することができる、パケット単位で処理できる通信であることから、実時間パケット通信または音声パケット通信と呼ばれることもある。本発明は、必ずしもＶｏＩＰ通信に限定されるものではなく、たとえば、他の音声パケット、あるいはその他の適切な形式の実時間パケット通信にも有用である。

無線ネットワーク３０は、少なくともＶｏＩＰ通信での受信および処理を行うことができる周知のコンポーネントを含んでいる。この無線ネットワーク３０では、ＶｏＩＰ通信の処理を行うための周知技術を使用して、無線ネットワーク３０と関連する基地局３２が、携帯基地局３６に対するＶｏＩＰ通信の無線伝送３４を行えるようにしている。この例示的なシステムでは、開示した技術の例を、上り（ｆｏｒｗａｒｄ）リンクまたは下り（ｒｅｖｅｒｓｅ）リンク上で使用することができる。

一例では、無線ネットワーク３０は、１ｘ−ＥＶＤＶなどの規格のうちの少なくとも１つに従って動作することができる。たとえば、３Ｇ１ｘおよびＥＶＤＯ、ＥＶＤＶ、あるいはＨＳＤＰＡ／ＥＵＤＣＨを用いるＵＭＴＳ Ｒ９９など、その他の周知の通信システムを使用することができる。一例では、無線ネットワーク３０では、回線交換接続を使用して実時間（すなわち音声）通信をサポートすることができ、その場合、専用の通信チャネルが、周知の手法で、携帯基地局との伝送の通信を行うのに使用される。一例では、無線ネットワーク３０は、例示した携帯基地局３６などの携帯基地局を使用してデータ・パケットまたは他のパケット通信を利用することができるように、少なくとも、パケット・データ・チャネル（ＰＤＣＨ）やその等価物など、共用型通信チャネル上での伝送はサポートすることができる。

実時間パケット通信の例としてＶｏＩＰ通信を用いる場合、無線ネットワーク３０では、このネットワーク３０の効率を維持しまたは高めるために、以下で述べる１つまたは複数の技術を選択して、ＶｏＩＰ通信の管理を行う。たとえば、ネットワークの効率を量る１つの基準は、あるセルでサービスが行われている加入者の数である。効率性に関する別の基準の例は、基地局の電力およびｃｏｄｅ（符号）／ｔｉｍｅ（時間）／ｆｒｅｑｕｅｃｙ（周波数）の占有などのリソースに関する節約度である。

図示した例では、無線ネットワーク制御装置４０が、無線ネットワーク３０の無線アクセス・ネットワーク部分にあり、ＶｏＩＰの伝送管理を行うために上述した技術のうちのどの技術を選択すべきかを決定するハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェア、またはこれらの組合せを含んでいる。当業者なら、本明細書を読めば、無線ネットワーク制御装置を適切にカスタマイズまたは設計して、自身の特定の状況に関するニーズを満たすことができるだろう。同様に、本明細書の利益を受ける当業者は、効率的なＶｏＩＰ伝送を円滑に進めて、自身の特定のニーズを満たす上でどの技術が利益をもたらすかを決定するのに、無線ネットワークまたは基地局のどの部分が最も適しているかを理解するであろう。

本明細書は、集約パケットの形に集約されたＶｏＩＰフレーム集約を修正するためのいくつかの技術を含む。一例では、少なくとも２つのＶｏＩＰフレームが集約されて、単一の伝送集約パケットとして一緒に伝送される。所与のシステムの特徴に応じて、任意の数のフレームをパケットの形に集約することができる。一例では、所望のＶｏＩＰサービスを提供するのに適した伝送をなお維持しながら、最大４つのフレームを単一のパケットに集約することができる。

ＶｏＩＰ伝送のためにフレーム集約が使用されるときに効率を維持しまたは高めるための技術の一例としては、集約パケットのスタガリングがある。これは、パケットが同時に待ち行列に入れられれば、スケジューラで不要な待機が発生し、それに伴い遅延が生じるため、パケットがサービスのために同時に待ち行列に入れられることがないように保証する技術である。一例では、スタガリングは、パケットが（時期的に）隣接するパケットと部分的に重複するように、まずそのパケットの非整数倍の存続時間からパケット伝送を開始することを含む。かかるパケット重複は、異なるユーザ向けのものでも、異なるユーザ宛てのものでもよい。

