JP5309017B2 - 無線通信ネットワークにおける符号語上での情報の符号化 - Google Patents

無線通信ネットワークにおける符号語上での情報の符号化 Download PDF

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Description

本発明は、概して、無線通信に関し、特に、例えば、無線通信ネットワークでのエンティティ間の通信に対する巡回冗長符号のような誤り訂正符号で情報を符号化することにより形成される符号語の一部上への追加情報の符号化、および対応するエンティティおよび方法に関する。
VoIP(Voice over Internet Protocol)、PoC(Push−to−transmit over Cellular)、およびビデオフォン・アプリケーション・ベースのサービスをユーザが快適に使用するには、待ち時間を短くする必要がある。国際電気通信連合(ITU)によれば、例えば、アフリカ、ヨーロッパ、北米などのような領域内においては、VoIP呼の場合の一方向待ち時間は150ミリ秒程度であり、領域間VoIP一方向待ち時間は200〜300ミリ秒程度である。
ハイブリッド自動繰返し要求(HARQ)は、一般によく知られている。GSMで現在使用されているEGPRSを使用すれば、定期的ポーリングにより、HARQを行うことができる。しかし、ポーリング機構こそが待ち時間の根本的な原因である。「GERAN Evolution Feasibility Study 45.912」の10節には、ポーリングおよび/または連続的双方向データ・フローにより、ACK/NACKメッセージを使用することができると記載されている。それ故、連続的双方向データ・フローがない場合には、連続的ポーリングを行わなければ短い待ち時間を保証することはできない。しかしながら、の連続的ポーリングはスペクトル的に非効率であり、レガシーの移動局とシームレスな相互動作を行うことができない。現在、無線通信ネットワークのオペレータは、IPを通しての音声またはリアルタイムでのビデオ・ストリーミングのような短い待ち時間の用途をサポートするには、HARQを完全に動作不能にするか、スペクトル的に非効率的な方法でHARQを作動しなければならない。
移動局間VoIP呼の場合には、自動繰返し要求(ARQ)を含む既存のEGPRSプロトコルの待ち時間は、各アップリンクまたはダウンリンクに対して420ミリ秒程度である。この待ち時間は、領域間VoIPの場合には、200〜300ミリ秒よりも長くなり、領域内VoIP呼の場合には150ミリ秒をかなり超える。
下記の詳細な説明を注意深く読み、以下の添付の図面をよく見れば、通常の当業者であれば本発明の種々の態様、機能および利点をよりよく理解することができるだろう。分かりやすくするために図面を簡略化してあるし、縮尺は必ずしも正確なものではない。
図1の例示としての無線通信システム100は、コア・ネットワーク120に通信可能に結合している1つまたは複数の無線アクセス・ネットワーク110を備える。例示としてのセルラ通信ネットワークは、例えば、GSM/EGPRSおよびEDGE(Enhanced Data−rates for GSM(or Global) Evolution)ネットワークのような3GPP GERANベースのネットワーク、および他の既存のおよび将来の世代のセルラ通信ネットワークの中の第三世代3GPP WCDMAネットワークを含む。
図1のアクセス・ネットワークは、通常、対応する地理的領域に分散しているセルラ・エリアにサービスを提供する複数の基地局112を含む。この場合、各基地局は、1つまたは複数のセルまたはセクタからなる。通常、1つまたは複数の基地局は、対応するコントローラ114と通信可能に結合している。基地局およびコントローラは、実施するネットワーク・プロトコルにより異なる呼び名で呼ぶことができる。例えば、GSMネットワークにおいては、基地局110を基地トランシーバ局(BTS)と呼ぶこともでき、コントローラは基地局コントローラ(BSC)である。ある種のGSMネットワークも、パケット制御装置(PCU)116を含む。UMTSネットワークにおいては、基地局はノードと呼ばれ、コントローラは無線ネットワーク・コントローラ(RNC)と呼ばれる。
図1のコア・ネットワーク120は、例えば、BSCおよびRNCのようなコントローラに通信可能に結合している移動交換センター(MSC)122を含む。MSCは、通常、公衆交換電話網(PSTN)および/またはNo.7信号方式(SS7:Signaling System No.7)インタフェース(共通チャネル型通信パケット交換)を使用するPSTNであるサービス総合ディジタル網(ISDN)と通信可能に結合している。コア・ネットワークは、ホーム・ロケーション・レジスタ(HLR)124、およびMSCまたはある種の他のインフラストラクチャ・エンティティ内に位置していてもよい、ビジタ・ロケーション・レジスタ(VLR)を含む。パケット・サービスを含むネットワークにおいては、コア・ネットワークは、PCU116および/またはRNC114に通信可能に結合している、サービングGPRS支援ノード(SGSN)126を含む。GSMネットワークにおいては、PCUはパケットをサポートする。SGSNは、通常、例えば、インターネットのような他のパケット・データ・ネットワークに接続している、ゲートウェイGPRS支援ノード(GGSN)128と通信可能に結合している。
