JP4875060B2 - ボイス・オーバ・インターネット・プロトコルとデータ・トラフィックの混在の無線周波数効率を上げる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に通信に関し、より詳細には無線通信に関する。

携帯電話などの無線通信分野では、システムは通常、システムによって取り扱われることになる領域内に分布された複数の基地局を含む。領域内の様々な（固定または移動体）ユーザは、その場合、システムにアクセスし、それにより、１つまたは複数の基地局を経由して、その他の相互通信システムにアクセスすることができる。一般に、ユーザが移動すると、移動体装置は、移動体装置が領域を通過するにつれて１つの基地局および次いで別の基地局と通信することによってシステムとの通信を維持する。移動体装置１２０は最も近い基地局、最も強い信号を有する基地局、通信を受け入れるに足る処理能力を有する基地局などと通信することができる。

一部の無線システムでは、基地局と移動体装置との間の通信は、スケジューリングを介して複数のユーザを支援するために動的な時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）を使用する無線周波数（ＲＦ）システムを経由して生じる。すなわち、複数のユーザは各々、指定された時間帯内で送信するよう予定される。ＴＤＭＡは一般のパケット・データ・サービスのために高いＲＦ効率を実現する。しかし、ボイス・オーバ・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）サービスが導入されると、パケット・サイズが小さいために、ＲＦ効率が低下し、多くの場合、低いトランスポート・パッキング（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐａｃｋｉｎｇ）効率につながる。さらに、ＴＤＭＡは厳しい遅延バジェット（ｄｅｌａｙ ｂｕｄｇｅｔ）を有し、これもＲＦシステムが動的エア・インターフェース上で複数ユーザ・ダイバーシティ利得を利用するのを妨げる。

ＶｏＩＰトランスポート効率を改善するために用いられている１つの機構は、発信元から宛先までヘッダ圧縮を使用することである。しかし、ヘッダ圧縮はＲＦトランスポート効率の問題に直接対処しない。例えば、多くの無線プロトコルは固定時間長を有する物理的フレーミング構造を用いる。したがって、終端間でＶｏＩＰトラフィックがヘッダ圧縮されているとしても、エア・インターフェース上のトランスポート効率は依然としてやや低い可能性がある。

ＲＦ側では、一般にエボリューション・データ・オンリ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｎｌｙ）（ＥＶＤＯ）と呼ばれる比較的新しい高速技術がこの問題の軽減を試みている。ＥＶＤＯ（Ｒｅｖ．Ａ）は、複数のアクセス端末にアドレス指定された送信リンク・パケットを一般の時間帯内で送信する能力を組み込んでおり、これはＶｏＩＰトランスポート用のＲＦ効率の改善をもたらす。しかし、ＥＶＤＯはいくつかの注目すべき欠点を有する。ＥＶＤＯで用いられるＲＦスケジューラ方式は、ＶｏＩＰとデータの混在環境でＲＦ効率を最適化するよう設計されていない。例えば、ＶｏＩＰサービスがシステムに導入されると、現在のＥＶＤＯサービス品質（ＱｏＳ）スケジューラはＲＦ効率の著しい損失を受けることが示されている。

本発明は、上記の１つまたは複数の問題の影響を克服すること、または少なくとも減らすことに関する。

本発明の一態様では、通信システムを制御する方法が提供される。方法は、待ち時間に敏感な（ｌａｔｅｎｃｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）パケットを受信する工程と、複数の待ち時間に敏感なパケットを累積する工程と、累積された複数の待ち時間に敏感なパケットを単一の時間帯内で送信する工程とを含む。

本発明の別の態様では、通信システムを制御する方法が提供される。方法は、ボイス・オーバ・インターネット・プロトコル・パケットを受信する工程と、複数のボイス・オーバ・インターネット・プロトコル・パケットを累積する工程と、累積された複数のボイス・オーバ・インターネット・プロトコル・パケットを単一の時間帯内で送信する工程とを含む。