一例では、基地局のスケジューラが、同時に複数の集約パケットをスケジューリングすることに伴い生じ得る遅延を被ることがないように、かかるスタガリングは、基地局で行われる。言い換えれば、集約パケットの伝送時期を調整することにより集約を修正し、それによって、たとえばスケジューラでの遅延の発生を防ぐことができる。

他の技術では、携帯基地局の幾何的位置を考慮に入れている。本明細書で使用する「ユーザの幾何的位置」という用語は、長期的な信号対干渉雑音比を含むことを理解されたい。周知の通り、この比率は、携帯基地局での長期的な瞬間チャネル状態の平均値として計算され、所望の信号が、雑音レベルおよび他のソースから発生した干渉があればそれに比べてどれほどの強度であるかを示すものである。

一例では、各携帯基地局の幾何的位置（すなわち、各携帯基地局の現チャネル状態）を評価して、その幾何的位置が好ましいものであるのか、それとも伝送または受信の品質が悪くなり得るようなものであるのかを決定する。幾何的位置が比較的高い（すなわち、チャネル状態が良い）場合、高い集約レベルを使用することができる。幾何的位置が比較的低い（すなわち、チャネル状態が悪い）場合は、より低い集約レベルを使用することができるが、集約を使用できないこともある。この技術では、より低い幾何的位置では伝送の欠陥が生じる可能性が高いとの認識を考慮に入れている。集約を使用することによって、かかる欠陥の量が増大することもある。したがって、携帯基地局の幾何的位置に基づいて集約を修正することによって、より効率的な伝送を行い、より好ましい結果を得ることが可能となる。

一例では、携帯基地局の幾何的位置の決定には、その幾何的位置と選択された閾値との比較が含まれる。この閾値を下回る場合、信頼性のある伝送は期待されない。たとえば、携帯基地局の幾何的位置が閾値を下回るとき、その携帯基地局に対して信頼性のある伝送は提供されないものと判断することが可能である。一例では、携帯基地局の幾何的位置がかかる閾値を下回る場合には、その幾何的位置が変化あるいは改善するまで、少なくとも一時的には、その携帯基地局に対する伝送に集約を使用することができない。一例では、携帯基地局の幾何的位置がかかる閾値を下回る場合、使用可能なスロットや電力などのリソースを節約するために、該当するチャネル（すなわち、ＰＤＣＨ）上での上りリンクの伝送が中断される。

一例では、かかるチャネル状態の閾値が用いられる場合、携帯基地局は、その携帯基地局のユーザが、少なくとも暫くの間は、何らかのデータ率で適切に受信または復号するＶｏＩＰパケットがあることを期待すべきではないことを指示するメッセージを受け取る。一例では、さらなる伝送を適切に受信することが期待されることを、ユーザが認識しまたはそう判断することができるように、後続のメッセージが、通常の伝送が再開される旨の指示を提供する。

他の例では、集約をどのように修正するかを決定するために、携帯基地局に関するドップラー状態が考慮に入れられる。一例では、低域ドップラー・ユーザは、比較的高域のドップラー・ユーザと比べると、相対的に集約レベルが低くなる。たとえば、低域ドップラー・ユーザは、伝送状態が悪くなりやすく、したがって、より集約レベルが低ければ、伝送損失が生じる可能性が低下する傾向にある。

他の例では、この方法は、現在のセルの負荷状態に基づいて集約を修正することを含む。この技術では、各伝送に必要となるリソースの節約を考慮に入れている。たとえば、各伝送では、集約フレームの場合でも個別フレームの場合でも、ある量の時間を利用する。効率を維持するために、使用する伝送時間は短い方が良い。したがって、一例では、可能な限り集約レベルを高めることにより伝送数を減少させることが含まれる。