基地局は、無線資源をスケジュールし、使用可能な無線資源によりデータを受信および/または送信するために、プロトコルにより異なる移動局(MS)またはユーザ装置(UE)と呼ぶことができる移動端末102と通信する。無線通信システム100は、また、他のネットワーク・エンティティにより制御することができるデータ経路指示、入場制御、加入者課金、端末認証等を含む管理機能を行うための他のインフラストラクチャ・エンティティを含むこともできる。これらのエンティティは図示していないが、通常の当業者であれば周知のものである。
図2の一実施形態の場合には、例えば、基地局またはパケット制御装置(PCU)のような無線通信インフラストラクチャ・エンティティ200は、ネットワーク内のスケジュール可能な無線端末と通信するためのトランシーバ210を含む。インフラストラクチャ・エンティティは、トランシーバと通信可能に結合しているコントローラ220を含む。インフラストラクチャ・エンティティは、ネットワーク内の無線端末への無線資源の割当てを含むスケジューリング機能を行う。例えば、インフラストラクチャ・エンティティは、無線端末に1つまたは複数のタイムスロットを割り当てることができる。より一般的に言うと、割り当てられた無線資源は、時間−周波数資源であってもよい。一実施形態の場合には、コントローラは、スケジューリング・モジュール222またはスケジューリングを行うための他の論理エンティティを含む。スケジューリング・モジュールは、ソフトウェアで容易に実施することができる。
図2の無線通信インフラストラクチャ・エンティティ200は、ダウンリンク・ブロック内の単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールド上で、無線通信端末に、例えば、肯定応答情報のような非スケジューリング情報を送信する。肯定応答情報は、例えば、情報が、1つまたは複数のその割り当てられたタイムスロット上で、第1の無線通信端末から受信したものか否かに基づいて端末に送信されるACKおよびNACK情報を含む。一実施形態の場合には、コントローラは、単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールド構成モジュール224、または非スケジューリング情報を含むダウンリンク・ブロックの単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールドを構成するための他の論理エンティティを含む。単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールド構成モジュールは、ソフトウェアで容易に実施することができる。単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールドを構成した後で、トランシーバは、ダウンリンク・ブロック内の無線端末に非スケジューリング情報を送信する。
GPRS/EDGEアプリケーション用の一実施形態の場合には、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、未使用の関連予約ブロック周期(RRBP)フィールドにより非スケジューリング情報を送信する。GERANにおいては、RRBPフィールドは、ダウンリンクRLC/MACブロック内の2ビット・データ・フィールドである。この実施形態の場合には、ダウンリンク・ブロックの単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールドは、RRBPフィールドである。RRBP値は、通常、移動局が、3GPP TS44.060 V6.16.0、10.4.5に規定されているように、ネットワークへパケット制御肯定応答メッセージまたはパケット・アクセス制御チャネル・ブロックを送信する単一アップリンク・ブロックを指定する。本発明によれば、RRBPフィールドは、従来とは異なり、例えば、無線端末への肯定応答情報のような非スケジューリング情報を通信するために使用される。
GPRS/EDGE(GERAN)アプリケーションにおいては、通常、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、RRBPフィールドを有効にすることもできるし、無効にすることもできる。補足/ポーリング(S/P)ビットは、3GPP TS44.060 V6.16.0、10.4.4が指定しているように、GPRS用途でRRBPフィールドが有効なのか無効なのかを表示するために使用される。S/Pビットが、「0」に設定されると、RRBPは無効となり、「1」に設定されると、RRBPは有効になる。EDGEアプリケーションにおいては、ES/Pフィールドは、RRBPフィールドが有効であるのか無効であるのか、次のアップリンク制御ブロックがどんなフィールドを含んでいるのかを表示するために使用される。図2の一実施形態においては、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティ・コントローラは、無効化/有効化モジュールの単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールド、または例えば、ダウンリンク・ブロックのRRBPフィールドのような単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールドを有効または無効にするための他の論理エンティティ226を含む。無効化/有効化モジュールの単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールドは、通常、ソフトウェアで実施される。
