JPH06502979A - データ・パケットを整合させる通信システム - Google Patents

データ・パケットを整合させる通信システム

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムにおけるデータ・パケットの整合発明の分野 本発明は、一般に、通信システムに関する。さらに詳しくは、データ・パケット のタイミング整合を必要とする通信システムに関する。
背景技術 同一の通信チャンネル上で、短い間隔で多くの遠隔加入者ユニットと通信する特 性を持つように設計された通信システムを、多重アクセス通信システムと呼ぶ。
多重アクセス・システムになりうる通信システムの1つに、スペクトル拡散シス テム(spread spectrum system)がある@スペクトル拡 散システムにおいては、被送信信号が通信チャンネ゛ル内の広い周波数帯域に拡 散される変調法が利用される。この周波数帯域は、送られる情報を送信するのに 必要とされる最小帯域幅よりもはるかに広い。たとえば、音声信号は情報そのも ののわずか2倍の帯域幅内で振幅変調(AM)により送ることができる。低偏差 周波数変l!lI(FM)または単側波帯AMなどの他の形式の変調を用いても 、情報そのものの帯域幅に匹敵する帯域幅内で情報を送信することができる。し かし、スペクトル拡散システムにおいては、送信しようとする信号の変調には、 わずか数キロヘルツの帯域幅のベースバンド信号(たとえば音声チャンネル)を 取り込む段階と、送信しようとする信号を何メガヘルツにも渡る周波数帯域上に 分配する段階とが含まれることが多い。これは、送信しようとする信号を送ろう とする情報と広帯域の符号化信号とで変調することにより実行される。
一般に、以下の3種類のスペクトル拡散通信法がある:直」L乙二」二とノー ビット伝送速度(bit rate)が情報信号の帯域幅よりもはるかに高いデ ジタル・コード・シーケンスによる搬送波の変調。このようなシステムは、「直 接シーケンス」変調システムと呼ばれる。
ホッピング コード・シーケンスにより決定されるパターン内での、不連続増分の搬送波周波 数偏位。このようなシステムは、「周波数ホッパ」と呼ばれる。送信機は、所定 の組の中で周波数から周波数へとジャンプする。周波数を用いる順序はコード・ シーケンスにより決まる。「時間ホッピング」および「時間−周波数ホッピング 」も同様に、コード・シーケンスにより規定される送信回数を有する。
±2二ニゲ− 搬堺波が、特定のパルス間隔中に広い帯域を掃引されるパルスFMまたは「チャ ーブ」変調。
情報(すなわちメツセージ信号)は、いくつかの方法によりスペクトル拡散信号 内に入れることができる。1つの方法は、拡散変調に用いられる前に拡散コード に情報を追加することである。この方法は、直接シーケンスおよび周波数ホッピ ング・システムにおいて用いることができる。
送られる情報は、拡散コードに追加する前にデジタル形式になっていなければな らないので注意すること。これは拡散コードと通常は二値コードである情報との 組合せにモジュール2加算(module−2addition)が含まれるた めである。あるいは、情報またはメツセージ信号を用いて、搬送波を拡散する前 に変調することもできる。
このように、スペクトル拡散システムは2つの特性を持たなければならない。す なわち(1)被送信帯域幅は送られる情報の帯域幅または伝送速度よりもはるか に大きいこと、および(2)送られる情報以外の何らかの機能を採用して、結果 として得られる被変調チャンネル帯域幅を決定する。
スペクトル拡散システムは、いくつかの異なる方法で多重アクセス・システムに 組み込むことができる。多重アクセス・スペクトル拡散システムの1つに、コー ド分割多重アクセス(CDMA :code division multip le access)システムがある。CDMAスペクトル拡散システムは、直 接シーケンス(DS−CDMA)または周波数ホッピング(FH−CDMA)ス ペクトル拡赦法を用いる。F)(−CDMAシステムはさらに、低速周波数ホッ ピング(SF’H−CDMA)と、高速周波数ホッピング(FFH−CDMA) とに分けることができる。SFH−CDMAシステムにおいては、送信しようと するデータ・ビットのシーケンスを表すいくつかのデータ記号が1回のホップで 搬送波を変調する。またFFH−CDMAシステムにおいては、搬送波はデータ 記号毎に数回ホップを行う。