一例では、現在のセルの負荷状態に応答して集約レベルを変更することは、セルの負荷状態が高いときに集約規模を拡大し（すなわち、可能な限り多くの携帯基地局数まで拡大し）、集約数を拡大する（すなわち、可能な限り多くのフレームを一緒に集約パケットに集約する）ことを含む。集約を高めることにより、伝送数が減少し、したがって、効率が向上し、より多くの携帯基地局にサービスする能力が高まる。

一例では、セルの負荷状態が比較的低い場合には、集約規模を縮小することにより、少なくとも１つの携帯基地局に対してはサービスが拡張されることになり、少なくともかかる１つの携帯基地局に対して集約レベルの修正が実施される。

いくつかの例では、集約は、基地局で行われる。他の例では、先に述べたように、たとえば、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）またはメディア・ゲートウェイ（ＭＧＷ）が、フレーム集約を行うことができる。かかる状況下で、特定の携帯基地局にサービスする基地局とＲＮＣまたはＭＧＷとの間で適切な通信を行うことで、携帯基地局の幾何的位置またはセルの負荷状態に基づく集約修正の実施が円滑に進められる。本発明の利益を受ける当業者には、対応する集約修正が円滑に進むように適切な情報交換を行う、かかる通信を達成する方法が理解されよう。いくつかの例では、基地局およびＲＮＣは、同じ基地局ルータの一部である。かかるいくつかの例では、その基地局ルータが、集約の責任を負う。他の例では、ネットワークの端に位置する外部ルータ（すなわち、いわゆるエッジ・ルータ）が、集約の責任を負う。

一例では、上述した技術のうちの少なくとも１つが使用される。別の例では、２つ以上の技術の組合せが使用される。いくつかの例では、例示の制御技術が下りリンクの通信に使用され、他の例でも、上りリンクの通信に開示の技術が使用される。本明細書の利益を受ける当業者なら、所与のシステム内で無線ＶｏＩＰ通信の伝送を行うときに効率を維持しまたは高める、開示の技術のうちの１つまたは複数をどのように実装するのが最良であるかを理解するであろう。

上記の記載は、その性質上、例示的なものであり、限定的なものではない。本発明の趣旨から必ずしも逸脱することのない、開示の例の変形形態および変更形態が、当業者には明らかとなるであろう。本発明に付与される法的な保護の範囲は、添付の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。

音声パケット通信の無線伝送を行うことができる、無線通信システムの選択された部分を示す概略図である。

Claims (10)

1. フレーム伝送に関する所望の効率を実現するために、実時間パケット・フレームの集約を選択的に修正する工程と、
   パケットが隣接するパケットと部分的に重複するように、パケットの非整数倍の存続時間から集約パケットの伝送を開始することで前記集約パケットのスタガリングをする工程を含む通信方法。
2. 現在のセルの負荷状態に応答して前記集約を修正する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 伝送数を減少させる集約レベルを選択する工程を含む、請求項２に記載の方法。
4. セルが高負荷状態であるとの決定に応答して、最大数の携帯基地局に対して可能な最大の集約レベルを使用する工程を含む、請求項２に記載の方法。
5. 現携帯基地局の幾何的位置に応答して前記集約を修正する工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記現携帯基地局の幾何的位置が選択された閾値を下回るかどうかを判定する工程と、
   前記現携帯基地局の幾何的位置が前記選択された閾値を下回る場合は、前記集約を一時的に中断する工程と
   を含む、請求項５に記載の方法。
7. 現携帯基地局のドップラーに応答して前記集約を修正する工程を含む、請求項１に記載の方法。
8. 第１の携帯基地局のために第１の集約レベルを選択し、第２の携帯基地局のためにそれとは異なる第２の集約レベルを選択する工程を含む、請求項１に記載の方法。
9. フレームを複数の集約パケットに集約し、少なくとも１つの前記集約パケットについては伝送の時期が別の前記集約パケットよりも後になるように、前記集約パケットをスケジューリングする工程を含む、請求項１に記載の方法。
10. 少なくともいくつかの前記集約パケットについては、第１のパケットの存続時間が、前記第１のパケットの送信時間と後続のパケットの送信時間との間の時間差よりも短くなるように、前記伝送のタイミングを交互にずらす工程を含む、請求項９に記載の方法。

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