JP5930244B2 - 無線システムでのｍａｃパケットデータユニットの構成 - Google Patents

無線システムでのｍａｃパケットデータユニットの構成 Download PDF

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Description

本発明は、概して無線通信技術に関し、特にMACパケットデータユニットの構成に関する。
データが無線接続を介して配信されるサービスの需要は、近年伸びてきており、伸び続けることが予想される。データがセルラ移動電話又は他の移動電話、パーソナル通信システム（PCS：personal communications system）、及びデジタル又は高解像度テレビ（HDTV：high definition television）を介して配信される用途が含まれる。これらのサービスの需要が伸びていることを通じて、データが配信され得るチャネル帯域幅が制限される。従って、効率的且つコスト効率の良い方法で、この制限された帯域幅で高速でデータを配信することが望まれる。
チャネルで高速データを効率的に配信する既知の手法は、直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を使用することによるものである。高速データ信号は、サブキャリア周波数（“サブキャリア”）として知られ、無線周波数（RF：radio frequency）信号内の各周波数で並列に送信される数十又は数百もの低速信号に分割される。サブキャリアの周波数スペクトルは、これらの間の間隔が最小化されるように重複する。サブキャリアはまた、統計的に独立しており、クロストークを生成しないように又は相互に干渉しないように、相互に直交する。その結果、チャネル帯域幅は、振幅又は周波数変調（AM/FM：amplitude or frequency modulation）のような通常のシングルキャリア伝送方式よりかなり効率的に使用される。
チャネル帯域幅の効率的な使用を提供する手法は、MIMO（Multiple Input-Multiple Output）と呼ばれる、複数のアンテナを有する基地局を使用してデータを送信し、複数の受信アンテナを有する遠隔局を使用して送信データを受信することである。データは、各アンテナにより送信された信号の間に空間ダイバーシチが存在するように送信され、これにより、アンテナの数を増加させることにより、データ容量（データキャパシティ）を増加させ得る。或いは、データは、各アンテナにより送信された信号の間に時間ダイバーシチが存在するように送信され、これにより、信号フェージングを低減する。
新たな標準IEEE802.16mにより機能するもののような無線通信システムは、MACパケットに構成された情報を送信及び受信する。しかし、現在使用されているMACパケット構成は最適とは言えない。
従って、移動無線システムで使用する改善したMACパケット構成の必要性が存在する。
第１の広い態様によれば、MAC PDUを使用した無線通信方法が提供される。この方法は、サービスフローの１つ以上の特性を判定し、１つ以上の特性に基づいて、複数のMAC PDUヘッダ種別の中から１つのMAC PDUヘッダ種別を選択することを含む。サービスフローのデータは、選択された種別のヘッダを用いてMAC PDUにカプセル化される。カプセル化されたサービスフローのデータを備えたMAC PDUは、無線送信される。
第２の広い態様によれば、MAC PDUを使用した無線通信方法が提供される。この方法は、所望のサービスフローがVoIPサービスフローであるか、VoIPサービスフローではないサービスフローであるかを判定し、判定に基づいて、複数のMAC PDUヘッダ種別の中から１つのMAC PDUヘッダ種別を選択することを含む。サービスフローのデータは、選択された種別のヘッダを用いてMAC PDUにカプセル化される。カプセル化されたサービスフローのデータを備えたMAC PDUは、無線送信される。
第３の広い態様によれば、MAC PDUを使用して無線通信を実行する装置が提供される。この装置は、サービスフローの１つ以上の特性を判定し、１つ以上の特性に基づいて、複数のMAC PDUヘッダ種別の中から１つのMAC PDUヘッダ種別を選択するように、CPUにより実行されるソフトウェアを含むロジックを有する。この装置は、選択されたMAC PDUヘッダ種別を用いて、サービスフローのデータをMAC PDUにカプセル化し、無線送信する。
第３の広い態様によれば、MAC PDUを使用した無線通信方法が提供される。この方法は、無線通信システムのパラメータを伝達する制御情報を提供し、制御情報をMAC PDUパケットにカプセル化し、MAC PDUパケットを無線送信することを含む。
第４の広い態様によれば、基地局（BS：Base Station）と加入者局（SS：Subscriber Station）との間の通信方法が提供される。この方法は、BSにおいて、サービスフローのデータを保持するペイロード成分を備えた複数のMAC PDUパケットと、制御情報を伝達するペイロード成分のない複数のMAC PDUパケットとを生成することを含む。この方法はまた、ペイロード成分を備えたMAC PDUパケットと、制御情報を備えたMAC PDUパケットとをSSに無線送信することを含む。
第５の広い態様によれば、第１の局と第２の局との間の無線通信方法が提供される。この方法は、第１の局と第２の局との間でレンジング符号送信を実行し、第１の局と第２の局との間の上りリンクで、ペイロード成分のないMAC PDUパケットを送信することを含み、各MAC PDUパケットは、制御情報を伝達するヘッダを有する。
セルラ通信システムのブロック図 本発明の或る実施例を実装するために使用され得る例示的な基地局のブロック図 本発明の或る実施例を実装するために使用され得る例示的な無線端末のブロック図 本発明の或る実施例を実装するために使用され得る例示的な中継局のブロック図 本発明の或る実施例を実施するために使用され得る例示的なOFDM送信アーキテクチャの論理分解のブロック図 本発明の或る実施例を実施するために使用され得る例示的なOFDM受信アーキテクチャの論理分解のブロック図 IEEE802.16m-08/003rlの図１の全体ネットワークアーキテクチャの例 IEEE802.16m-08/003rlの図２の全体ネットワークアーキテクチャの中継局 IEEE802.16m-08/003rlの図３のシステム参照モデル IEEE802.16m-08/003rlの図４のIEEE802.16mのプロトコル構成 IEEE802.16m-08/003rlの図５のIEEE802.16mのMS/BSデータプレーン処理フロー IEEE802.16m-08/003rlの図６のIEEE802.16mのMS/BS制御プレーン処理フロー IEEE802.16m-08/003rlの図７のマルチキャリアシステムをサポートする一般プロトコルアーキテクチャ 無線システムで使用されるヘッダMAC PDUの種別の選択を実行する処理のブロック図 本発明の実装例によるMAC PDUのヘッダ構成 MAC PDUが複数のSDUを伝達する場合の、本発明の実装例に従ってMAC PDUで使用される一連のSDUフラグメンテーション方式 MAC PDUがSDUフラグメントのみ又は単一の完全なSDUを伝達する場合の、本発明の実装例に従ってMAC PDUで使用される一連のSDUフラグメンテーション方式 本発明の第１の実装例によるMAC PDUのヘッダ構成 本発明の第２の実装例によるMAC PDUのヘッダ構成 本発明の更に別の実装例に従って長さサブヘッダフィールドを使用するMAC PDUの構成 本発明の更に別の実装例によるMAC PDUのヘッダ及びサブヘッダの組み合わせの構成 図２１のMAC PDUのサブヘッダの構成の詳細 制御情報を伝達するために使用される本発明の更に別の実装例によるMACパケットのヘッダの構成
本発明の態様及び特徴は、添付図面及び特許請求の範囲と共に開示の特定の実施例の以下の説明を読むことにより、当業者に明らかになる。
本発明の実施例について、添付図面を参照して一例のみとして説明する。
同様の要素を示すために、異なる図面で同様の参照符号が使用される。
図面を参照すると、図１は、複数のセル12内での無線通信を制御する基地局コントローラ（BSC：base station controller）10を示しており、複数のセルは、対応する基地局（BS：base station）14によりサービス提供される。或る構成では、各セルは、複数のセクタ13又はゾーン（図示せず）に更に分割される。一般的に、各BS14は、加入者局（SS：subscriber station）16とのOFDMを使用した通信を容易にする。加入者局（SS）16は、基地局と通信可能な如何なるエンティティでもよく、移動端末及び／又は無線端末或いは固定端末を含んでもよく、対応するBS14に関連するセル12内にある。SS16がBS14に対して移動すると、この移動は、チャネル状態におけるかなりの変動を生じる。図示のように、BS14及びSS16は、通信のための空間ダイバーシチを提供するために、複数のアンテナを含んでもよい。或る構成では、中継局（relay station）15は、BS14と無線端末16との間の通信を支援してもよい。SS16は、いずれかのセル12、セクタ13、ゾーン（図示せず）、BS14又は中継局15から他のセル12、セクタ13、ゾーン（図示せず）、BS14又は中継局15にハンドオフされてもよい18。或る構成では、BS14は、バックホールネットワーク11で各ネットワーク及び他のネットワーク（コアネットワーク又はインターネット（双方とも図示せず）等）と通信する。或る構成では、基地局コントローラ10は必要ない。
