JPH08501676A - 通信ネットワークにおいて情報を伝達する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直接シーケンス符号分割多重接続（ＤＳ ＣＤＭＡ）通信システムは、ブロックがエア・インタフェースの離散フレーム（３０１〜３０５）中に送信するためちようどその瞬間に基地局（１３０）に着信するように、情報のブロック（４００）の伝達をスケジュールする。ＤＳＣＤＭＡ通信システムは、中継効率を提供するため回線交換方式およびパケット交換方式の両方を行い、しかも伝達中にシステム負荷制限とブロック（４００）の時間遅延との間のバランスをとる。

Description

【発明の詳細な説明】 通信ネットワークにおいて情報を伝達する装置および方法 発明の分野 本発明は、一般に、通信ネットワークに関し、さらに詳しくは、通信ネットワ ークにおいて情報を伝達することに関する。 発明の背景 セルラ無線電話ネットワークは、一般に、基地局コントローラに結合された複 数の基地局と無線通信する複数の移動局と、１つの移動交換局(mobile switchin g center)に結合された複数の基地局コントローラとによって構成される。複数 の移動交換局があってもよい。結合手段は、双方向マイクロ波またはＴ１ ＩＳ ＤＮリンクなどの有線地上回線を一般に介する。個別加入者情報の多くのチャネ ルは、各これらのリンク上で一般に通信される。 一般にリンクはシリアル・デジタル物理接続を採用するが、加入者情報の個別 チャネルを伝達するために論理回線が形成される。論理媒体分割(logical media partitioning)を形成するため、従来２つの方法、すなわち、回線交換方式およ びパケット交換方式がある。 回線交換方式は、従来用いられる方法である。回線交換方式では、各論理回線 は、回線の全体域幅の一定部分が割り当てられる。多重化方法は、一般に時分割 多重接続（ＴＤＭＡ）である。シリアル・デジタル・ストリームは、所定の方法 で各回線に所定のビット／秒を割り当てるため多重化される。制御ビットは、シ リアル物理ストリームの伝達を容易にするため挿入される。 一般的なＴ１回線は、約１．５４４メガビット／秒のシリアル・バイナリ情報 を提供する。一般的な論理分割は、各６４キロビット／秒の２４本の個別ＰＣＭ 回線に分割される。物理的には、各回線からの８ビットが順次送信される。ある いは、Ｔ１回線を各３２キロビット／秒の４８本の個別ＡＤＰＣＭ回線に論理的 に分割してもよい。物理的には、各ＡＤＰＣＭ回線からの４ビットが順次送信さ れる。 回線交換に代わる別の方法がパケット交換方式である。パケット交換方式では 、各個別発信源からの情報はパケット・コントローラによってバッファされる。 所定の方法は、回線の全体域幅を利用して情報はブロック単位で送信される。情 報ブロックは、特定の制御およびアドレス情報とともに符号化されるため、パケ ットを受信するパケット・コントローラは、個別論理チャネルの情報を適切に再 構築できる。 上記の方法は、デジタル・セルラ無線電話通信ネットワークで従来用いられる 。このようなネットワークは、いくつかのユーザからの情報を単一の無線周波数 （ＲＦ）資源（すなわち、チャネル）に多重化するエア・インタフェースを有す る。例えば、時分割多重化（ＴＤＭ）システムでは、いくつかのユーザからの情 報は共通のＲＦチャネルを共用するが、バーストで送信され、ここで各ユーザか らの情報は時間的に並べられる。別の構成では、直接シーケンス符号分割多重接 続（ＤＳ ＣＤＭＡ）を利用する。この場合、すべてのユーザはＲＦチャネルを 同時に共用し、各ユーザのデータ・ストリームは、固有コードで符号化すること によって区別される。受信機側でこのコードを用いることにより、各ユーザを互 いに区別することが可能になる。 上記のすべてのネットワークは、スロット方式またはフレーム方式である。こ のようなネットワークでは、ユーザからの情報はブロック単位で送信される。例 えば、音声は、一般に約２０ｍｓｅｃの情報からなるサンプル化ブロックで符号 化される。この情報は、エア・インタフェース上で送信される情報のブロックに 符号化される。受信機側で、ブロックは復号され、元のアナログ・サンプル波形 の適切な表現を生成する。 遅延は、あらゆる種類のネットワークの共通の問題である。過剰な遅延は知覚 品質を低減し、この影響を除去するためエコー ・キャンセレーション回路の機 能に負担をかけ るので、発生する時間遅延を最小限に抑えることが望ましい。