高性能符号化を可能にする多重化ＣＤＭＡチャネルの順方向誤り訂正
【課題】ワイヤレスリンクを介するような符号化伝送の利用を最適化するプロトコルに関し、高性能符号化を可能にする多重化ＣＤＭＡチャネルの順方向誤り訂正に係るデータの通信方法を提供することにある。
【解決手段】この技術では、インターフレームが最初に、無線チャネルの伝送特性に応じて、最適サイズに選択されたセグメントに分割される。各セグメントには位置識別子と冗長チェックサムが割り当てられる。次に各セグメントはブロックに組み立てられ、順方向誤り訂正アルゴリズムがそのブロックに適用されて冗長ビットが生成される。次にＦＥＣブロックは有効な通信チャネル間で分割され、受信器に送信される。逆の処理が受信器に適用される。この方法の使用は、エラーデータを含むセグメントだけに適用する必要がある。したがって、高性能の順方向誤り訂正に必要な大きいブロックサイズを使用すると同時に、エラーを回復できないとき全体ブロックを再送するのに必要な待ち時間を最小にできる。
【解決手段】この技術では、インターフレームが最初に、無線チャネルの伝送特性に応じて、最適サイズに選択されたセグメントに分割される。各セグメントには位置識別子と冗長チェックサムが割り当てられる。次に各セグメントはブロックに組み立てられ、順方向誤り訂正アルゴリズムがそのブロックに適用されて冗長ビットが生成される。次にＦＥＣブロックは有効な通信チャネル間で分割され、受信器に送信される。逆の処理が受信器に適用される。この方法の使用は、エラーデータを含むセグメントだけに適用する必要がある。したがって、高性能の順方向誤り訂正に必要な大きいブロックサイズを使用すると同時に、エラーを回復できないとき全体ブロックを再送するのに必要な待ち時間を最小にできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスリンクを介するような符号化伝送の利用を最適化するプロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
低価格パーソナルコンピュータの広範な利用は、一般大衆が低コストでインターネットを含むコンピュータネットワークへアクセスを求める状況を生み出した。この求めは、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ（個人用携帯型情報端末）などのポータブルデバイス（携帯型装置）にネットワークアクセス機能を備える必要性に移行している。このようなポータブルデバイスのユーザは、現在でも、有線接続を使用するのに慣れているのと同一の簡便性で、コンピュータネットワークにアクセスすることを期待している。
【０００３】
残念ながら、高速でインターネットへの低コストのワイヤレスアクセスを提供する、有用で満足のいく解決策はまだ存在しない。現在、既存のセルラー電話（携帯／自動車電話）を使用するワイヤレスモデムのユーザは、例えばウェブページを見ようと試みるとき、困難性を経験している。この原因の少なくとも一部は、セルラー電話ネットワークのアーキテクチャが、本来音声通信をサポートするように設計されており、インターネットに使用するパケットデータ通信プロトコルをサポートしていないという事実による。さらに、広域ネットワークのユーザコネクションに使用されるプロトコルは、ワイヤレスインタフェースを介する効率的な伝送に向いていない。
【０００４】
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を使用するシステムのようなワイヤレス通信システムによって多重データリンクを提供するプロトコルが提案されている。例えば、このようなシステムの１つは、本発明者らの同時係属中の米国特許出願第０８／９９２，７５９号で、発明の名称が“ワイヤレス符号分割多重アクセス通信システムにより多重ｎＢ＋Ｄ ＩＳＤＮ基本速度インタフェースリンクを提供するプロトコル変換と帯域幅低減方法”（１９９７年１２月１７日に出願され、本出願の譲受人であるタンティビ・コミュニケーションズ・インコーポレーテッドに譲渡されている）に記載されている。この技術を用いて、ワイヤレスチャネルへのアクセスをさらに効率的に割り当てることによって、ディジタル・セルラー・コネクションにより高速データサービスを提供できる。特に、例えば各サブチャネルに異なる符号を割り当てることにより、標準ＣＤＭＡチャネル帯域幅内でサブチャネルの数が定義される。この時、各セッションに対して必要に応じて多重サブチャネルを動的に割り当てることにより、与えられたコネクションの瞬間的な必要帯域幅が満たされる。例えば、ウェブページのダウンロード時のように、加入者帯域幅必要条件が比較的高い時間には、サブチャネルが与えられる。ユーザが以前にダウンロードしたウェブページを読む時のように、通信負荷が軽い時間には、帯域幅は開放される。
【０００５】
しかし、このようなシステムを実現するには、雑音、マルチパスなどのエラー発生原因の影響を最小にしながら限界ビット速度を達成するために、各種変調と符号化技術の慎重な計画を必要とする。例えば、同一無線周波数搬送波を占めるチャネル間の干渉を最小にするために、変調符号と疑似雑音拡散符号を慎重に選択しなければならない。さらに、フレーム指示ビットをデータストリームに挿入して、転送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）通信のような上位層データプロトコルが実行できるようにする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のシステムは比較的雑音の少ない環境では問題なく機能するが、いくつかの点で最適とは言えない。
【０００７】
例えば、巡回冗長検査（ＣＲＣ）エラーはＴＣＰ／ＩＰフレームがエラー状態で受け取られていることを表すが、エラーのあるフレームの受取りがフレーム全ての再送信を要求する場合には、ＣＲＣの使用は最適とはいえない。不利なことに、再送信に適応させるためにはアクセスが特に許可されなければならないＣＤＭＡのような共有アクセスワイヤレス環境では、再送信を要求するアクセス技術は特に面倒なものとなる。例えば、ＣＤＭＡシステムでは、エラーは実際には非線形の影響を示し、再送信帯域幅よりも大きい量だけシステム容量を低下させる。したがって、データを再送信する必要性をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００８】