レガシーおよび非レガシーの無線通信端末を含むGERANベースのネットワークにおいては、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、ネットワーク内のレガシーの端末に対するRRBPフィールドを有効にすることができる。レガシーの端末は、高速ハイブリッド自動繰返し要求(HS−HARQ)プロトコルに適合していないし、非レガシーの端末は、HS−HARQに適合している。
GERANネットワーク内のレガシーの端末に対してRRBPが有効になる一実施形態の場合には、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、非レガシーの端末に対して使用可能な最短スケジューリング遅延として符号化されたACK情報を含むRRBPフィールドを有するダウンリンク・ブロックを送信する。GERANネットワーク内のレガシーの端末に対してRRBPが有効になる他の実施形態の場合には、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、非レガシーの端末に対して最短スケジューリング遅延を含んでいない使用可能なスケジューリング遅延として符号化されたNACK情報を含むRRBPフィールドを有するダウンリンク・ブロックを送信する。
GERANネットワーク内のレガシーの端末に対してRRBPが有効になるある実施形態の場合には、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、非レガシーの端末に対する肯定応答情報を含むRRBPフィールドを有するダウンリンク・ブロックを送信し、RRBPフィールドは、レガシーの端末に対するアップリンク・スケジューリング情報を含む。
GERANにおいては、RRBPフィールドは、2ビット・データ・フィールドである。RRBPフィールドが、レガシーの端末に対して有効である1つのGERANアプリケーションにおいては、2ビット・データ・フィールドの一方のビットは、第1のアップリンク・ブロックに対する肯定応答情報を含み、2ビット・データ・フィールドの他方のビットは、第2の異なるアップリンク・ブロックに対する肯定応答情報を含んでいる。肯定応答データの2ビットの符号化を行うと、RRBPフィールドを4つの可能な遅延値のうちの1つとして解釈するレガシーの移動となる。RRBPフィールドが、レガシーの端末に対して有効なもう1つのGERANアプリケーションにおいては、2ビット・データ・フィールドの一方のビットは、少なくとも2つの異なるアップリンク・データ・ブロックに対する肯定応答情報を含み、2ビット・データ・フィールドの他方のビットは、2つの異なるアップリンク・ブロックとは異なる1つのアップリンク・データ・ブロックに対する肯定応答情報を含んでいる。
RRBPが、GERANネットワーク内のレガシーの端末に対して無効になる実施形態の場合には、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、例えば、非レガシーの端末に対するACKおよび/またはNACK情報のような肯定応答情報を含むRRBPフィールドを有するダウンリンク・ブロックを送信する。RRBPが、2ビット・データ・フィールドである1つの特定のアプリケーションの場合には、RRBPフィールドの一方のビットは、第1のアップリンク・ブロックに対する肯定応答情報を含み、RRBPフィールドの他方のビットは、第2の異なるアップリンク・ブロックに対する肯定応答情報を含んでいる。RRBPフィールドが、レガシーの端末に対して無効になる2ビット・データ・フィールドである他のアプリケーションの場合には、2ビット・データ・フィールドの一方のビットは、少なくとも2つの異なるアップリンク・データ・ブロックに対する肯定応答情報を含み、2ビット・データ・フィールドの他方のビットは、2つの異なるアップリンク・データ・ブロックとは異なる1つのアップリンク・データ・ブロックに対する肯定応答情報を含んでいる。
図3は、例えば、RLC/MACダウンリンク・ブロックの、RRBPフィールド内のダウンリンク・ブロックの単一ブロック・アップリンク・スケジューリング・フィールド内の非スケジューリング情報を受信するためのトランシーバ310を備える非レガシーの移動端末または移動局300を示す。移動局300は、トランシーバに通信可能に結合しているコントローラ320を含む。コントローラは、RRBPフィールドからの非スケジューリング情報を復号するための復号モジュール322を含む。端末300も、図示していないが、通常の当業者にとって周知の入力および出力を含むユーザ・インタフェースを含む。