従って、回線交換 を内蔵するセルラ無線電話通信ネットワークでは、情報がエア・インタフェース 上で送信するために必要な瞬間に受信されるように、インタフェース手段のタイ ミングを調整する措置が講じられる。個別回線の従来のパケット交換は、従来の 遅延制御および最小化手順にそぐわない。 回線交換の問題点は、音声のサンプル化ブロックを送信するのに一般に２０ｍ ｓかかることである。すなわち、各２０ｍｓの情報ブロックは、個別ＰＣＭ回線 上にビット毎に時分割多重化されるか、あるいは小さなサブブロックに分割され 、これらのサブブロックが個別ＰＣＭ回線上に時分割多重化される。受信側は、 ２０ｍｓブロック全体が受信されるまで受信ビットをバッファしなければならず 、それまでそれ以上の処理は開始できない。 個別論理回線の帯域幅が固定していない場合には、交換資源を整理する際に問 題が生じる。このことは、例えば、ＴＩＡ(Telecommunication Indusry Associa tion)によって文書ＩＳ９５として最近標準化されたＤＳ ＣＤＭＡエア・イン タフェース規格にも当てはまる。このインタフェースは、ＴＩＡ文書ＩＳ９６と して標準化された可変レート音声ボコーディング・システムを利用し、このシス テムは２０ｍｓｅｃの音声を８，４，２または１キロビット／ｓのレートで符号 化する。音声は、平均レートを最 小限にし、適切な音声品質が得られるように決定される。さらに、各論理回線の 送信ブロックのタイミングは、互いにずらすことができる。このＤＳ ＣＤＭＡ 構成では、回線交換方式により、個別ユーザの情報を通信する際に中継の効率化 が達成される。また、パケット交換方式でも、個別ユーザの情報を通信する際に 中継の効率化が達成されなければならない。 従って、回線およびパケット交換インタフェース方式両方の長所を有し、しか もこれらのインタフェース方式によって発生する時間遅延を緩和するセルラ無線 電話ネットワークが必要とされる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明を有利に利用できる通信ネットワークを示す。 第２図は、ＭＳＣから基地局に情報を伝達するために用いられるＴ１リンクの フレーム・フオーマットを示す。 第３図は、離散的フレーム・オフセット・タイミングを有するエア・インタフ ェースを介して情報を伝達するＣＤＭＡネットワークを示す。 第４図は、本発明によるＴ１リンクに対するデータ・パケット多重化を示す。 第５図は、（２０ｍｓｅｃのうち）１．２５ｍｓｅｃ単 位で離散フレームをずらして、フレーム開始のため１６個の離散時間オフセット を生成することを示す。 第６図は、本発明によるＴ１リンクに対するデータ・パケット多重化の別の実 施例を示す。 好適な実施例の詳細な説明 セルラ無線電話ネットワークにおいて、フレーム・タイミングは、エア・イン タフェースにおいて基地局によって生成される離散フレーム・オフセット・タイ ミングに関連するインタフェース手段によって構成され、このインタフェース手 段によって転送される情報は、基地局によって伝達される情報と実質的に整合さ れる。このような整合により、インタフェース手段におけるプロセッサに必要な 回路の複雑さが最小限に抑えられ、これによりネットワークのさまざまな要素間 で情報が失われる可能性を制御できる。 第１図は、本発明を有利に利用できる通信ネットワークを示す。好適な実施例 において、通信ネットワークは、移動交換局（ＭＳＣ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｗｉｔ ｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ） １２０に結合された基地局１３０〜１３４を有す る符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）セルラ無線電話ネットワークである。ＭＳＣ１ ２０は、ローカル公衆電話回線網（ＰＳＴＮ）とＣＤＭＡネットワークの基地局 １３０〜１３４との間のインタフェース手段として機能する。第１図に示すよう に、移 動局１２５は、第１図において基地局１３０と示されるサービス側基地局と通信 する。本発明は、ＭＳＣと基地局との間の両方向の通信で有効であるが、ＭＳＣ から基地局へのダウンリンク方向についてのみ説明する。 