本発明は、添付の図面と共に、以下の詳細を参照することによって理解されよう。添付の図面では、同様の番号は同様の要素を特定する。
本発明は様々な変更形態および代替形態が可能であるが、その特定の実施形態が例として図面で示され、本明細書で詳細に説明される。しかし、本明細書における特定の実施形態の説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することを意図せず、逆に、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の精神および範囲に包含されるすべての変更形態、均等物および代替形態を網羅することを意図する点を理解されたい。

本発明の例示的な実施形態が以下で説明される。明確さのために、実際の実施形態のすべての特徴は本明細書で説明されない。任意のそのような実際の実施形態の開発において、システム関連の制約およびビジネス関連の制約の順守など、実施形態によって異なる可能性のある、開発者の特定の目標を実現するために、実施形態特定の様々な決定が行われ得る点を当然理解されよう。さらに、かかる開発努力は複雑で、時間がかかる場合があるが、それでもなお、この開示を利用できる当業者にとって通常の仕事であり得ることを理解されよう。

一般に、本発明は無線通信システムにおける技術革新的なＲＦスケジューリング方式に関する。ＲＦスケジューリング方式は、無線上またはエア・インターフェース上で、パケット・データ・スループットと共にＶｏＩＰ性能を改善することが意図される。システムはＶｏＩＰおよび一般のパケット・データ・アプリケーションからのトラフィック注入を有する。システムの目的は、ユーザ・レベル、ならびにシステム集約レベルでの共同改善性能を用いて、ＶｏＩＰ、ならびにデータ・パケットをエア・インターフェース上に配信することである。

ここで図面を参照し、特に図１を参照すると、本発明の一実施形態による通信システム１００が例示される。例示目的で、図１の通信システム１００は汎用移動体電話システム（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）（ＵＭＴＳ）であるが、本発明はデータおよび／または音声通信を支援するその他のシステムにも適用可能である点を理解されたい。通信システム１００は、１つまたは複数の移動体装置１２０が１つまたは複数の基地局１１０を介してインターネットなどのデータ・ネットワーク１３５、および／または公衆電話システム（ＰＳＴＮ）１３６と通信することを可能にする。移動体装置１２０は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ・コンピュータ、デジタル・ページャー、無線カード、および基地局１１０を介してデータ・ネットワーク１３５および／またはＰＳＴＮ１３６にアクセスできる任意のその他の装置を含む、任意の様々な装置形態をとってよい。

一実施形態では、複数の基地局１１０は、Ｔ１／ＥＩ回線または回路、ＡＴＭ回路、ケーブル、光デジタル加入者線（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅｓ：ＤＳＬ）、イーサネット／ギガビットイーサネット（登録商標、以下同）・リンクなど、１つまたは複数の接続によって、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１４０に結合されてよい。２つのＲＮＣ１４０が例示されているが、当業者は多数の基地局１１０とインターフェースをとるためにより多くのＲＮＣ１４０が利用されてよい点を理解されよう。一般に、ＲＮＣ１４０は、ＲＮＣ１４０内のエージェント・ソフトウェア（図示されず）と基地局１１０内のエージェント・ソフトウェア（図示されず）とを用いてＲＮＣ１４０が接続される基地局１１０と連携して動作する。ＲＮＣ１４０は一般に、レプリケーション、通信、実行時間、およびシステム管理サービスを提供し、また、基地局１１０間の遷移（例えば、ソフト・ハンドオフ）の間に移動体装置１２０の遷移の調整に関与する場合がある。本発明は以下で、少なくとも一部分、基地局１１０内に配置されているとして説明されるが、当業者は、基地局１１０に帰属する機能の一部またはすべては、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、ＲＮＣ１４０内に配置されてよい点を理解されよう。

ＲＮＣ１４０は接続を経由してコア・ネットワーク（ＣＮ）１５０にも結合される。ＣＮ１５０は、Ｔ１／ＥＩ回線または回路、ＡＴＭ回路、ケーブル、光デジタル加入者線（ＳＤＬ）、イーサネット／ギガビットイーサネット・リンクなど、任意の様々な形態をとってよい。一般に、ＣＮ１５０はデータ・ネットワーク１３５および／または公衆電話システム（ＰＳＴＮ）１３６とのインターフェースとして動作する。ＣＮ１５０は、ユーザ認証など、様々な機能および動作を実行するが、ＣＮ１５０の構造および動作の詳細な説明は本発明の理解および認識に必要ではない。したがって、本発明の不要な混乱を避けるために、ＣＮ１５０のさらなる詳細は本明細書では提示されない。しかし、当業者は、基地局１１０に帰属する機能の一部またはすべては、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、ＣＮ１５０内に配置されてよい点を理解されよう。