SFH−CDMAシステムにおいては、広い周波数帯域の部分をそれぞれの特定 のチャンネルに割り当てることにより、複数の通信チャンネルができる。たとえ ば、特定の通信チャンネル内における2つの通信ユニット間の通信は、周波数シ ンセサイザを用いて、短い時間に所定の広い周波数帯域の特定の部分で搬送波を 発生させることにより実行される。周波数シンセサイザは、入力拡散コードを用 いて、搬送波が発生される広い周波数帯域内の周波数の組の中から、特定の周波 数を決定する。拡散コードは、拡散コード発生器(spreading cod e generator)により周波数シンセサイザに入力される。拡散コード 発生器は、異なる遷移を通じて周期的にクロックまたはステップ処理される。
これにより、異なるあるいは移動された拡散コードは周波数シンセサイザに出力 される。そのために、拡散コード発土器が周期的にクロックされると、搬送波は 周波数ホンダされるか、あるいは周波数帯域の異なる部分に再割当される。ホッ ピングに加えて、−搬送波は送信しようとするデータ・ビットのシーケンスを表 すデータ記号により変調される。SFH−CDMAシステムで用いられる通常の 種類の搬送波変調は、M −a r y周波数偏位キーイング(MFSK:M− ary frequency 5hift keying)であり、kxlog 、Mデータ記号は、M個の周波数のうちのどれが送信されるかを決定するために 用いられる。
複数の通信チャンネルが、複数の拡散コードを用いて配置され、同じ時期に異な るチャンネルに対して周波数帯域が割り当てられる。その結果、被送信信号は通 信チャンネルの同じ広周波数帯域−ではあるが、独自の拡散コードにより割り当 てられた広周波数帯域の独自の部分内にある。これらの独自の拡散コードは、互 いに直交しており拡散コード間の交差相関はほぼゼロであることが好ましい。通 信チャンネル内の信号の和を表す信号の拡散を通信チャンネルから回収しようと する特定の被送信信号に関する拡散コードによって解除する(despread ing)ことにより、特定の被送信信号が通信チャンネルから回収される。さら に、拡散コードが互いに直交しているときは、被受信信号は特定の拡散コードに 相関性を持たせることができ、特定の拡散コードに関する所望の信号だけを強化 して、他の信号は強化しないでおくことができる。
CDMA技術が次世代のセルラ・システムに組み込まれるようになると、セルラ ・システムの性質により実際のシステムが複雑になる。たとえば、ソフト・ハン ドオフ(soft handoff :緩やかな通話中チャンネル切り替え)を 組み込むセルラ・システムにおいては、被送信フレームの同期が適切な動作のた めに重要となる。ソフト・ハンドオフ中は、ダイパーシティ受信機能を有する移 動局は、2つの基地局から音声または制御送信を受信する。いずれかの基地局に よる送信の強度または品質により、移動局は信号の品質が最も良い基地局の送信 を選ぶ。セルラ・システムのこのような構造は、2つの基地局が同時に同じ音声 または制御データを送信して、移動局が両基地局からの両方の信号に関してダイ パーシティを実行することができることを必要とする。
データ・パケット同期の過程は、また空中のフレーム境界(air frami ng boundary)に関してパケットの遅延をできるだけ小さく抑えて、 システム内での全体のパケット遅延を小さくすることもしなければならない。基 地局が通fは中央のデータ分配点(スイッチであることが多い)から異なる距離 にあることが多いために、同期過程はその性質上より困難になる。送信を正確に 同期させるためには、中央データ分配点を基地局に接続するリンクまたはトラン クの距離の差を相殺する必要がある。通常の方法では、中央データ分配点から各 基地局への遅延を計算して、それによって送信しようとするデータ・パケットを 遅延させる。
しかし、この方法にはいくつかの大きな欠点がある。第1に、遅延の計算はハン ドオフ中の貴重なプロセ1す時間を消費する集中的な演算または測定である。さ らに重要なことは、セルと中央データ分配点との遅延差が、数百μ秒もの大きさ になることである。パケット遅延演算を処理する(出て行くダミーのパケットに スタンプして、基地局の到着時間メツセージをモニタする)ためのリアルタイム の処理環境を考慮すると、計算の応答の不確実性は、測定対象とほぼ同じ大きさ になる。このために計算応答の不確実性により起こる不一致の場合には、パケッ ト遅延全体(20msec)を加える必要がある。