移動局１２５に宛てられた基地局１３０への情報は、好適な実施例ではＴ１リ ンクであるリンク１１０を介して伝達される。好適な実施例では、情報は音声ま たはデータ情報のいずれでもよい。第２図は、ＭＳＣ１２０から基地局１３０〜 １３４に情報を伝達するために用いられるＴ１リンク１１０のフレーム・フオー マットを示す。第２図に示すように、Ｔ１リンク１１０のフレーム・タイミング を表す各Ｔ１フレーム２００は、１つのＴ１フレーム同期ビツト２３０と、それ に続く１９２ビットのデータとによって構成される。従来、２４本のメッセージ ・チャネル２０１〜２２４は、各Ｔ１フレームにおいて順次送信される。各メッ セージ・チャネルは、１つの「通話」のためのデータを表し、ｂ１〜ｂ８の８ビ ットからなり、ここでｂ１は最下位ビットであり、ｂ８は最上位ビットである。 メッセージ・チャネル当たりのビット・レートは６４Ｋｂｉｔ／ｓである。Ｔ１ フレーム・レートは、８０００フレーム／秒である。 第３図は、２０ｍｓｅｃ／フレームのレートのフレーム化ダウンリンク通信を 有するエア・インタフェースを介して情報を伝達するＣＤＭＡネットワークを示 す。好適な実 施例では、ＭＳＣ１２０は、特に、ボコーダ３１５，ＰＳＴＮに結合された交換 ハードウェア３２０およびプロセッサ３１２を含む。将来のセルラ無線電話ネッ トワーク実施例では、ボコーダ３１５は、ＭＳＣ１２０から物理的に分離しても よい。ボコーダ３１５は、交換ハードウエア３２０を介してＰＳＴＮからの音声 データを、Ｔ１リンク１１０上で転送できる圧縮された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は、可変レートで音声を符号化する という独特の機能を有し、ここで瞬時レートは、所望の品質レベルを達成するた めにボコーダが必要と決定したビット数に依存する。従って、圧縮音声データの パケットは、可変長である。 ＣＤＭＡエア・インタフェースは、異なるユーザのための離散フレームのフレ ーム境界が互いにオフセットされるようにする手段を提供する。第５図に示すよ うに、各離散フレーム３０１〜３０５（簡単にするために離散フレーム３０１の みを示す）は、（２０ｍｓｅｃのうち）１．２５ｍｓｅｃ単位でずらされ（また は時間的にオフセットされ）、フレーム開始のため１６個の離散時間オフセット を生成する。重要な点は、すべての移動局は、基地局から移動局までの伝送時間 によってのみ遅延された共通の基準時間を有することである。好適な実施例では 、各離散フレーム３０１〜３０５は、符号化されたボコーダ情報を収容し、この 情報は２０ｍｓｅｃの音声を記述し、かつそれ自体が２０ ミリ秒（ｍｓｅｃ）の長さである。 ＣＤＭＡネットワークにおいて、交換ハードウェア３２０において従来の回線 交換を用いることは、情報のバルク遅延(bulk delay)を大幅に増加する。この遅 延は、交換ハードウェア３２０においてパケット交換を行うことによって低減で きるが、パケット交換を完全に行うことは複雑で、ＣＤＭＡネットワークの一般 的な構成と合わない。構成をあまり変更せずに遅延を低減し、現行プラットフオ ームとの互換性を維持するため、本発明によりＣＤＭＡネットワーク用のタイム スロット式のＴ１（回線交換または制御用にある程度保留した帯域幅を有する） が利用される。基本的には、Ｔ１リンク１１０は、ＣＤＭＡエア・インタフェー スの離散フレームに同期され、これらの離散フレームは、前述のように、第５図 に示すように（２０ｍｓｅｃのうち）１．２５ｍｓｅｃ単位でずらす（または時 間的にオフセッ卜する）ことができる。そのため、連続的なメッセージ・チャネ ルを割り当てる代わりに、Ｔ１リンク１１０の全体域幅が再構成され、上記の同 期を行う。従って、全２０ｍｓｅｃに相当する情報は、（従来の回線交換メッセ ージ・チャネルの場合にように）送信するのに２０ｍｓｅｃかからず、１．２５ ｍｓｅｃで済む。このように、発生する遅延は実質的に低減される。 第４図は、本発明により再構成されたＴ１リンク１１０を示す。第４図は、１ ビットのＴ１フレーム同期フイール ドから開始し、かつ６４Ｋｂｉｔ／ｓパルス符号変調（ＰＣＭ）データの２４本 のチャネルを表す２４個の８ビツト・フィールドが従来それに続く１９３ビット のＴ１フレーム（第２図のＴ１フレーム２００）を表す。しかし、ＰＣＭフォー マットで個別Ｔ１フレームを転送する代わりに、Ｔ１フレームをＮ個のＴ１フレ ームからなるブロック４００にまとめて、各Ｎ番目のフレームにヘッダ４０３を 付けることによって、Ｔ１リンク１１０は再構成される。