したがって、当業者は、通信システム１００は移動体装置１２０がデータ・ネットワーク１３５、ＰＳＴＮ１３６と、かつ／または相互に通信することを可能にする点を理解されよう。しかし、図１の通信システム１００の構成は本質的に例示的であり、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、より少ないまたは更なる構成部品が通信システム２００の別の実施形態で用いられてよい点を理解されたい。

特に別段の指定がない限り、または議論から明らかなように、「処理」または「演算」または「計算」または「決定」または「表示」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的な電子量として表されるデータを操作し、コンピュータ・システムのメモリもしくはレジスタまたはその他のそのような情報記憶装置、送信装置または表示装置内の物理量として同様に表される他のデータに変換する、コンピュータ・システム、または類似の電子演算装置の働きおよび処理を指す。

次に図２を参照すると、基地局１１０の部分の構成図が示される。特に、ＶｏＩＰおよびデータのトラフィックを処理する責任を有する基地局１１０の部分が示される。ＲＮＣ１４０から基地局１１０に到着するトラフィックは、一般にデータ・トラフィックまたはＶｏＩＰトラフィックと分類することができる。データ・トラフィックは、一般に、受信されたデータ・パケットの各々を、それが送信されることになる時間帯に割り当てる責任を有するデータ・ユーザ・スケジューラ２００に配信される。次いで、データ・パケットは、移動体装置１２０に対するＶｏＩＰパケットおよびデータ・パケットの総合的な配信を調整するために使用される汎用パケット多重化装置（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）２０２に配信される。

ＶｏＩＰトラフィックはＶｏＩＰパケット多重化装置２０４に配信される。ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４は一般にＶｏＩＰトラフィックを制御する責任を有する。ＶｏＩＰ多重化装置２０４は、ＶｏＩＰパケットを累積し、予め設定された基準に基づき、それらのＶｏＩＰパケットをいつ汎用パケット多重化装置２０２に配信するかを決定する。一般に、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４は１つまたは複数のＶｏＩＰパケットを累積し、概してサイズが小さいため、単一の時間帯内で送信されるように複数のＶｏＩＰパケットを汎用パケット多重化装置に配信する。いくつのＶｏＩＰパケットが単一の時間帯に置かれるかを決定する際に、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、予め設定された任意の様々な基準を使用することが可能である。例えば、以下の工程は合理的な基準を構成できる。すなわち、累積されたＶｏＩＰパケットの数がシステムによって同じ時間帯で多重化されることが許可されたパケット最大数に達すること、あるいは、初めに到着したＶｏＩＰパケットの待ち時間が予め定義された待ち時間閾値に達することである。

ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４は、データ・ユーザ・スケジューラ２０２とも相互に作用する。すなわち、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４はＲＦ資源情報（例えば、最高ＲＦデータ転送速度制約、他のデータのために残された利用可能なＲＦ資源など）を定め、ＲＦ資源情報をデータ・ユーザ・スケジューラ２００に提供する責任を有する。データ・ユーザ・スケジューラ２００は、一般のパケット・データ・サービスに従来のデータ・スケジューリング機能を提供するように構成され、通信システム１００の設計者によって選択され得る任意の様々なスケジューラ・アルゴリズムを使用することが可能である。一般に、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４が移動体装置１２０に配信されることになるトラフィックを有さない場合、データ・ユーザ・スケジューラ２００はＲＦ資源全体を利用できる。かかる状況は少なくとも２つの条件下で生じる可能性がある。すなわち、ＶｏＩＰトラフィックが受信されていない場合、またはＶｏＩＰトラフィックは受信されているが、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４がＶｏＩＰパケットを累積している場合である。しかし、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４がＶｏＩＰパケットを汎用パケット多重化装置２０２に配信する場合、データ・ユーザ・スケジューラ２００はＶｏＩＰパケット多重化装置２０４によって定められた制約に基づきＲＦ資源の一部分だけをスケジュールに利用できる。データ・ユーザ・スケジューラ２００の出力は、汎用パケット多重化装置２０２への（もしあれば）データ・ユーザ・パケットのセットである。