図２を参照すると、BS14の例が示されている。BS14は、一般的に、制御システム20と、ベースバンドプロセッサ22と、送信回路24と、受信回路26と、複数のアンテナ28と、ネットワークインタフェース30とを含む。受信回路26は、SS16（図３に図示する）及び中継局15（図４に図示する）により提供された１つ以上の遠隔送信機から、情報を運ぶ無線周波数信号を受信する。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）は、処理のために信号からブロードバンド干渉を増幅及び除去するように協調してもよい。ダウンコンバージョン及びデジタル化回路（図示せず）は、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウンコンバートする。中間又はベースバンド周波数信号は、１つ以上のデジタルストリームにデジタル化される。
ベースバンドプロセッサ22は、デジタル化された受信信号を処理し、受信信号で伝達された情報又はデータビットを抽出する。典型的には、この処理は、復調、復号化及び誤り訂正動作を有する。従って、ベースバンドプロセッサ22は、一般的には、１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ（DSP：digital signal processor）又は特定用途向け集積回路（ASIC：application-specific integrated circuit）に実装される。受信情報は、ネットワークインタフェース30を介して無線ネットワークを通じて送信される、或いは、直接的に又は中継局15の支援により、BS14によりサービス提供される他のSS16に送信される。
送信側では、ベースバンドプロセッサ22は、制御システム20の制御で、ネットワークインタフェース30からデジタル化されたデータ（音声、データ又は制御情報を表してもよい）を受信し、送信のためにデータを符号化する。符号化されたデータは、送信回路24に出力され、そこで、所望の送信周波数を有する１つ以上のキャリア信号により変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチングネットワーク（matching network）（図示せず）を通じて変調されたキャリア信号をアンテナ28に配信する。変調及び処理の詳細は、以下に詳細に説明する。
図３を参照して、加入者局（SS：subscriber station）16の例を説明する。SS16は、例えば移動局でもよい。BS14と同様に、SS16は、制御システム32と、ベースバンドプロセッサ34と、送信回路36と、受信回路38と、複数のアンテナ40と、ユーザインタフェース回路42とを含む。受信回路38は、１つ以上のBS14及び中継局15から情報を運ぶ無線周波数信号を受信する。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）は、処理のために信号からブロードバンド干渉を増幅及び除去するように協調してもよい。ダウンコンバージョン及びデジタル化回路（図示せず）は、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウンコンバートする。中間又はベースバンド周波数信号は、１つ以上のデジタルストリームにデジタル化される。
ベースバンドプロセッサ34は、デジタル化された受信信号を処理し、受信信号で伝達された情報又はデータビットを抽出する。典型的には、この処理は、復調、復号化及び誤り訂正動作を有する。ベースバンドプロセッサ34は、一般的には、１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ（DSP：digital signal processor）又は特定用途向け集積回路（ASIC：application-specific integrated circuit）に実装される。送信について、ベースバンドプロセッサ34は、制御システム32からデジタル化されたデータ（音声、ビデオ、データ又は制御情報を表してもよい）を受信し、送信のためにデータを符号化する。符号化されたデータは、送信回路36に出力され、そこで、所望の送信周波数にある１つ以上のキャリア信号を変調するために変調器により変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチングネットワーク（図示せず）を通じて変調されたキャリア信号をアンテナ40に配信する。当業者に利用可能な様々な変調及び処理技術が、直接的に又は中継局を介してSSと基地局との間で信号を送信するために使用される。
OFDM変調では、送信帯域は複数の直交サブキャリアに分割される。各サブキャリアは、送信されるデジタルデータに従って変調される。OFDMは送信帯域を複数のサブキャリアに分割するため、キャリア毎の帯域幅は減少し、キャリア毎の変調時間は増加する。複数のサブキャリアが並列して送信されるため、いずれかの所与のサブキャリアのデジタルデータ若しくはシンボル（以下で説明する）の送信レートは、単一のキャリアが使用される場合より低い。
OFDM変調は、送信される情報について逆高速フーリエ変換（IFFT：Inverse Fast Fourier Transform）の性能を利用する。復調について、受信信号での高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）の性能は、送信された情報を回復する。実際に、IFFT及びFFTは、それぞれ逆離散フーリエ変換（IDFT：Inverse Discrete Fourier Transform）及び離散フーリエ変換（DFT：Discrete Fourier Transform）を実行するデジタル信号処理により提供される。従って、OFDM変調の特徴は、送信チャネル内の複数の帯域について直交サブキャリアが生成される点にある。変調された信号は、比較的低い送信レートを有し、各帯域内に留まることができるデジタル信号である。個々のサブキャリアは、デジタル信号により直接的に変調されない。その代わりに、全てのサブキャリアは、IFFT処理により同時に変調される。
動作中に、OFDMは、BS14からSS16への下りリンク送信に少なくとも使用されることが好ましい。各BS14は、“n”個の送信アンテナ28（n>=1）を備えており、各SS16は、“m”個の受信アンテナ40（m>=1）を備えている。特に、各アンテナは、適切なデュプレクサ又はスイッチを使用して受信及び送信に使用可能であり、簡潔にするためにのみこのようにラベルが付与されている。
中継局15が使用される場合、OFDMは、BS14から中継局15への下りリンク送信と、中継局15からSS16への下りリンク送信とに使用されることが好ましい。
図４を参照すると、中継局15の例が示されている。BS14及びSS16と同様に、中継局15は、制御システム132と、ベースバンドプロセッサ134と、送信回路136と、受信回路138と、複数のアンテナ130と、中継回路142とを含む。中継回路142は、中継局14が基地局16とSS16との間の通信を支援することを可能にする。受信回路138は、１つ以上のBS14及びSS16から情報を運ぶ無線周波数信号を受信する。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）は、処理のために信号からブロードバンド干渉を増幅及び除去するように協調してもよい。ダウンコンバージョン及びデジタル化回路（図示せず）は、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウンコンバートする。中間又はベースバンド周波数信号は、１つ以上のデジタルストリームにデジタル化される。
ベースバンドプロセッサ134は、デジタル化された受信信号を処理し、受信信号で伝達された情報又はデータビットを抽出する。典型的には、この処理は、復調、復号化及び誤り訂正動作を有する。ベースバンドプロセッサ134は、一般的には、１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ（DSP：digital signal processor）又は特定用途向け集積回路（ASIC：application-specific integrated circuit）に実装される。