好適な実施例では、Ｔ １フレームは１０個のＴ１フレームからなるブロック４００にまとめられ、５４ ビットのヘッダ４０３が１０フレーム毎に付けられる。ヘッダ４０３の次には、 データ・パケット形式のＣＤＭＡ情報がある。重要な点は、ＣＤＭＡ情報４０６ は、Ｔ１₂〜Ｔ１₁₀の各Ｔ１についてＴ１フレーム同期ビット２３０につながる ことである。 ヘッダ４０３は、２０ビットの同期フィールドと、４ビットのＣＤＭＡフレー ム数(#_of_ＣＤＭＡ_frame)フィールドと、最大１６個のＣＤＭＡフレーム長フ ィールドとからなる。ＩＳ９５のフル・レート・フレームは、１８４情報／ＣＲ Ｃビットを有し、そのため１０ＣＤＭＡフレームのみの間隔しか保証されない。 たとえＣＤＭＡフレーム数フィールドを１６に選択しても、ある（フル）レート でフレームを送信する全部で１６のうち所定の数のボコーダ、例えば、１０また はそれ以上のボコーダを備えることは極めて稀である。この場合、他の９つのボ コーダがフル・レ ートで送信している場合にようにリンクがオーバフローする可能性がある場合に は、ボコーダ、例えば、ボコーダ３１５がフル・レートで送信することを防ぐた めの措置をプロセッサ３１２に施すことができる。このように、Ｔ１リンク１１ ０上での輻輳は実質的に緩和される。あるいは、ＣＤＭＡフレーム数フィールド が１０を越えることを禁止することにより、Ｔ１リンク１１０上で輻輳が生じな いことを保証できる。 ボコーダ３１５によって送信されるブロック４００（すなわちパケット）は、 離散フレーム３０１〜３０５に対して特定の時間で圧縮された音声フォーマット で基地局１３０に着信することが望ましい。これを達成するためには、ブロック ４００は、本発明により、その割り当てられたオフセット・フレーム中に送信さ れる瞬間に基地局に着信するようにスケジュールされる。これは、まずボコーダ ３１５と、このボコーダが結合された基地局１３０との間の伝送遅延を測定し、 また基地局１３０に伴う信号処理時間を測定することによって、ＭＳＣ２２０に よって行われる。次に、ＭＳＣ１２０は、被測定遅延と、個別回線に割り当てら れた特定のフレーム・オフセツトとを考慮して、ボコーダ３１５のタイミングを 調整する。このように、特定の離散フレーム３０１〜３０５における送信のため ブロック４００をジャスト・イン・タイムでスケジュールすることが達成される 。 上記のようなスケジュール方法は、エア・インタフェースの離散フレームの割 り当てられたオフセット間で負荷を調整するためにも利用できる。これにより、 エア・インタフェースの１つまたはそれ以上のオフセットに相当する関連ブロッ ク４００は、移動局１２５が別のセルにハンドオフされても過負荷状態にはなら ない。 別の構成でパケット・ブロックを提供する多くの異なるＴ１再構成が可能なこ とが理解される。例えば、回線交換方式で通信されることが好ましいＰＣＭチャ ネルやさまざまな制御またはデータ・チャネルが必要なことが理解される。第６ 図は、本発明によるＴ１リンクに対するデータ・パケット多重化の別の実施例を 示す。第６図は、３本の回線交換３２Ｋｂｉｔ／ｓメッセージ・チャネル６０６ を含むＴ１再構成を示すが、これはシステム条件に基づいて実行できる多くの可 能なＴ１再構成の１つにすぎない。 前述のように、回線交換方式は、ＤＳ ＣＤＭＡ通信システムにおいて中継の 効率化を達成する。このような方式の１つについては、Michael J.BachおよびWi lliam R.Bayerによって発明され、１９９２年１２月２８日に出願された本譲受 人の出願中の米国特許出願第９９７，９９７号“Method and Apparatus for Tra nsferring Datain a Communication System”において説明され、これは参考と して本明細書に含まれる。ＤＳ ＣＤＭＡ通信システムのある特性（例えば、負 荷特性）のため、Bachにお いて説明される方法は、本明細書で説明する発明よりも（例えば、効率に基づき ）好ましい場合がある。そのため、本発明により本明細書で説明するパケット交 換方式から、Backの回線交換Ｔ１方式に、あるいはその逆に、適切なときにＴ１ リンク１１０を変換するための措置をプロセッサ３１２，ボコーダ３１５および リンク終端３２２に設けることができる。変換は、一度に１つの個別回線で行う ことができる。