このため、より細かいパケット整合ができ、計算に集中しないデータ・パケット 整合方法に対する必要性が生まれる。
発明の概要 少なくとも複数の送信機を有する通信システムは、第1送信機上で第1パケツト のデータを送信し、第2送信機上で第2バケツトのデータを送信し、第1および 第2パケツトのデータを整合して同期送信を容易にする。
図面の簡単な説明 第1図は、一般的に、本発明による送信同期を有益に採用する通信システムを示 す。
第2図は、一般的に、第1図の通信システムに組み込まれる基地局のブロック図 を示す。
第3図は、一般的に、2つの基地局の間の空中フレーム遅延(air−fram e delay)を示す。
第4図は、一般的に、本発明による第3図に示される遅延の空中フレーム整合を 示す。
好適な実施例の詳細説明 第1図は、一般的に、本発明による通信システムを示す。
この通信システムは、EMXスイッチ120に結合された基地局130〜134 を有するセルラ無線電話システムである。EMX 120は、地域の公衆切り替 え電話ネットワーク(P S T N : public 5w1tched  telephonenetwork)とセルラ無線電話システムの基地局130 〜134との間のインターフェースとして動作する。EMX 120は、モトロ ーラ社製でMoLorola 5ervicePublications、 S chaumburg ILにより発行されるMotorola In5truc tion Manual No、68P81054’E59に説明される種類の ものでよい。加入者、すなわち移動局125はf!#線電話システム内全体を移 動するので、移動局とそれに対応する基地局−一第1図では基地局130−−と の間の通信のハンドオフ(通話中チャンネル切り替え)が必要になる。好適な実 施例においては、移動局125はダイパーシティ機能を有し、これにより2つの 異なる基地局からの送信を一度に受信することができる。移動局125は、両方 の送信を受信した後で、この2つの送信のうちどちらが最も良い信号品質を持つ かを判定する。リアルタイムで最良の信号品質を持つ送信を選択する能力により 、移動局にはソフト・ハンドオフを実行する機能が与えられる。
このソフト・ハンドオフの過程は、両方の基地局が必要なデータ・パケットを全 く同時に送信するときに限り成功することができる。好適な実施例においては、 整合しようとするデータ・パケットには、音声データが含まれるが、この整合技 術はたとえば制御データなどの他の種類のデータに関しても等しく良好に機能す る。さらに移動局は、目的の基地局130〜134においてスキャン受信機を用 いなくてもよい移動局補助ハンドオフ(MAHO:mobile−assist ed handoff)と呼ばれる手順を用いてもよい。移動局が対応する基地 局130から離れるにつれて、通信の質は移動局と対応する基地局130との間 で低下する。通信が受容可能なレベル下に低下すると、移動局125はすべての 目的基地局131〜134のリストを送られ、対応基地局130によって、目的 基地局131〜134のいずれか1つがハンドオフの候補であるかどうかを判定 するようにめられる。移動局は、目的基地局131〜134のそれぞれにより送 信された信号品質情報信号または信号チャンネルを測定し−て、それぞれの測定 された信号チャンネルに関する信号品質値を発生する。目的基地局131〜13 4のそれぞれにより送信された信号チャンネルは、異なる周波数にある。移動局 は、この時点で、測定された信号品質値を対応する基地局130に送り返して処 理を進めるか、あるいは、値に基づいて自身でハンドオフの決定を行うことがで きる。移動局125により測定された信号品質値は、目的基地局131〜134 のそれぞれの信号チャンネルの被受信信号強度指標(RS S I : rec eivedsignal strength 1ndications)である 口答信号チャンネルに関して測定されたR55Iは、その特定の周波数における その特定の信号チャンネルの信号強度を表す。R55Iは、移動局125のダイ パーシティ機能と同様に、セルフ無線電話システム内でハンドオフを容品にする ために用いられる。