送信について、ベースバンドプロセッサ134は、制御システム132からデジタル化されたデータ（音声、ビデオ、データ又は制御情報を表してもよい）を受信し、送信のためにデータを符号化する。符号化されたデータは、送信回路136に出力され、そこで、所望の送信周波数にある１つ以上のキャリア信号を変調するために変調器により変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチングネットワーク（図示せず）を通じて変調されたキャリア信号をアンテナ130に配信する。前述のように、当業者に利用可能な様々な変調及び処理技術が、直接的に又は中継局を介して間接的にSSと基地局との間で信号を送信するために使用される。
図５を参照して、論理OFDM送信アーキテクチャについて説明する。まず、基地局コントローラ10は、直接的に又は中継局15の支援により、様々なSS16に送信されるデータをBS14に送信する。BS14は、送信用のデータをスケジューリングするため及びスケジューリングされたデータを送信するための適切な符号化及び変調技術を選択するために、SSに関連するチャネル品質についての情報を使用してもよい。チャネル品質は、以下に詳細に説明するように、制御信号を使用して見つけられる。しかし、一般的には、各SS16のチャネル品質は、チャネル振幅（又は応答）がOFDM周波数帯域を通じて変化する程度の関数である。
ビットのストリームであるスケジューリングされたデータ44は、データスクランブル化ロジック46を使用してデータに関連するピーク対平均電力比を低減するようにスクランブル化される。スクランブル化されたデータの巡回冗長検査（CRC：cyclic redundancy check）は、CRC付加ロジック48を使用して決定され、スクランブル化されたデータに付与されてもよい。次に、チャネル符号化ロジック50を使用して、チャネル符号化が実行され、SS16での回復及び誤り訂正を容易にするためにデータに冗長性を効果的に付加する。この場合も同様に、特定のSS16のチャネル符号化は、チャネル品質に基づいてもよい。或る実装では、チャネル符号化ロジック50は、既知のTurbo符号化技術を使用する。符号化されたデータは、符号化に関連するデータ展開を補うために、レートマッチング（rate matching）ロジック52により処理される。
ビットインターリーバロジック54は、符号化されたデータのビットを体系的に並び替え、連続的なデータビットのロスを最小化する。結果のデータビットは、マッピングロジック56により選択された変調方式に応じて対応するシンボルに体系的にマッピングされる。変調方式は、例えば、直交振幅変調（QAM：Quadrature Amplitude Modulation）、四相位相シフトキーイング（QPSK：Quadrature Phase Shift Key）又は差動位相シフトキーイング（DPSK：Differential Phase Shift Keying）変調でもよい。送信データでは、変調の程度は、特定のSSのチャネル品質に基づいて選択されてもよい。シンボルは、シンボルインターリーバロジック58を使用して、周波数選択性フェージングにより生じる周期的なデータロスに対する送信信号の耐性を更に増強するために体系的に並び替えられてもよい。
この時点で、ビットのグループは、振幅及び位相コンステレーションの位置を表すシンボルにマッピングされる。空間ダイバーシチが望まれる場合、シンボルのブロックは、時空ブロック符号（STC：space-time block code）符号化ロジック60により処理される。STC符号化ロジック60は、送信信号を干渉に対してより耐性のあるようにし、SS16で容易に復号されるように、シンボルを変更する。STC符号化ロジック60は、入来するシンボルを処理し、BS14の送信アンテナ28の数に対応する“n”個の出力を提供する。図５に関して前述した制御システム20及び／又はベースバンドプロセッサ22は、STC符号化を制御するためにマッピング制御信号を提供する。この時点で、“n”個の出力のシンボルが、送信されてSS16により回復可能なデータを表すことを仮定する。
この例では、BS14が２つのアンテナ28（n=2）を有しており、STC符号化ロジック60がシンボルの２つの出力ストリームを提供することを仮定する。従って、STC符号化ロジック60により出力される各シンボルストリームは、理解を容易にするために別々に図示されている対応するIFFTプロセッサ62に送信される。当業者は、このようなデジタル信号処理を提供するために、１つ以上のプロセッサが単独で又はここに記載の他の処理と組み合わせて使用されてもよいことを認識する。IFFTプロセッサ62は、逆フーリエ変換を提供するために各シンボルで動作することが好ましい。IFFTプロセッサ62の出力は、時間領域でのシンボルを提供する。時間領域のシンボルはフレームにグループ化され、フレームは、プレフィックス挿入ロジック64によりプレフィックスに関連付けられる。結果の信号のそれぞれは、デジタル領域で中間周波数にアップコンバートされ、対応するデジタルアップコンバート（DUC：digital up-conversion）及びデジタル・アナログ（D/A）変換回路66を介してアナログ信号に変換される。結果の（アナログ）信号は、所望のRF周波数で同時に変調され、増幅され、RF回路68及びアンテナ28を介して送信される。特に、目的のSS16により知られているパイロット信号は、サブキャリア間に分散される。SS16は、チャネル推定のためにパイロット信号を使用してもよい。
BS14から直接的な又は中継局15の支援によるSS16による送信信号の受信を示す図６に参照が行われる。SS16の各アンテナ40に送信信号が到達すると、各信号は、対応するRF回路70により復調及び増幅される。簡潔且つ明瞭にするために、２つの受信パスのうち１つのみを詳細に説明及び図示する。アナログ・デジタル（A/D）変換器及びダウンコンバート回路72は、デジタル処理のために、アナログ信号をデジタル化してダウンコンバートする。結果のデジタル化された信号は、受信信号レベルに基づいてRF回路70の増幅器の利得を制御するために、自動利得制御回路（AGC：automatic gain control）74により使用されてもよい。まず、デジタル化された信号は、同期ロジック76に提供される。同期ロジックは、複数のOFDMシンボルをバッファに入れて、２つの連続するOFDMシンボルの間の自己相関を計算する粗い同期ロジック78を含む。相関結果の最大値に対応する結果の時間インデックスは、ヘッダに基づいて正確なフレーム開始位置を決定するために細かい同期ロジック80により使用される細かい同期検索ウィンドウを決定する。細かい同期ロジック80の出力は、フレーム整列ロジック84によるフレーム取得を容易にする。適切なフレーム整列は、次のFFT処理が時間領域から周波数領域への正確な変換を提供するために重要である。細かい同期アルゴリズムは、ヘッダにより伝達される受信パイロット信号と既知のパイロットデータのローカルコピーとの間の相関に基づく。フレーム整列の取得が生じると、OFDMシンボルのプレフィックスは、プレフィックス除去ロジック86で除去され、結果のサンプルは、周波数オフセット訂正ロジック88に送信される。周波数オフセット訂正ロジック88は、送信機及び受信機の一致しないローカル発振器により生じたシステム周波数オフセットを補う。同期ロジック76は、周波数オフセット及びクロック推定ロジック82を含むことが好ましい。周波数オフセット及びクロック推定ロジック82は、ヘッダに基づき、送信信号でのこのような効果を推定し、適切にOFDMシンボルを処理するためにこれらの推定を訂正ロジック88に提供することに役立てる。
この時点で、時間領域のOFDMシンボルは、FFT処理ロジック90を使用して周波数領域に変換する準備ができている。結果は周波数領域のシンボルであり、周波数領域のシンボルは、処理ロジック92に送信される。処理ロジック92は、分散パイロット抽出ロジック94を使用して分散したパイロット信号を抽出し、チャネル推定ロジック96を使用して抽出されたパイロット信号に基づいてチャネル推定を決定し、チャネル再構成ロジック98を使用して全てのサブキャリアについてチャネル応答を提供する。サブキャリア毎のチャネル応答を決定するために、基本的には、パイロット信号は、時間及び周波数の双方において既知のパターンでOFDMサブキャリアを通じてデータシンボル間に分散した複数のパイロットシンボルである。図６を参照し続けると、処理ロジックは、特定の時間の特定のサブキャリアで想定されるパイロットシンボルと受信したパイロットシンボルとを比較し、パイロットシンボルが送信されたサブキャリアのチャネル応答を決定する。結果は、パイロットシンボルが提供されない残りのサブキャリアの全てではなくてもほとんどのチャネル応答を推定するように補間される。実際に補間されたチャネル応答は、OFDMチャネルのサブキャリアの全てではなくてもほとんどのチャネル応答を含む全体のチャネル応答を推定するために使用される。
各受信パスのチャネル応答から導かれる周波数領域のシンボル及びチャネル再構成情報は、STC復号化器100に提供される。STC復号化器100は、双方の受信パスでSTC復号化を提供し、送信シンボルを回復する。チャネル再構成情報は、各周波数領域のシンボルを処理するときに送信チャネルの効果を除去するのに十分な等化情報をSTC復号化器100に提供する。