RRBPフィールドが2ビット・データ・フィールドであり、RRBPフィールドがレガシーの端末に対して無効になる実施形態の場合には、レガシーの端末は、単一アップリンク・データ・ブロックに対する2ビット・データ・フィールドの一方のビット内の肯定応答情報、および2ビット・データ・フィールドの他方のビット内の異なるアップリンク・ブロックに対する肯定応答情報を受信することができる。他の実施形態の場合には、2ビット・データ・フィールドの一方のビットは、少なくとも2つの分離しているアップリンク・データ・ブロックに対する肯定応答情報を含む。
例えば、基地局、パケット制御装置または移動端末のような図4の無線通信エンティティ400は、コントローラ420と通信可能に結合しているトランシーバ410を備える。コントローラは、データからおよび第1の符号語が冗長性を含んでいる誤り訂正符号から第1の符号語を生成するように構成されている。一実施形態の場合には、コントローラは、第1の符号語生成モジュールまたは第1の符号語を生成するための他の論理エンティティ422を含む。第1の符号語生成モジュールは、ソフトウェアで容易に実施することができる。
図5のプロセス流れ図においては、ステップ510において、無線通信エンティティは、データからおよび第1の符号語が冗長性を含んでいる誤り訂正符号から第1の符号語を生成する。一実施形態の場合には、例えば、ファイア符号のような巡回冗長符号(CRC)を使用してデータを符号化する。他の適当な誤り訂正符号としては、ハミング符号、リード・ソロモン符号、低密度パリティ検査符号、Bose Ray−Chaudhuri Hocquenghem(BCH)符号、ターボ符号、および畳み込み符号その他があるが、これらに限定されない。
また、図4のコントローラは、第1の符号語の一部上で追加データを符号化することにより第2の符号語を生成するように構成されている。一実施形態の場合には、コントローラは、第2の符号語生成モジュールまたは第2の符号語を生成するための他の論理エンティティ424を含む。第2の符号語生成モジュールも、ソフトウェアで容易に実施することができる。一実施形態の場合には、追加データが符号化される第1の符号語の一部は、第1の符号語、特に誤り訂正符号の誤り訂正能力に含まれている。追加データが符号化される第1の符号語の一部は、連続していてもよいし、連続していなくてもよい。誤り訂正符号の誤り訂正能力は、復号器が追加データが符号化された第1の符号語の部分を知っている場合には、通常増大する。
図5においては、ステップ520において、無線通信エンティティは、第1の符号語の一部上で追加データを符号化することにより第2の符号語を生成する。一実施形態の場合には、第2の符号語は、第1の符号語の一部上で追加データを排他的論理和することにより生成される。他の実施形態の場合には、第2の符号語は、第1の符号語を追加データにより置換することにより生成される。追加データが符号化される第1の符号語の一部は、第1の符号語、特に誤り訂正符号の誤り訂正能力に含まれている。復号器が追加データがすでに符号化されていること、また追加データが符号化された第1の符号語の一部を知っている場合には、誤り訂正符号の誤り訂正能力は増大する。
一実施形態の場合には、第1の符号語上で符号化された追加データは、例えば、ACKおよび/またはNAK情報のような肯定応答情報である。しかし、他の実施形態の場合には、もっと一般的に、他の情報を第1の符号語の一部上で符号化することができる。図4のコントローラも、第2の符号語を符号化するように構成されている。あるアプリケーションの場合には、末尾のビットを、符号化する前に第2の符号語に追加することができる。第2の符号語の符号化は、プロセスが実施される通信プロトコルにより異なる。コントローラは、第2の符号化モジュールまたはこの目的のための他の論理エンティティ426を含む。図5のステップ530は、符号化を示す。
他の実施形態の場合には、第2の符号語は、例えば、畳み込み符号またはある他の符号のような第1の訂正符号により、データおよび符号語からの追加データを復号することにより形成される。可能な追加データは仮説として取り上げられ、仮説として取り上げられた追加データは第2の符号語上に符号化される。データおよび追加データは、例えば、ファイア符号またはある他の符号のような第2の誤り訂正符号を使用して、第2の符号語から復号される。エラーは、例えば、ファイア符号のような第2の誤り訂正符号を使用して、データおよび追加データ内で検出される。エラー検出中に、1つの許可された残りが形成される。
GERAN肯定応答アプリケーションに適しているある実施形態の場合には、第1の符号語は、ファイア符号を使用してデータを符号化することにより形成され、第2の符号語は、第1の符号語の連続する部分上の肯定応答情報を排他的論理和することにより形成される。あるGERANアプリケーションの場合には、第2の符号語は、おそらく、末尾のビットを追加した後で、半分の速度の畳み込み符号器により符号化される。図5のプロセスは、もっと一般的に、例えば、とりわけ、UMTS、EUTRA、WiFi、WiMAXおよび4Gアプリケーションのような他の無線通信プロトコルで使用するための第1の符号語の一部上で他の追加データを符号化するために使用することができる。異なる符号化スキームも使用することができる。例えば、第2の符号語をターボ符号を使用して符号化することができる。