第2図は、一般的に、本発明を実行するために用いられる基地局130〜134 のブロック図を示す。例として、第2図には、ある基地局130を示す。インタ ーフェース205は、基地局130〜134をEMX l 20に接続する。イ ンターフェース205はプロセッサ210に結合されるが、このプロセッサは、 好適な実施例においては、モトローラ製56001デジタル信号プロセッサ(D SP)である。プロセッサ210はメモリ・ブロック220にも結合され、メモ リ・ブロックにはRAMおよびROMが含まれる。プロセッサ210は送信機/ 受信機215に結合され、送信機/受信機215は、プロセッサ210と基地局 130〜134により送信されるチャンネルとの間のインターフェースを行う。
EMX 120から基地局130〜134に入る圧縮された音声データのパケッ トは、インターフェース205に入力され、プロセッサ210に送られる。プロ セッサ210は圧縮音声データのバケットを、空中フレームに必要なインター・ アリア(inter aiia) 、 !IX方向エラー修正(FEC)、挾み 込みおよび周期的な冗長性チェック(CRC)を実行することにより処理する。
その後、処理された空中フレームはメモリ220内で、送信機/受信機215に 転送されるのを待ち、適切なときに移動局125に対して空中を送信される。
第3図は、一般的に、本発明を有益に採用する2つの基地局の間の空中フレーム 遅延を示す。好適な実施例においては、EMX120には、インター・アリア、 ボコーダ(vocoder)315. P STNに結合された切り替えハード ウェア320およびプロセッサ312が含まれる。将来のセルラ無!電話システ ムの実施例では、ボコーダ315はEMX 120から物理的に分離されるかも 知れない。さらに、ボコーダ315は、PSTNからの音声データを、切り替え ハードウェア320を介し、リンク110,112上で送信することのできる圧 縮音声データのパケットに圧縮するために用いられる。ボコーダ315により送 信されると、パケットは圧縮音声フォーマット内Oセルに、空中フレーム基準3 00に関して任意のときに到着する。圧縮音声データのパケットを処理(送信の ための空中フレームを作成)した後で、基地局130,131は、空中フレーム を送信する前に、次に準備された空中フレーム時期まで待機する。空中フレーム 基準300は、フレーム送信のために基地局131,131により用いられるタ イミング基準である。たとえば、空中フレーム送信を開始するためには、空中フ レーム基準300の点Aでストロボが起こり、空中フレーム#lの送信が始まり  (空中フレーム#lの処理はストロボAが起こる前に終了しているものとする )、点BにおいてストロボBが起こるまで続く。この時点で、フレーム#2の送 信が始まり、点Cでストロボが起こるまで続く。この過程は、音声データの空中 フレーム送信中はずっと続く。
発生する遅延は、これが解決すべき問題の源であるが、リンク112とリンク1 10との間の長さの差により起こる。これを第3図には、Δ、として示す。圧縮 音声データのパケットはボコーダ315により、基地局130,131に対して 同時に送信されるので、基地局131に送信されたパケットはΔ、に関する時間 だけ遅延される。この時間遅延は、基地局131により送信される空中フレーム 305内にΔ、として示される。空中フレーム305内のΔ がゼロであり、空 中フレーム305が空中フレーム310と同期していれば、送信は空中フレーム 基準300のストロボAで起こり、空中フレーム基準300のフレーム#1を通 じストロボが点Bで起こるまで続くことになる。しかし、基地局131により送 信される空中フレーム305はΔだけ遅延しており、そのために空中フレームへ の処理は時刻Aまでに終了しないので、整合が行われなければ、送信が起こりう る最も早い空中フレームは空中フレーム基準300の#2となる。好適な実施例 においては、空中フレーム基準300と、送信される空中フレーム305,31 0とのそれぞれの空中フレーム(#O,#1....)は時間にして20ミリ秒 である。このため基地局131が空中フレーム305の空中フレーム#lを空中 フレーム基準300の空中フレーム#2に関して送信して、基地局130が空中 フレーム310の空中フレーム#lを空中フレーム基準300の空中フレーム# 1に関して送信すると、移動局125のダイパーシティ受信は行われず、ソフト ・ハンドオフは不可能になる。