回復されたシンボルは、シンボルデインターリーバロジック102を使用して逆の順序に配置される。シンボルデインターリーバロジック102は、送信機のシンボルインターリーバロジック58に対応する。デインターリーブされたシンボルは、デマッピングロジック104を使用して、対応するビットストリームに復調又はデマッピングされる。ビットは、ビットデインターリーバロジック106を使用してデインターリーブされる。ビットデインターリーバロジック106は、送信アーキテクチャのビットインターリーバロジック54に対応する。デインターリーブされたビットは、レートデマッチングロジック108により処理され、最初にスクランブル化されたデータ及びCRCチェックサムを回復するためにチャネル復号化ロジック110に提示される。従って、CRCロジック112は、CRCチェックサムを除去し、通常の方法でスクランブル化されたデータを検査し、既知の基地局のデスクランブル化符号を使用してデスクランブル化するためにこれをデスクランブル化ロジック114に提供し、元々送信されたデータ116を回復する。
データ116の回復と並行して、チャネル品質の指標又は少なくともBS14でチャネル品質の認識を導くのに十分な情報を有するCQI信号が決定され、BS14に送信される。CQI信号の送信は、以下に詳細に説明する。前述のように、CQIは、搬送波対干渉比（CIR：carrier-to-interference ratio）と、チャネル応答がOFDM周波数帯域の様々なサブキャリアを通じて変化する程度との関数でもよい。例えば、情報を送信するために使用されるOFDM周波数帯域の各サブキャリアのチャネル利得は、チャネル利得がOFDM周波数帯域を通じて変化する程度を決定するために、相互に比較されてもよい。変動の程度を測定するために複数の技術が利用可能であるが、１つの技術は、データを送信するために使用されているOFDM周波数帯域を通じた各サブキャリアのチャネル利得の標準偏差を計算することである。或る実施例では、中継局は、１つのみの無線機を使用して時分割方式で動作してもよく、或いは複数の無線機を含んでもよい。
図１〜６は、本発明の実施例を実装するために使用され得る通信システムの１つの特定の例を提供している。本発明の実施例は、特定の例とは異なるアーキテクチャを有するが、ここに記載の実施例の実装に従った方法で動作する通信システムで実装されてもよいことが分かる。
次に図７を参照すると、例示的なネットワーク参照モデルが示されている。例示的なネットワーク参照モデルは、本発明の非限定的な実施例に従って前述のBS14、SS16及び中継局（RS：relay station）15の間の無線通信をサポートするネットワークの論理表現である。ネットワーク参照モデルは、相互運用性がこれらの機能エンティティの間で実現される機能エンティティ及び参照ポイントを特定する。特に、ネットワーク参照モデルは、SS16と、アクセスサービスネットワーク（ASN：Access Service Network）と、接続サービスネットワーク（CSN：Connectivity Service Network）とを含んでもよい。
ASNは、加入者（例えば、IEEE802.16e/m加入者）に無線アクセスを提供するために必要な完全な一式のネットワーク機能として規定されてもよい。ASNは、１つ以上のBS14及び１つ以上のASNゲートウェイのようなネットワークエレメントを有してもよい。ASNは、１つより多くのCSNにより共有されてもよい。ASNは以下の機能を提供してもよい。
□SS16とのレイヤ1及びレイヤ2の接続
□加入者セッションの認証、許可及びセッション課金のための加入者のホームネットワークサービスプロバイダ（H-NSP：Home Network Service Provider）へのAAAメッセージの伝送
□加入者の好みのNSPのネットワーク発見及び選択
□SS16とのレイヤ3（L3）接続を確立するための中継機能（例えば、IPアドレスの割り当て）
□無線リソース管理
前述の機能に加えて、ポータブル及び移動環境では、ASNは、以下の機能を更にサポートしてもよい。
□ASNに留まるモビリティ（ASN anchored mobility）
□CSNに留まるモビリティ（CSN anchored mobility）
□ページング
□ASN-CSNトンネリング
それに関して、CSNは、加入者にIP接続サービスを提供する一式のネットワーク機能として規定されてもよい。CSNは、以下の機能を提供してもよい。
□ユーザセッションのためのMS IPアドレス及びエンドポイントパラメータの割り当て
□AAAプロキシ又はサーバ
□ユーザ加入者プロファイルに基づくポリシー及び許可制御
□ASN-CSNトンネリングのサポート
□加入者の課金及びオペレータ間の決済
□ローミング用のCSN間のトンネリング
□ASN間のモビリティ
CSNは、位置に基づくサービス、ピア・ツー・ピア・サービスのための接続、IPマルチメディアサービスへの提供、許可及び／又は接続のようなサービスを提供してもよい。CSNは、ルータ、AAAプロキシ／サーバ、ユーザデータベース、及び相互接続ゲートウェイMSのようなネットワークエレメントを更に有してもよい。IEEE802.16mに関して、CSNは、IEEE802.16m NSPの一部又はIEEE802.16e NSPの一部として配置されてもよい。
更に、RS15は、改善されたカバレッジ及び／又はキャパシティを提供するために配置されてもよい。図８を参照すると、従来のRSをサポート可能なBS14は、“従来のゾーン”で従来のRSと通信する。BS14は、“16mゾーン”で従来のプロトコルのサポートを提供する必要はない。中継プロトコルの設計はIEEE802-16jの設計に基づいてもよいが、“従来のゾーン”で使用されるIEEE802-16jとは異なってもよい。
図９を参照すると、システム参照モデルが示されている。システム参照モデルは、SS16とBS14との双方に適用され、媒体アクセス制御（MAC：Medium Access Control）共通部サブレイヤ、コンバージェンスサブレイヤ、セキュリティサブレイヤ及び物理（PHY）サブレイヤを含み、様々な機能ブロックを含む。
コンバージェンスサブレイヤは、MAC SAPを通じてMAC CPSにより受信したMAC SDUへのCS SAPを通じて受信した外部ネットワークデータのマッピング、外部ネットワークSDUの分類並びにMAC SFID及びCIDへの関連付け、ペイロードヘッダ抑制／圧縮（PHS：payload header suppression/compression）を実行する。
セキュリティサブレイヤは、認証及びセキュリティ鍵の交換及び暗号化を実行する。
物理レイヤは、物理レイヤプロトコル及び機能を実行する。
MAC共通部サブレイヤについて、詳細に説明する。まず、媒体アクセス制御（MAC）が接続（コネクション）指向型であることが分かる。すなわち、SS16のサービスへのマッピング及び様々なレベルのQoSの関連付けのために、データ通信は、“接続”に関して実行される。特に、SS16がシステムに導入されたときに、“サービスフロー”が提供されてもよい。SS16の登録後にすぐ、接続がこれらのサービスフローに関連付けられ（サービスフロー毎に１つの接続）、どれに対して帯域幅を要求するかの参照を提供する。更に、顧客のサービスが変更を必要とする場合、新たな接続が確立されてもよい。接続は、MACを利用するピア（peer）コンバージェンス処理の間のマッピングと、サービスフローとの双方を規定する。サービスフローは、接続で交換されるMACプロトコルデータユニット（PDU：protocol data unit）のQoSパラメータを規定する。従って、サービスフローは、帯域幅割り当て処理に必須である。特に、SS16は、接続毎に上りリンク帯域幅を要求する（暗にサービスフローを識別する）。帯域幅は、MSからの接続毎の要求に応じて許可の集合として、BSによりMSに対して許可されてもよい。
更に図１０を参照すると、MAC共通部サブレイヤ（CPS：common part sublayer）は、無線リソース制御及び管理（RRCM：radio resource control and management）機能と、媒体アクセス制御（MAC）機能とに分類される。
RRCM機能は、以下のような無線リソース機能に関する複数の機能ブロックを含む。
□無線リソース管理
□モビリティ管理
□ネットワーク登録管理
□位置管理
□アイドルモード管理
□セキュリティ管理
□システム構成管理
□マルチキャスト及びブロードキャストサービス（MBS：Multicast and Broadcasting Service）
□サービスフロー及び接続管理
□中継機能
□自己編成（Self Organization）
□マルチキャリア
＜無線リソース管理＞
無線リソース管理ブロックは、トラヒック負荷に基づいて無線ネットワークパラメータを調整し、また、負荷制御（負荷分散）、許可制御及び干渉制御の機能を含む。
＜モビリティ管理＞
モビリティ管理ブロックは、RAT内／RAT間ハンドオーバに関する機能をサポートする。モビリティ管理ブロックは、広告（advertisement）及び測定を含むRAT内／RAT間ネットワークトポロジの取得を扱い、候補の周辺ターゲットBS／RSを管理し、また、MSがRAT内／RAT間ハンドオーバ動作を実行するか否かを判定する。