汎用パケット多重化装置２０２は、一般にＶｏＩＰパケットとデータ・パケットとを組み合わせて、物理パケット送信機（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）２０６による物理層送信に適した形態にする責任を有する。異なるＱｏＳ要件の横断するトラフィック・フローのパケット多重化を可能または不可能にすることは、設計上、任意である。

エボリューション・データ・オンリ（ＥＶＤＯ）など、一部の通信技術では、ハイブリッド確認要求（Ｈｙｂｒｉｄ−Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）（ＨＡＲＱ）手法が使用される。ＨＡＲＱは複数時間帯パケット送信を用いる。そのような場合、システムがその時間帯はＶｏＩＰトラフィックを含まないパケットの進行中の送信によって占有されていると判断し、かつシステムが予定されているＶｏＩＰトラフィックを伴う新たなパケットを有する場合、ＶｏＩＰパケットを取り扱うためにデータ・パケットの進行中の送信に割り込む（ｐｒｅ−ｅｍｐｔ）ことは、任意である。割込みが許可される場合、データ・パケットのＨＡＲＱ処理は中止される。これはデータ・パケットの損失につながる可能性があり、パケット損失に対処する上位層の責任が残される。

物理パケット送信機２０６は、一般に特定のＲＦ技術に照らして物理パケットを実際に送信する責任を有する。

従来の無線スケジューラ方式は、単一のパケットをベースとして動作し、厳しいサービス待ち時間要件を満たすために、ＶｏＩＰなど、遅延に敏感な（ｄｅｌａｙ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）トラフィックを可能な限り早く取り扱うことを試みる。しかし、本発明の方法は、スケジューラ決定が複数のユーザのパケットをベースとして行われるように、多重化のための待ち時間を意図的に導入する。ＥＶＤＯなど、時間帯がＲＦ資源を制限するＴＤＭベースの技術では、この特別待ち時間は時間帯のＲＦ効率を実質的に改善するため、ＶｏＩＰトラフィックの総合的なトラフィック待ち時間を実際に減らす。

一方で、提案される方法はＶｏＩＰトラフィックが占有する時間帯資源を最小限に抑える。したがって、その他のデータ・トラフィックのための時間帯が最大化され、プロポーショナル・フェア（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｆａｉｒ）など、従来のスケジューラ方式による複数ユーザ・ダイバーシティ利得の利用を可能にする。

要約すると、本発明はＶｏＩＰパケット・データ・サービスと汎用パケット・データ・サービスの両方の性能を一緒に最適化する新規性のあるスケジューラ・フレームワークを提供する。そのため、ＲＦ効率全体も最適化される。

図３を参照すると、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４で実施され得る制御方式３００の一実施形態の流れ図が示される。制御方式は、ブロック３０２でＶｏＩＰパケットの受信から始まる。ブロック３０４で、受信されたＶｏＩＰパケットは予め受信されたが送信されていない任意のＶｏＩＰパケットを累積する。ブロック３０６で、制御方式３００は、最大数のパケットが累積されたかどうかを決定する。累積された場合、制御はブロック３０８に移り、累積されたＶｏＩＰパケットは汎用パケット多重化装置２０２に配信され、その結果、累積されたＶｏＩＰパケットはすべて単一の時間帯で送信されることが可能である。他方で、最大数のＶｏＩＰパケットが受信されていない場合、制御はブロック３１０に移り、制御方式３００は（累積された最も古いＶｏＩＰパケットに関して）最大待ち時間に達したかどうかを確認する。最大待ち時間に達した場合、制御は再びブロック３０８に移り、累積されたＶｏＩＰパケットは汎用パケット多重化装置２０２に配信される。最大待ち時間または最大パケット数に達していない場合、制御はブロック３０２に戻り、ＶｏＩＰパケット多重化装置２０４によって別のＶｏＩＰパケットが受信されることが可能である。