Δ、を補正するためには、基地局130により送信される空中フレーム310を 1空中フレ一ム分だけ完全に遅延させることにより整合するとよい。しかし、好 適な実施例においては、これにはいくつかの欠点がある。第1に、空中フレーム 310が1空中フレ一ム分(20ミリ秒)だけ完全に遅延された場合、その遅延 はセルがハンドオフの後で実際に用いられると、通話全体を通してその通話に関 して維持される。第2に、ボコーダ315は基地局130,131のそれぞれに 対して同時に圧縮音声フレームを出力するので、空中フレーム305または31 0の一方を20ミリ秒未満で独立して整合することは実際的でない。
第4図は、本発明による空中フレームの整合を示す。好適な実施例においては、 空中フレーム305,310はいずれも、同じ量だけ整合されており、空中フレ ーム基準300の適当な空中フレームの期間の送信を可能にする。第4図を見る と、少なくともΔ、だけ時間が進められている空中フレーム400,405が示 されている。ただしΔ6は、数百μ秒のオーダーである。送信しようとする空中 フレーム400,405のそれぞれのフレーム#1の終点は、点Aでストロボが 起こる前になるので、点Aで起こるストロボを送信のためのトリガ・ストロボと して用いることができる。その結果、送信しようとする空中フレーム400゜4 05のそれぞれのフレーム#1は、空中フレーム基準300のストロボAからス トロボBまでの間に送信される。
送信しようとする空中フレーム400,405の両方を進めることにより、通信 システムで矛盾が起こったフレーム遅延Δ、は、数百μ秒の遅延を適切なセルに 加えることにより解決される。これに対して、他の方法では20ミリ秒の遅延を 加える。
遅延Δ、を補正するためには、空中を送信されるために待機しているフレーム・ バッファ323,328の寸法をモニターするか、あるいは時刻スタンプ・ポイ ンタ(timestamped pointer)を用いるとよい。セルが1つ の構造を補正する場合は、基地局130または131が空中フレームの処理を終 了したときに第1ポインタをスタンプし、第2ポインタは、空中フレーム基準3 00内の空中タイミング・ストロボ、たとえばA、B、Cなどによりスタンプす る。好適な実施例においては、ボコーダ315から送信された圧縮音声データの パケット(および処理された空中フレーム)の時間を進めるあるいは遅延する手 順は、帯域内(in−bind)または帯域外(out−of−bind)ボコ ーダ・コマンドを用いることにより実行される。ボコーダを用いて進めるあるい は遅延させる方法は、ETS I/PT 12により発行されたGSM rec ommendations 8.60゜Version No、 3.2.0  (1990年1月)に説明されている。この方法では、パルス・コード変調(P CM)サンプルが、適切なボコーダ・コマンドにより、ボコーダの前で進められ るか、あるいは遅延されている。
セルが1つの場合は(時刻スタンプ・ポインタ・モニタ法が採用されるとして) 、圧縮音声データのパケットは空中フレーム基準300スロツト・ストロボA、 B、Cなどに関して任意の時刻に到着する。プロセッサ210が圧縮音声データ の空中フレーム処理を終了すると時刻ポインタが1つスタンプされ、スロット・ ストロボA、B、Cなどが起こると第2の時刻ポインタがスタンプされる。ポイ ンタ間の差が送信トリガ値、たとえばスロット期間の半分(10ミリ秒)以上で ある時は、ボコーダ315に対しで、圧縮音声データのパケットを、約10ミリ 秒により与えられる量からポインタの差を減じた分だけ進めるように命令するこ とができる。ポインタの差が1049秒未満である場合は、ボコーダ315に対 して、圧縮音声データのパケットをポインタの差の量により与えらえるのとほぼ 同じ量だけ遅延させるように命令することができる。ソフト・ハンドオフの場合 (時刻スタンプ・ポインタを用いて)、セルの1つはすでに空中フレーム基準3 00と整合されている。新たなセル・ポインタの差が10ミリ秒未満である場合 は、通信システムは何の動作も起こさない。これは、空中フレーム基準300の スロット・ストロボA、B、Cなどの前に、正しいフレームが空中で送信される 準備ができているためである。ポインタの差が1049秒より大きい場合は、新 しいフレームが遅延され、ボコーダ315には、第3図および第4図のΔ、にほ ぼ等しい量だけ(両フレームを)進めるよう命令が出される。
第2図