＜ネットワーク登録管理＞
ネットワーク登録管理ブロックは、初期化及びアクセス手順を管理する。ネットワーク登録管理ブロックは、アクセス手順の間に必要な管理メッセージ（すなわち、レンジング（ranging）、基本機能の交渉、登録等）を生成してもよい。
＜位置管理＞
位置管理ブロックは、位置に基づくサービス（LBS：location based service）のサポートを管理する。位置管理ブロックは、LBS情報を含むメッセージを生成してもよい。
＜アイドルモード管理＞
アイドルモード管理ブロックは、アイドルモードの間の位置更新動作を管理する。アイドルモード管理ブロックは、アイドルモード動作を制御し、コアネットワーク側のページングコントローラからのページングメッセージに基づいてページング広告メッセージを生成する。
＜セキュリティ管理＞
セキュリティ管理ブロックは、安全な通信のための認証／許可及び鍵管理を管理する。
＜システム構成管理＞
システム構成管理ブロックは、システム構成パラメータと、MSに送信するシステムパラメータ及びシステム構成情報とを管理する。
＜マルチキャスト及びブロードキャストサービス（MBS）＞
マルチキャスト及びブロードキャストサービス（MBS）は、ブロードキャスト及び／又はマルチキャストサービスに関連する管理メッセージ及びデータを制御する。
＜サービスフロー及び接続管理＞
サービスフロー及び接続管理ブロックは、アクセス／ハンドオーバ／サービスフロー生成手順の間に“MS識別子”（又は局識別子（STID：station identifier））及び“フロー識別子”（FID：flow identifier）を割り当てる。MS識別子及びFIDは、以下に更に説明する。
＜中継機能＞
中継機能ブロックは、マルチホップ中継機構をサポートする機能を含む。この機能は、BSとアクセスRSとの間に中継経路を維持する手順を含む。
＜自己編成＞
自己編成ブロックは、自己設定及び自己最適化機構をサポートする機能を実行する。この機能は、RS／MSに対して自己設定及び自己最適化のための測定を報告することを要求し、RS／MSから測定を受信する手順を含む。
＜マルチキャリアのサポート＞
マルチキャリア（MC：Multi-carrier）ブロックは、共通のMACエンティティが複数の周波数チャネルに及ぶPHYを制御することを可能にする。チャネルは異なる帯域幅（例えば、5、10及び20MHz）でもよく、連続又は不連続の周波数帯域でもよい。チャネルは、同じ又は異なるデュプレックスモード（例えば、FDD、TDD）でもよく、双方向のブロードキャストのみのキャリアの組み合わせでもよい。連続する周波数チャネルでは、重複したガードサブキャリアが、データ送信に使用されるために、周波数領域に整列される。
媒体アクセス制御（MAC）は、以下のような物理レイヤ及びリンク制御に関する機能ブロックを含む。
□PHY制御
□制御シグナリング
□スリープモード管理
□QoS
□スケジューリング及びリソース多重
□ARQ
□フラグメンテーション／パッケージング
□MAC PDU形成
□複数無線共存（Multi-Radio Coexistence）
□データ転送
□干渉管理
□BS間調整
＜PHY制御＞
PHY制御ブロックは、レンジング、測定／フィードバック（CQI）及びHARQ ACK/NACKのようなPHYシグナリングを扱う。CQI及びHARQ ACK/NACKに基づいて、PHY制御ブロックは、MSにより検出されるようなチャネル品質を推定し、変調及び符号化方式（MCS：modulation and coding scheme）及び／又は電力レベルの調整を介してリンクアダプテーションを実行する。レンジング手順では、PHY制御ブロックは、電力調整、周波数オフセット及びタイミングオフセット推定で上りリンク同期を行う。
＜制御シグナリング＞
制御シグナリングブロックは、リソース割り当てメッセージを生成する。
＜スリープモード管理＞
スリープモード管理ブロックは、スリープモード動作を扱う。スリープモード管理ブロックはまた、スリープ動作に関するMACシグナリングを生成してもよく、スリープ期間に従って適切に動作するためにスケジューリング及びリソース多重ブロックと通信してもよい。
＜QoS＞
QoSブロックは、接続毎にサービスフロー及び接続管理ブロックから入力されたQoSパラメータに基づいてQoS管理を扱う。
＜スケジューリング及びリソース多重＞
スケジューリング及びリソース多重ブロックは、接続の特性に基づいてパケットをスケジューリング及び多重する。接続の特性を反映させるために、スケジューリング及びリソース多重ブロックは、接続毎にQoSブロックからQoS情報を受信する。
＜ARQ＞
ARQブロックは、MAC ARQ機能を扱う。ARQ可能な接続では、ARQブロックは、論理的にMAC SDUをARQブロックに分割し、各論理ARQブロックに番号を付ける。ARQブロックはまた、フィードバックメッセージ（ACK/NACK情報）のようなARQ管理メッセージを生成してもよい。
＜フラグメンテーション／パッケージング＞
フラグメンテーション／パッケージングブロックは、スケジューリング及びリソース多重ブロックからのスケジューリング結果に基づいて、MSDUのフラグメンテーション（細分化）又はパッケージングを実行する。
＜MAC PDU形成＞
MAC PDU形成ブロックは、MS/BSがPHYチャネルへのユーザトラヒック又は管理メッセージを送信できるように、MAC PDUを構築する。MAC PDU形成ブロックは、MACヘッダを追加し、サブキャリアを追加してもよい。
＜複数無線共存＞
複数無線共存ブロックは、同じ移動局に一緒に配置されたIEEE802.16m及び非IEEE802.16m無線機の同時の動作をサポートする機能を実行する。
＜データ転送＞
データ転送ブロックは、RSがBSとMSとの間の経路に存在するときに転送機能を実行する。データ転送ブロックは、スケジューリング及びリソース多重ブロック及びMAC PDU形成ブロックのような他のブロックと協調動作してもよい。
＜干渉管理＞
干渉管理ブロックは、セル／セクタ間干渉を管理する機能を実行する。動作は、以下のものを含んでもよい。
□MACレイヤ動作
□MACシグナリングを介して送信される干渉測定／評価レポート
□スケジューリングによる干渉軽減及び柔軟な周波数再利用
□PHYレイヤ動作
□送信電力制御
□干渉のランダム化
□干渉の除去
□干渉測定
□送信ビームフォーミング／プリコーディング
＜BS間調整＞
BS間調整ブロックは、情報を交換することにより複数のBSの動作を調整する機能（例えば、干渉管理）を実行する。この機能は、バックボーンシグナリング及びMS MACメッセージングにより、BS間で例えば干渉管理の情報を交換する手順を含む。この情報は、干渉特性（例えば、干渉測定結果等）を含んでもよい。
次に図１１を参照すると、図１１は、BS14及びSS16でのユーザトラヒックデータフロー及び処理を示している。点線の矢印は、ネットワークレイヤから物理レイヤ及びその逆のユーザトラヒックデータフローを示している。送信側では、ネットワークレイヤパケットは、コンバージェンスサブレイヤ、ARQ機能（存在する場合）、フラグメンテーション／パッケージング機能及びMAC PDU形成機能により処理され、物理レイヤに送信されるMAC PDUを形成する。受信側では、物理レイヤSDUは、MAC PDU形成機能、フラグメンテーション／パッケージング機能、ARQ機能（存在する場合）及びコンバージェンスサブレイヤ機能により処理され、ネットワークレイヤパケットを形成する。実線の矢印は、ユーザトラヒックデータの処理に関するCPS機能間及びCPSとPHYとの間の制御プリミティブ（control primitive）を示している。
次に図１２を参照すると、図１２は、BS16及びMS14でのCPS制御プレーンシグナリングフロー及び処理を示している。送信側では、点線の矢印は、制御プレーン機能からデータプレーン機能への制御プレーンシグナリングのフローと、無線で送信される対応するMACシグナリング（例えば、MAC管理メッセージ、MACヘッダ／サブヘッダ）を形成するためのデータプレーン機能による制御プレーンシグナリングの処理とを示している。受信側では、点線の矢印は、データプレーン機能による受信した無線のMACシグナリングの処理と、制御プレーン機能による対応する制御プレーンシグナリングの受信とを示している。実線の矢印は、制御プレーンシグナリングの処理に関するCPS機能間及びCPSとPHYとの間の制御プリミティブを示している。M_SAP/C_SAP及びMAC機能ブロックの間の実線の矢印は、ネットワーク制御及び管理システム（NCMS：Network Control and Management System）へ／からの制御及び管理プリミティブを示している。M_SAP/C_SAPへ／からのプリミティブは、BS間干渉管理、RAT内／間モビリティ管理等のようなネットワークに関する機能と、位置管理、システム構成等のような管理に関する機能とを規定する。