ＤＳ ＣＤＭＡ通信システムにおいてシステム負荷と時間遅延と の間でバランスをとるための最適な構成では、ＤＳ ＣＤＭＡ通信システムは、 プロセッサ３１２，ボコーダ３１５およびリンク終端３２２において適切な措置 を講じることにより、回線／パケット交換の時分割組合せを採用できる。 本発明について、特定の実施例および別の実施例を参照して詳しく図説してき たが、発明の精神および範囲から逸脱せずに、形式および詳細の点でさまざまな 変更が可能なことが当業者に理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/20 7605−5Ｊ Ｈ０４Ｑ 7/04 9466−5Ｋ Ｈ０４Ｌ 11/20 Ａ 7509−5Ｋ Ｈ０４Ｊ 13/00 Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．離散フレーム・オフセット・タイミングを有するエア・インタフエースを介 して、情報を伝達する基地局；および 前記基地局に結合され、前記エア・インタフエースの離散フレーム・オフセッ ト・タイミングに関連するフレーム・タイミングを行うインタフェース手段； によって構成されることを特徴とする通信ネットワーク。 ２．前記情報は、前記インタフエース手段の特定のフレーム・タイミングと確定 的に関連づけられることを特徴とする請求項１記載の通信ネットワーク。 ３．離散フレーム・オフセット・タイミングを有するエア・インタフェースを介 して、情報を伝達する基地局；および 前記基地局に結合され、どの離散フレーム中にどのグループを伝達するかを決 定し、この決定に関連するフレーム・タイミングで基地局に情報のグループを転 送する手段； によって構成されることを特徴とする通信ネットワーク。 ４．前記情報のブロックは、Ｎ個のＴ１フレームのブロックからなり、各ブロッ クが各Ｎ番目のフレーム毎に付されたヘッダを有することを特徴とする請求項３ 記載の通信ネットワーク。 ５．離散フレーム・オフセット・タイミングを有するエア・インタフェースを介 して、情報のブロックを同期伝達する複数の基地局；および 前記基地局に結合され、どの離散フレーム中にどのグループを伝達するかを決 定し、この決定に関連するフレーム・タイミングで前記複数の基地局に前記情報 のグループを転送する手段； によって構成されることを特徴とする通信ネットワーク。 ６．前記複数の基地局は、複数の符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）基地局をさらに 含んで構成されることを特徴とする請求項５記載の通信ネットワーク。 ７．情報のフレームを情報のブロックにグループ化する手段； いつ情報のブロックを基地局によりエア・インタフエース上で送信するかを決 定する手段；および 前記決定に基づく順序で、前記情報のブロックを前記基地局に順次転送する手 段； によって構成されることを特徴とする通信ネットワークにおけるインタフェー ス。 ８．インタフェース手段と基地局とを結合する通信リンクにおける輻輳を緩和す る方法であって： あるレートで送信するボコーダの所定の数に基づいて、前記リンク上のオーバ フローの可能性を決定する段階；および 前記所定の数のボコーダのうち、１つのボコーダが前記あるレートで送信する ことを防ぐ段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ９．インタフェース手段と基地局とを結合する通信リンクにおける輻輳を緩和す る装置であって： あるレートで送信するボコーダの所定の数に基づいて、前記リンク上のオーバ フローの可能性を決定する手段；および 前記の決定された可能性に基づいて、前記所定の数のボコーダのうち１つのボ コーダにおいて前記あるレートとは異なるレートで送信する手段； によって構成されることを特徴とする装置。 １０．情報のブロックの送信をスケジュールする装置において、この情報のブロ ックはインタフェース手段におけるボコーダによって生成され、エア・インタフ ェースの離散フレーム中に基地局によって送信される、前記装置は： 前記インタフェース手段におけるボコーダと前記基地局との間の遅延と、前記 基地局に伴う信号処理時間とを測定する手段；および 前記ボコーダにおいて、被測定遅延を考慮するため前記ボコーダのタイミング を調整する手段； によって構成され、前記情報のブロックは、前記エア・インタフェースの対応 する離散フレーム中に送信するためちようどその瞬間に基地局に着信することを 特徴とする装置。