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.少なくとも複数の送信機を有する通信システムであって: 第1パケットのデータを送信する第1手段と、第2パケットのデータを送信する 第2手段;および前記第1送信手段と前記第2送信手段とに結合され、前記第1 および第2パケットのデータを整合させて同期送信を容易にする手段; によって構成されることを特徴とする通信システム。
  2. 2.前記第1および第2パケットのデータが、音声データおよび制御データのい ずれか一方である請求項1記載の通信システム。
  3. 3.前記第1および第2パケットのデータが同一の音声または制御データを含む 請求項2記載の通信システム。
  4. 4.前記第1および第2パケットのデータを整合する前記手段が、前記第1およ び第2パケットのデータを時間的に進めて、複数の時間フレームのうちの少なく とも1つの時間フレームにおける送信を容易にする手段によってさらに構成され ることを特徴とする請求項3記載の通信システム。
  5. 5.データ・パケットの送信が、前記の複数の時間フレームのそれぞれの時間フ レームにおいて起こる請求項4記載の通信システム。
  6. 6.所定の期間を有するフレーム内でデータのパケットを送信する少なくとも複 数の送信機を有する通信システムであって: データ・パケットを送信する第1手段と、前記データ・パケットを送信する第2 手段; 前記第1送信手段と前記第2送信手段とに結合され、前記の送信されたデータ・ パケットのうちどちらかが、フレームの所定の期間を越えて遅延されているか否 かを検出する手段;および 前記検出手段に応答して、前記の送信されたデータ・パケットの両方を時間的に 整合させて、前記フレーム内で同期送信を容易にする手段; によって構成されることを特徴とする通信システム。
  7. 7.少なくとも複数の送信機を有する通信システムであって、前記の複数の送信 機のそれぞれがボコーダに結合されデータ・パケットを符号化して所定の期間を 有するフレーム内で送信する送信機を有する通信システムであって:連続する第 1および第2フレームの少なくとも1つの所定の期間中にデータ・パケットを送 信する第1手段と、前記の連続する第1および第2フレームの所定の期間中に前 記データ・パケットを送信する第2手段;ボコーダにおいて、前記の送信された データ・パケットのいずれか一方が前記第1および第2フレームと時間的に重複 するか否かを検出する手段1およびボコーダにおいて、前記の送信されたデータ ・パケットの両方を時間的に進めて、前記第1フレームの所定の期間中の同期送 信を容易にする手段; によって構成されることを特徴とする通信システム。
  8. 8.前記の送信されたデータ・パケットの両方を時間的に進める前記手段が、ボ コーダに先立って行われる請求項7記載の通信システム。
  9. 9.少なくとも複数の送信機を有する通信システムであって、この送信機が所定 の期間を有するフレーム内でデータ・パケットを送信する通信システムにおいて データ・パケットの送信の同期を行う方法であって:第1送信機よでデータ・パ ケットを送信し、第2送信機上で前記データ・パケットの複製を送信する段階; 前記の送信されたデータ・パケットのいずれか一方が、フレームの所定の期間を 越えて遅延されているか否かを検出する段階;および 前記の送信されたデータ・パケットの両方を時間的に整合させて、前記検出段階 に応答して前記フレーム内の同期送信を容易にする段階; によって構成されることを特徴とするデータ・パケットの送信を同期を行う方法 。
  10. 10.少なくとも複数の送信機を有する通信システムであって、この送信機がボ コーダに結合され、所定の期間を有するフレーム内でデータ・パケットを送信す るために符号化する通信システムにおいてデータ・パケットの送信の同期を行う 方法であって: 連続した第1および第2フレームの少なくとも1つの所定の期間中にデータ・パ ケットを送信し、前記の連続した第1および第2フレームの少なくとも1つの所 定の期間中に前記データ・パケットを送信する段階;ボコーダにおいて、前記の 送信されたデータ・パケットのいずれか一方が前記第1および第2フレームと時 間的に重複するか否かを検出する段階;およびボコーダにおいて、前記の送信さ れたデータ・パケットの両方を時間的に進めて、前記第1フレームの所定の期間 中の同期送信を容易にする段階; によって構成されることを特徴とするデータ・パケットの送信を同期を行う方法 。
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