次に図１３を参照すると、図１３は、マルチキャリアシステムをサポートする一般的なプロトコルアーキテクチャを示している。共通のMACエンティティは、複数の周波数チャネルに及ぶPHYを制御してもよい。１つのキャリアで送信された幾つかのMACメッセージは、他のキャリアにも当てはまってもよい。チャネルは異なる帯域幅（例えば、5、10及び20MHz）でもよく、連続又は不連続の周波数帯域でもよい。チャネルは、異なるデュプレックスモード（例えば、FDD、TDD）でもよく、双方向のブロードキャストのみのキャリアの組み合わせでもよい。
共通のMACエンティティは、１回にのみ１つのチャネルでの動作又は連続又は不連続のチャネルを通じた集合での動作のように、異なる機能を備えたMS16の同時の存在をサポートしてもよい。
他のデータのような制御信号は、データがシンボルに変換される特定の変調方式を使用して、BS14とSS16との間の無線媒体で送信される。シンボルは、一度に送信される最小量の情報である。シンボルは、使用される変調方式に応じて、如何なる数のビットを表してもよいが、一般的には1〜64ビットを表し、或る一般的な変調方式では、各シンボルは2ビットを表す。使用される変調方式に拘らず、単一の変調されたシンボルは、単一のサブキャリアで送信され、一般的には、無線インタフェースで送信可能な最小量の情報を表す。
本発明の実装の非限定的な例では、無線システムは、異なる種別のMAC PDUを使用する。少なくとも２つの異なる種別が考慮される。第１の種別は、カプセル化されたペイロードを備えたMAC PDUを使用する。第２の種別は、カプセル化されたペイロードを伝達せず、制御情報を伝送するために使用される。可能な変形例では、カプセル化されたペイロードを備えたMAC PDUは、ペイロードに加えて制御情報を伝達するサブヘッダを備えてもよい。同じ手法がペイロードのないMAC PDUにも適用されてもよい。サブヘッダは、更なる制御情報を伝達するために同様に使用されてもよい。異なる種別のMAC PDUについて、図１４〜２３と共に以下に説明する。
図１４は、ペイロードを備えたMACパケットの種別（特に使用されるMACパケットヘッダの種別）の選択を実行する処理のフローチャートである。この処理は、ソフトウェア実装ロジックにより実行され、ソフトウェアはCPUにより実行される。
この特定の実装例では、２つの異なるヘッダ種別が考慮され、使用される特定のヘッダは、データトラヒック種別に基づいて判定される。第１のヘッダ種別は、全体のオーバーヘッドを低減する短いバージョンであり、従って、処理及び低減した帯域幅の要件を容易にする。第２の種別は長いバージョンである。
図１４を参照し続けると、ステップ1400において、サービスフローが評価される。典型的には、このステップは、接続設定中に実行され、送信機と受信機との間の交渉を必要としてもよい。サービスフローの種別が判定されると、MACパケットヘッダ種別が選択される。選択処理は、サービスフローに関する所定の選択基準に基づいて行われてもよい。例えば、1.暗号化を必要とせず、2.ARQを必要とせず、3.フラグメンテーションを必要とせず、4.限られた種別の長さのSDUを使用するサービスフローは、短いヘッダ種別を備えたMAC PDUへのカプセル化に適している。選択処理は、無線システムでの適切な位置で実行可能な選択ロジックにより実装される点に留意すべきである。特定の実装例では、選択ロジックは、図１０、１１及び１２に示すMAC PDU形成機能ブロック内に統合されてもよい。選択ロジックは、使用するMAC PDUの種別を判定するために、単一の基準又は２つ以上の基準を合わせて適用してもよい。それぞれ個々の基準の重みは、１つの基準が他のものより重要になり得るように、選択処理において変化してもよい。例えば、サービスフローが暗号化を必要としないようなものである場合、他の基準に拘らず、短いヘッダ種別が使用される。異なる例では、短いヘッダ種別は、サービスフローがARQを必要とせず、フラグメンテーションを必要としない場合にのみ選択される。ARQ要件がないこと自体が、短いヘッダ種別を選択するのに十分である。
MAC PDUの短いヘッダバージョンを使用するのに適したサービスフローの１つの特定の例は、VoIPサービスである。
ヘッダの短いバージョンの特定の実装例は、図１５に示されている。ヘッダは8ビットの長さを有するが、これは本発明の特定の実装に応じて変化してもよい。ヘッダフォーマットは、使用されているヘッダの特定の種別を示すことを目的とした1ビットのフィールドであるヘッダ種別フィールド（HT）1500を有する。２つの種別のヘッダが考慮されている。第１の種別は、サブヘッダを備えたペイロード又はサブヘッダのないペイロードを伝達するMAC PDUに関する。第２の種別は、制御情報を伝達するペイロードのないMAC PDUに関する。例えば、HTビットが1に設定された場合、これは、MAC PDUがペイロード又はサブヘッダを有することを示す。“0”は、以下に説明するように、制御情報を伝達するMAC PDUに対応するペイロードが伝達されないことを示す。
FIDフィールド1502は、フロー識別子を伝達する4ビットのフィールドである。
最後のフィールド1504は、SDUパッケージング／連結方式で使用される特定の方式に応じて変化し得る情報を含む3ビットのフィールドである。１つの可能なSDUパッケージング／連結方式は、MAC PDUの外部で連結を実行することである。換言すると、各MAC PDUは、単一のSDUを含む。このように、複数のMAC PDUは、PHY SDUを形成するように連結される。他の可能な方式は、MAC PDU内で連結を実行することである。これにより、各MAC PDUは固定長の複数のSDUを含む。
第１の方式が使用される場合、すなわち、SDU連結がMAC PDUの外部である場合、3ビットのフィールド1504は、SDUの長さ種別を示すために使用される。MAC PDUは単一のSDUを含むため、長さ種別情報は、MAC PDUフローにおけるSDUの長さを示す。3ビットのインジケータの異なる値にそれぞれ対応する異なるSDUの長さが可能である。図１４に戻ると、接続設定動作は、受信機及び送信機がSDUの長さの符号の意味で“合意”することを可能にする制御データの交換を含む。これにより、ヘッダのSDUの長さの情報は、受信側で適切に復号化され得る。これは、受信側と送信側との間で制御情報を交換することにより行われる。符号（及び対応するSDUの長さ）の交渉された定義が完了すると、データ送信が生じてもよい。
3ビットのインジケータは、限られた数のSDUの長さのみが指定されることを可能にする。可能なSDUの長さについて更なる柔軟性のために、以下に説明する長いバージョンのヘッダを使用することも可能である。
MAC PDUが固定長の複数のSDUを含む第２の方式が使用される場合、フィールド1504は、MAC PDUに連結されたSDUの数を示す。
無線システムは、前述の方式のいずれかで動作するように設定されてもよい。この設定は、システムがこれらの方式の１つのみで動作するように設計され得るという意味で永続的でもよく、１つの方式から他の方式に選択することにより動作を変更することも可能になってもよい。
図１４のステップ1402は、MAC PDUが形成される動作を示す。この動作は、前に確立された設定（すなわち、短いヘッダの使用又は未使用、及びSDU連結方式の種別）に従って行われる。
短いヘッダが適切でないようなサービスフローの場合、長いヘッダが使用されてもよい。長いヘッダが有利になるサービスフローの例は、暗号化が必要になるサービスフロー、フラグメンテーション及びパッケージングが可能なサービスフロー、又はSDUの大きい範囲の長さの値が必要になるサービスフローである。長いMAC PDUヘッダの選択は、サービスフロー及びその特性を判定して最適なヘッダの種別を選択する選択ロジックにより、前述のように図１４に示す方法で実行される。
長いヘッダの構成は、前述の短いバージョンのヘッダより多くのビットを必要とするが、それにも拘らず、SDU毎の情報を集約することにより、全体オーバーヘッドを低減するように設計され、従って、SDUフラグメント（fragment）毎のサブヘッダをパッキング（packing）する必要性を除去する。更に又は或いは、SDUフラグメントシーケンス番号は、SDU毎の代わりにサービスフローに関連付けられ、これもオーバーヘッドを低減する。更に、使用可能な他の可能な手法は、セキュリティ暗号化オーバーヘッドを更に低減するために、MAC PDU内に複数のSDUを連結することである。
ペイロードを伝達するMAC PDUの長いヘッダの構成について、図１６〜２０を参照して詳細に説明する。一般的には、複数のSDU（特に、可変長のSDU）をカプセル化するMAC PDUパケットにおいて、各SDU又はSDUフラグメントの長さのようなSDU特有の情報を提供するフィールドを使用することが知られている。この手法は、パケットオーバーヘッドを増加させる。これに対して、図１７に示すMAC PDUは、複数の方策を実装することにより、パケットオーバーヘッドを低減するように設計される。これらの方策は、特定の用途に応じて、個々に使用されてもよく、組み合わせて使用されてもよい。