例えば、GERANのような非レガシーの無線端末を含むいくつかの無線通信アプリケーションにおいては、第1および第2の端末は、指定の許容範囲内でほぼ同じ搬送周波数により、例えば、基地局またはパケット制御装置のようなネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティと同時に通信することができる。ある状況の下では、典型的な基地局の許容範囲は、公称搬送周波数の約0.05ppmであり、典型的なベース端子の許容範囲は、公称搬送周波数の0.10ppmである。しかし、これらの例は、許容範囲を制限するためのものではない。一実施形態の場合には、第1の移動端末は、ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティにタイムスロットでデータ・ブロックを送信し、第2の移動端末は、同じタイムスロットで、複数のベクトルを含む高冗長性肯定応答メッセージ(HRAM)を送信する。本開示のこの態様によれば、データ・ブロックおよびHRAMは、ほぼ同じ搬送周波数で送信され、データ・ブロックおよびHRAMは直交していないで、データ・ブロックはHRAMより高い電力レベルで送信され、そのためネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティのところでの非可逆的エラーを避けることができる。一実施形態の場合には、HRAMは、例えば、そのミッドアンブル部分のようなタイムスロットの一部に含まれている。
それ故、GERAN無線通信ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティは、同じタイムスロットで、第1の端末からデータ・ブロックを受信し、第2の端末からHRAMを受信する。一実施形態の場合には、HRAMベクトルは、移動局の一時的なブロックの流れに関連するシーケンスと結合している。他の実施形態の場合には、HRAMベクトルは、GSM無線通信ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティが位置するセルと関連するシーケンスと結合している。
GERANアプリケーションの場合には、レガシーのGPRSおよびEGPRS端末との相互動作性を維持しながら、本発明の1つまたは複数の部分を実施することにより、待ち時間を少なくともある程度短くすることができる。
所有を確立し、通常の当業者が本発明を実施し使用することができるような方法で、本発明およびその最善の形態を説明してきたが、本明細書に記載する例示的実施形態と等価のものが存在し、例示的実施形態により制限されずに添付の特許請求の範囲によって制限される本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、種々の修正および変更を行うことができることを理解することができるだろう。
無線通信ネットワーク。 無線通信ネットワーク・インフラストラクチャ・エンティティ。 移動体無線通信端末。 無線通信ネットワーク・エンティティ。 プロセス流れ図。

Claims (10)

  1. 無線通信ネットワーク・エンティティでのデータ処理のための方法であって、
    前記ネットワーク・エンティティにおいて、冗長性を含む第1の符号語を形成するために、第1の誤り訂正符号である巡回冗長符号を使用してデータを符号化するステップと
    記第1の符号語の一部上で追加データを排他的論理和することにより、第2の符号語を生成するステップと
    前記第2の符号語を第2の誤り訂正符号を使用して符号化するステップとを含み、
    記第1の符号語の誤り訂正能力が、前記一部に適用可能である方法。
  2. 前記第1の符号語の連続していない部分上で前記追加データが排他的論理和される請求項1に記載の方法。
  3. 前記追加データが肯定応答情報である請求項1に記載の方法。
  4. 前記巡回冗長符号がファイア(FIRE)符号である請求項1に記載の方法。
  5. 前記排他的論理和するステップが、前記第1の符号語の連続する部分上で前記追加データを排他的論理和するステップを含む請求項に記載の方法。
  6. 前記追加データが、前記第1の符号語の連続する部分上で排他的論理和される請求項1に記載の方法。
  7. 無線通信装置であって、
    第1の誤り訂正符号である巡回冗長符を使用してデータを符号化することによって、冗長性を含む第1の符号語を生成し、
    記第1の符号語の一部上で追加データを排他的論理和することによって、第2の符号語を生成
    前記第2の符号語を第2の誤り訂正符号を使用して符号化する、ように構成されているコントローラを備え、
    記第1の符号語の誤り訂正能力が、前記一部に適用可能である無線通信装置。
  8. 前記巡回冗長符号がファイア(FIRE)符号である請求項に記載の無線通信装置。
  9. 追加データが、前記第1の符号語の連続していない部分上で排他的論理和される請求項に記載の無線通信装置。
  10. 追加データが肯定応答情報である請求項に記載の無線通信装置。
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