当業者は、本明細書の様々な実施形態で例示された様々なシステム層、ルーチン、またはモジュールは実行可能な制御ユニットであってよい点を理解されよう。制御ユニットは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、（１つもしくは複数のマイクロプロセッサまたはコントローラを含む）プロセッサ・カード、またはその他の制御装置もしくは演算装置を含んでよい。この議論で言及される記憶装置は、データおよび命令を記憶するための１つまたは複数の機械可読記憶媒体を含んでよい。記憶媒体は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリまたはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去およびプログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去およびプログラム可能読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ならびにフラッシュ・メモリなどの半導体記憶装置と、固定ディスク、フロッピー（登録商標）・ディスク、リムーバブル・ディスクなどの磁気ディスクと、テープを含むその他の磁気媒体と、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体とを含む異なる形態のメモリを含んでよい。様々なシステムで様々なソフトウェア層、ルーチン、またはモジュールを編成する命令は、それぞれの装置内に記憶されてよい。制御ユニットによって実行された場合、命令は対応するシステムにプログラムされた動作を実行させる。

本発明は、本明細書の教示を利用できる当業者に明らかな、異なるが均等の方法で変更および実施されることが可能であるため、上に開示された特定の実施形態は単に例示である。さらに、特許請求の範囲で説明されるもの以外の、本明細書で示された構成または設計の詳細に対する限定は意図されない。したがって、方法、システムおよびその部分ならびに説明された方法およびシステムの部分は、無線ユニット、基地局、基地局制御装置および／または移動体交換局など、異なる位置で実施されることが可能である。さらに、説明されたシステムを実施および使用するために必要な処理回路は、本開示を利用できる当業者によって理解されるような、特定用途向け集積回路、ソフトウェア駆動型処理回路、ファームウェア、プログラム可能論理素子、ハードウェア、個別構成部品または上記構成部品の構成物で実施されることが可能である。したがって、上で開示された特定の実施形態は修正または変更されることが可能であり、かかる変更形態はすべて本発明の範囲および精神に包含されるとみなされることは明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は特許請求の範囲に記載されるとおりである。

通信システムの構成図である。 図１の通信システムで用いられることが可能な基地局の一部分の構成図である。 ボイス・オーバ・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）通信セッションの間に基地局によって実行される処理を示す様式的流れ図である。

Claims (8)

1. 受信される音声パケットとデータ・パケットから物理層パケットを形成するために構成された第１の多重化装置と、前記音声パケットを受信するために構成された第２の多重化装置と、データ・トラフィックを受信するために構成されたスケジューラとをそれぞれ含み、複数の時間帯におけるエア・インターフェース上の無線周波数送信を支援する基地局において実装される方法であって、
   前記第２の多重化装置において複数の音声パケットを累積する工程と、
   前記累積された複数の音声パケットを前記第１の多重化装置に提供する工程と、
   前記第１の多重化装置において、前記累積された複数の音声パケットを含むとともに、単一の時間帯内における前記エア・インターフェース上の送信のために構成される、少なくとも１つの物理層パケットを形成する工程とを含む方法。
2. 前記複数の音声パケットを累積する工程が、選択された数の音声パケットが累積されるまで複数の音声パケットを累積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の音声パケットを累積する工程が、前記複数の音声パケットと関連するレイテンシに基づいて決定された時間幅の間、前記複数の音声パケットを累積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記累積された複数の音声パケットと関連する無線周波数資源を示す情報を前記スケジューラに提供する工程を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記スケジューラでデータ・トラフィックを受信する工程と、
   提供された前記累積された複数の音声パケットと関連する無線周波数資源を示す情報に基づき、無線周波数資源が前記データ・トラフィックの送信に利用可能かを決定する工程とを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記無線周波数資源が前記データ・トラフィックの送信に利用可能である場合、少なくとも１つのデータ・パケットを前記第１の多重化装置に提供する工程を含む請求項５に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの物理層パケットを形成する工程が、前記複数の累積された音声パケットおよび前記提供されたデータ・パケットを含む少なくとも１つの前記物理層パケットを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 単一の時間帯内における前記エア・インターフェース上の少なくとも１つの前記物理層パケットを送信する工程を含む請求項１に記載の方法。

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