図１８は、本発明の実装例によるペイロードを備えたMAC PDUのヘッダ構成を示している。ヘッダ2000は、ヘッダの種別を示すことを目的とする1ビットのヘッダ種別（HT）フィールド2000を有する。HTフィールドに続き、SDU数フィールド2004があり、SDU数フィールド2004は、3ビットのサイズを有し、MAC PDUにカプセル化されたSDUの数を示す。１つの選択肢は、MAC PDUが１つ以上の制御サブヘッダのみを含み、ペイロードを含まないことを示すためにこのフィールドを使用することである。例えば、3ビットのSDU数フィールド2004が000に設定された場合、この値は、ペイロードが存在せず、制御サブヘッダのみがMAC PDUにより伝達されることを示す。他の可能性は、MAC PDUパケットのSDU数のみのためにSDU数フィールド2004を確保することである。この選択肢では、MAC PDUは、ペイロードなしにサブヘッダのみを伝達するように構成できない。
フロー識別子（FID）フィールド2006は、MAC PDUに関連するサービスフローを示す4ビットのフィールドである。パッキングフォーマット（packing format）フィールド2008は、SDUペイロードがフラグメントされているか否か（１つ以上のSDUフラグメントを伝達するか否か）及びペイロードのどこにフラグメントが存在するかを示す2ビットのフィールドである。これは、複数のSDUがMAC PDUにカプセル化される場合である図１６に良く示されている。2ビットのフィールドは、４つの可能なSDUフラグメンテーション方式に対応する４つの異なる組み合わせを可能にする。第１のフラグメンテーション方式は、1800に示されており、SDUペイロードはSDUフラグメント1802の始めにあり、SDUフラグメント1802に続いて１つ以上の完全なSDU1804があり、更に別のSDUフラグメント1086で終了する。この例では、パッキングフォーマットフィールド2008は“11”に設定される。他のSDUフラグメンテーション方式は1808に示されている。この場合、SDUペイロードはSDUフラグメント1810で始まり、続いて１つ以上の完全なSDU1812がある。この方式は、パッキングフォーマットフィールド2008の“10”により指定される。1814に示す他のフラグメンテーション方式は、基本的には前のフラグメンテーション方式の逆であり、SDUペイロードは完全なSDU1816で始まり、１つ以上の完全なSDU1818が続き、SDUフラグメント1820で終了する。この方式は、パッキングフォーマットフィールド2008の“01”により指定される。最後のフラグメンテーション方式1822は、完全なSDU1824のみを伝達する。このフラグメンテーション方式は、パッキングフォーマットフィールド2008の“00”により識別される。
図１７に示す場合は、せいぜい単一の完全なSDU又は単一のSDUのフラグメントを伝達するMAC PDUに対応する。この場合、４つの可能なフラグメンテーション方式が存在する。1900に示す第１の方式は、SDUフラグメントが中間セグメントである場合である。換言すると、２つの他のSDUフラグメントが、SDUの始めとSDUの終わりとに存在する。これらの他のフラグメントは、他のMAC PDUにより伝達される。このフラグメンテーション方式が存在は、パッキングフォーマットフィールド2008の“11”により識別される。
フラグメンテーション方式1902は、MAC PDUがSDUの始めを形成するフラグメントのみを伝達する場合に対応する。この場合は、パッキングフォーマットフィールド2008の“10”により識別される。他のフラグメンテーション方式1904は、SDUの終わりにあるフラグメントである。この方式は、“01”により識別される。1906は、単一のフラグメンテーションされていないSDUがMAC PDUにカプセル化される最後のフラグメンテーション方式である。この場合は、パッキングフォーマットフィールド2008の“00”により識別される。
フラグメントシーケンス番号（FSN：Fragment Sequence Number）又はARQブロックシーケンス番号（BSN：Block Sequence Number）フィールド2010は、SDUの最初のフラグメント又は最初のARQブロックのフラグメントシーケンス番号又はARQブロックシーケンス番号を識別する11ビットのフィールドである。FSN/BSNフィールド2010は、ヘッダの第２バイトに収まるには大きすぎる11ビットのフィールドであり、このため、２つに分割され、8個の最上位ビットを含む第１のサブフィールドが第２バイトに存在し、3個の最下位ビットを含む第２の連続するサブフィールドがヘッダの第３バイトに存在する。
ヘッダは、パディングビットが存在するか否かを示す1ビットのフィールドであるパッキングインジケータ（PI：Packing Indicator）2012を更に含む。PIが“1”に設定された場合、これはパディングが存在し、また、長さサブヘッダ（LSH：Length Sub-Header）2200が3バイトのMACヘッダの後に存在することを示すために使用される。この場合が図２０に示されている。PIが“1”に設定された場合の１つの可能性は、長さに関する情報を示すために、（SDU数×11ビット）でLSH2200をロードすることである。
他方、パディングが存在しない場合、PIフィールド2012は“0”に設定される。この場合、フィールド2004に示されたSDU数が“1”に設定されている場合、LSHはMAC PDUに存在しない。この場合が特に図１９に示されている。
しかし、フィールド2004のSDU数が1より大きい場合、LSHは、第１の（SDU数−1）のSDUの長さを示すために、3バイトのMAC PDUヘッダの後に提供される。
図面に示さない他の選択肢は、LSHをサブフィールドに分割することである。各サブフィールドは、各SDUに関連付けられる。各長さサブフィールドは、1ビットの長さの種別インジケータと、対応するSDUの長さ（7又は11ビット）とを含む。従って、LSHは可変長であり（SDU数に依存する）、SDU数に対応するサブフィールド数で構成される。
LSH2200は、オクテットで調整される。
特定の用途では、FIDフィールド2006の情報は、LSHに動かされてもよい点に留意すべきである。
図２０に戻り、ヘッダは、サブヘッダインジケータフィールド2014を更に含む。これは、他のサブヘッダ（制御サブヘッダ等）が存在するか否かを示す1ビットのフィールドである。
暗号鍵シーケンスフィールドは、セキュリティ鍵シーケンス番号を保持する1ビットのフィールドである。この例では、２つの鍵が想定される。
図２１は、ペイロード機能のないヘッダ及びサブヘッダの組み合わせとして構成されたMAC PDUの更に別の変形例である。この手法は、サブヘッダで制御情報を伝達するために使用されてもよい。無線通信に関して伝達され得る制御情報の例は、ARQフィードバック情報である。
ヘッダ／サブヘッダの組み合わせのみの場合、SDU数フィールド2004は、“000”に設定され、これはサブヘッダのみが存在し、ペイロードが存在しないことを示す。HTフィールド2002は“1”に設定され、バイトの最後の4ビットは予備である。サブヘッダ2300の構成は、図２２に詳細に示されている。サブヘッダ2300は、サブヘッダ2300により伝達される制御情報の種別を示す4ビットのサブヘッダ種別（SHT：Sub-Header Type）フィールド2400を含む。これが制御情報を伝達するサブヘッダのストリームにおける最後のサブヘッダであるか否かを示す1ビットの最後（Last）フィールド2402が提供される。最後フィールド2402の“1”は、サブヘッダ2300が最後のサブヘッダであることを意味する。従って、制御情報を処理する受信機は、更なる制御情報が想定されないことを認識する。
サブヘッダ2300の第１バイトの残りのスロット2404の3ビットは、制御情報の最上位ビットを格納するために使用される。伝達される制御情報の量に応じて、最下位ビットが１つ以上のバイトに続く。
サブヘッダ2300は、伝達されている制御情報の種別に応じて固定長（従って既知の長さ）であるように設計される。長さは、制御情報の種別によって変化してもよいが、サブヘッダ種別フィールド2400で指定された所与の制御情報では、サブヘッダ2300の合計の長さは固定されており、変化しない。
制御情報を伝達するサブヘッダ2300は、典型的にはMAC PDUに続くが、MACパケットがLSHを含む場合、サブヘッダ2300はLSHの後に配置される点に留意すべきである。
図２３は、制御情報がMACパケットのヘッダに直接配置される更に別の可能性を示している。この場合、ヘッダ2500は、“0”に設定されるHTフィールド2002を有する。HTフィールドに続き、送信されている制御情報の種別を示す4ビットの種別フィールド2502がある。ヘッダの第１バイトの残りの3ビットの空間2504は、制御情報の3つの最上位ビットを保持するために使用される。制御ヘッダ2500は、固定長である。この実装例では、4バイトであり、最後の3バイトは制御情報の24の最下位ビットを保持するために使用される。
制御ヘッダを備えたMACパケットは、複数の可能な場合において使用されてもよい。例えば、このようなパケット又は一連のパケットは、上りリンクの単独で送信されてもよく、レンジング符号送信に続いて他のMAC PDUと共に送信されてもよい。制御情報を備えたMAC PDUを受信したエンティティは、MAC PDUを処理し、制御情報を抽出し、制御情報に応じて適切な動作を実行する。
制御ヘッダを備えたMAC PDUの固定長の設計は、基地局が移動局からのレンジングに続いて固定の上りリンクリソースを割り当てることを可能にする。同様に、制御ヘッダ2500を備えたMACパケットは、他のMAC PDUと共に又は単独で下りリンクで送信されてもよい。
本発明の前述の実施例は、単なる例であることを意図する。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の実施例に置換、変更及び変形を行ってもよい。

Claims (20)

  1. 通信装置において、媒体アクセス制御プロトコルデータユニット（MAC PDU）を使用した通信方法であって、
    サービスフローの少なくとも１つの特性を識別するステップと、
    前記識別された少なくとも１つの特性がセキュリティ鍵シーケンス番号を含むか否かに基づいて、複数のMAC PDUヘッダからサービスデータユニット（SDU）フラグメンテーション方式を実行するMAC PDUヘッダを選択するステップと、
    サービスフローデータをSDUフラグメントとして複数のMAC PDUのペイロードにカプセル化するステップと、
    を有し、
    前記複数のMAC PDUのそれぞれが、
    前記サービスフローデータの部分を記憶するSDUフラグメントと、
    前記SDUフラグメントが前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す前記選択されたMAC PDUヘッダと、
    を含み、
    方法が、さらに、
    前記カプセル化されたサービスフローデータを前記複数のMAC PDUを用いて送信するステップを有する方法。
  2. 前記複数のMAC PDUヘッダが第１のヘッダ及び第２のヘッダを含み、前記選択されたMAC PDUヘッダが前記第２のヘッダであり、パッキングフォーマット（PI）フィールドを含み、前記PIフィールドの値が、前記SDUフラグメントが対応する前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す、請求項１に記載の方法。
  3. MAC PDUが前記第１のヘッダを含むとき、前記MAC PDUのペイロードがその全体で１又はそれ以上のSDUフラグメントを含み、前記１又はそれ以上のSDUフラグメントのそれぞれが先行のMAC PDU又は後続のMAC PDUのペイロードに及んでいない、請求項２に記載の方法。
  4. 前記１又はそれ以上のSDUフラグメントが前記MAC PDUのペイロード内で互いに連結されている、請求項３に記載の方法。
  5. 前記MAC PDUの前記第１のヘッダが第１のフィールドを含み、前記第１のフィールドの値が前記MAC PDUのペイロード内で互いに連結されている前記１又はそれ以上のSDUフラグメントの総数を示す、請求項４に記載の方法。
  6. 前記１又はそれ以上のSDUフラグメントのそれぞれが同じ固定長を有する、請求項３に記載の方法。
  7. 媒体アクセス制御プロトコルデータユニット（MAC PDU）を使用して通信するよう構成されたコンピュータ装置であって、
    プロセッサを備え、
    前記プロセッサが、前記コンピュータ装置に、
    サービスフローの少なくとも１つの特性を識別させ、
    前記識別された少なくとも１つの特性がセキュリティ鍵シーケンス番号を含むか否かに基づいて、複数のMAC PDUヘッダからサービスデータユニット（SDU）フラグメンテーション方式を実行するMAC PDUヘッダを選択させ、
    サービスフローデータをSDUフラグメントとして複数のMAC PDUのペイロードにカプセル化させるように構成され、
    前記複数のMAC PDUのそれぞれが、
    前記サービスフローデータの部分を記憶するSDUフラグメントと、
    前記SDUフラグメントが前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す前記選択されたMAC PDUヘッダと、
    を含み、
    前記プロセッサが、さらに、前記コンピュータ装置に、
    前記カプセル化されたサービスフローデータを前記複数のMAC PDUを用いて送信させるように構成されている、コンピュータ装置。
  8. 前記複数のMAC PDUヘッダが第１のヘッダ及び第２のヘッダを含み、前記選択されたMAC PDUヘッダが前記第２のヘッダであり、パッキングフォーマット（PI）フィールドを含み、前記PIフィールドの値が、前記SDUフラグメントが対応する前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す、請求項７に記載のコンピュータ装置。
  9. MAC PDUが前記第１のヘッダを含むとき、前記MAC PDUのペイロードがその全体で１つのSDUフラグメントを含み、前記１つのSDUフラグメントが先行のMAC PDU又は後続のMAC PDUのペイロードに及んでいない、請求項８に記載のコンピュータ装置。
  10. 前記MAC PDUの前記第１のヘッダが第１のフィールドを含み、前記第１のフィールドの値が前記１つのSDUフラグメントの固定長を示す、請求項９に記載のコンピュータ装置。
  11. MAC PDUが前記第１のヘッダを含むとき、前記MAC PDUのペイロードがその全体で１又はそれ以上のSDUフラグメントを含み、前記１又はそれ以上のSDUフラグメントのそれぞれが先行のMAC PDU又は後続のMAC PDUのペイロードに及んでいない、請求項８に記載のコンピュータ装置。
  12. 媒体アクセス制御プロトコルデータユニット（MAC PDU）を使用して通信するよう構成された通信装置であって、
    プロセッサと、
    命令を記憶したメモリと、を備え、
    前記プロセッサによって実行されると、前記命令により、前記通信装置に、
    サービスフローの少なくとも１つの特性を識別するステップと、
    前記識別された少なくとも１つの特性がセキュリティ鍵シーケンス番号を含むか否かに基づいて、複数のMAC PDUヘッダからサービスデータユニット（SDU）フラグメンテーション方式を実行するMAC PDUヘッダを選択するステップと、
    サービスフローデータをSDUフラグメントとして複数のMAC PDUのペイロードにカプセル化するステップと、
    を実行させ、
    前記複数のMAC PDUのそれぞれが、
    前記サービスフローデータの部分を記憶するSDUフラグメントと、
    前記SDUフラグメントが前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す前記選択されたMAC PDUヘッダと、
    を含み、
    前記命令により、さらに、前記通信装置に、
    前記カプセル化されたサービスフローデータを前記複数のMAC PDUを用いて送信するステップを実行させる、通信装置。
  13. 前記複数のMAC PDUヘッダが第１のヘッダ及び第２のヘッダを含み、前記選択されたMAC PDUヘッダが前記第２のヘッダであり、パッキングフォーマット（PI）フィールドを含み、前記PIフィールドの値が、前記SDUフラグメントが対応する前記MAC PDUのペイロードに及んでいる方式を示す、請求項１２に記載の通信装置。
  14. MAC PDUが前記第１のヘッダを含むとき、前記MAC PDUのペイロードがその全体で１つのSDUフラグメントを含み、前記１つのSDUフラグメントが先行のMAC PDU又は後続のMAC PDUのペイロードに及んでいない、請求項１３に記載の通信装置。
  15. 前記MAC PDUの前記第１のヘッダが第１のフィールドを含み、前記第１のフィールドの値が前記１つのSDUフラグメントの固定長を示す、請求項１４に記載の通信装置。
  16. MAC PDUが前記第１のヘッダを含むとき、前記MAC PDUのペイロードがその全体で１又はそれ以上のSDUフラグメントを含み、前記１又はそれ以上のSDUフラグメントのそれぞれが先行のMAC PDU又は後続のMAC PDUのペイロードに及んでいない、請求項１３に記載の通信装置。
  17. 前記１又はそれ以上のSDUフラグメントが前記MAC PDUのペイロード内で互いに連結されている、請求項１６に記載の通信装置。
  18. 前記MAC PDUの前記第１のヘッダが第１のフィールドを含み、前記第１のフィールドの値が前記MAC PDUのペイロード内で互いに連結されている前記１又はそれ以上のSDUフラグメントの総数を示す、請求項１７に記載の通信装置。
  19. 前記複数のMAC PDUそれぞれのペイロードが前記SDUフラグメントのみを記憶する、請求項１２に記載の通信装置。
  20. 前記複数のMAC PDUそれぞれが各SDUフラグメントに関連するサブヘッダを含まない、請求項１９に記載の通信装置。
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