順方向誤り訂正（ＦＥＣ）として知られる技術は、ＣＤＭＡなどの音声伝送に利用されている多重アクセス変調方法において、一般に使用されている。この技術は、ワイヤレスチャネルを通して送られるビッグループ、すなわち“ブロック”を使用でき、さらに高度な数学的アルゴリズムに従って、追加の冗長ビットの値を決定する。冗長ビットの数はかなり大きくてもよい。例えば、１／２速度、１／３速度、または１／４速度符号を使用するのが一般であり、それにより実際に伝送される１ブロック中のビット数は、それぞれ２、３、４倍に増加する。
【０００９】
したがって、順方向誤り訂正符号は、あるビットストリングがエラー状態で受け取られたことを検出するだけでなく、誤り訂正の実行にも使用される。これにより、１ビットまたは複数ビットのエラーのためにパケット全体を再送信する必要は無くなる。このように、順方向誤り訂正は、再送信が実際的でなくおよび／またはコストがかかる衛星放送のような実施において広く使用されてきた。
【００１０】
不利な点は、順方向誤り訂正を実施すると、全体処理能力（スループット）が低下することである。ここで、全体処理能力は、有効チャネル帯域幅のメガヘルツ（ＭＨｚ）当りに伝送されるパケット数で測定される。さらに、最良のエラー性能を得るために、一般に、高性能アルゴリズムに対しては比較的大きいブロックサイズを使用する必要がある。したがって、このような誤り訂正アルゴリズムの実行には、ブロック全体が復号される前に、受信器側でそのブロック全体が有効でなければならないので、待ち時間が発生する。さらに、順方向誤り訂正処理で回復できないエラーが検出されると、ブロックが再送信されている間の待ち時間がさらに発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施には、ワイヤレス通信プロトコルの実現に関連する物理通信層と、ネットワーク通信プロトコルの実現に関連するネットワーク層との間に配置されたプロトコルコンバータが使用される。
【００１２】
すなわち、本発明では、先ず送信器側のプロトコルコンバータが、ＴＣＰ／ＩＰフレームのようなネットワークフレームをセグメントと呼ばれるより小さい部分に分割する。セグメントサイズは、観測される誤り率に従って変化する。好ましい実施形態では、例えば、最小セグメントサイズは２バイトであり、最大セグメントサイズは５１２バイトである。１フレーム中の全セグメントサイズは等しい。
【００１３】
次に、受信器側でセグメントをフレームに再組立できるように、各セグメントに情報が付加される。具体的には、受信器側でネットワーク層フレームを再構成際に適切な位置に配置されるように、セグメント位置番号が付加される。
【００１４】
ここで、セグメントは、本明細書ではブロックと称するグループに配列される。次に、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）アルゴリズムがこのブロック全体に適用される。好ましい実施形態では、ブロックは１３３１情報ビットを有する。したがって、１／３速度符号を用いて、ＦＥＣ符号化プロセスが４０９６ビットの出力ＦＥＣブロックを供給する。
【００１５】
好ましくは、プロトコルは、また、本明細書ではサブチャネルと称する複数の物理層コネクションを用いて、送信器から受信器まで所望の送信速度で、符号化ＦＥＣブロックを送信する。次に、ＦＥＣブロックは、各ビットを基準として、割当てサブチャネル間で分割される。次に、ＦＥＣブロックを構成するビットが、サブチャネル上に送られる。この場合、リンクシーケンス識別子を付加して、送出ブロックがサブチャネル上に送られる順番を識別する。
【００１６】
受信器側は、逆の動作を実行するプロトコルコンバータを有し、種々のサブチャネルを通して受け取られたビットが最初にＦＥＣブロックに組み立てられる。好ましい実施形態では４０９６ビットであるＦＥＣブロックを逆ＦＥＣアルゴリズムに提供することにより、冗長符号ビットを取り除き、誤り訂正を実行する。
【００１７】
次に、ＦＥＣ復号化プロセスの出力をセグメントに分割する。その後、各セグメント内の巡回冗長検査情報を比較して、セグメントがエラー状態で受信されたか否かを判定する。エラー状態で受信されている場合は、次に、エラーのある受信セグメントの再送信を要求する。
【００１８】
最終的には、受信されたセグメントは完全なネットワーク層フレームに再組立される。
【００１９】
送信器側と受信器側の両方のプロトコルコンバータは、観測される受信セグメント誤り率に基づいて、セグメントサイズを動的に調整して、全体処理能力を最適化してもよい。
例えば、受信器側で、不良の巡回冗長検査（ＣＲＣ）を持つセグメントは廃棄され、“不良”セグメントと見なされる。受け取ったセグメントのシーケンス番号（順序番号）の追跡を続けることにより、受信器は、特定のセグメント、すなわち直前の正常なセグメントと次の正常なセグメントの間のシーケンス番号を持つセグメントが失われていることを判定できる。この後、受信器は不良のセグメントの再送信をシーケンス番号によって明確に要求できる。このいわゆる選択的拒絶構成により、受信器と送信器の両方が、選択的に拒絶されたセグメントの記録から、エラー状態で受信されたフレーム番号を知ることができる。
【００２０】
送信したフレーム数、および与えられた無線チャネル上で受信された選択的拒絶指示数のカウントから、送信器はそのチャネルに対する後続の送信セグメントのサイズを動的に調整できる。好ましくは、セグメントサイズは、送信したデータビットの全体数と、情報搬送に成功したビット数との比率に依存する公式に基づいて調整される。
【００２１】
個々のセグメントではなく、セグメントグループに順方向誤り訂正を実行することにより、チャネル帯域幅割当ては最適化を維持できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、ＴＣＰ／ＩＰのようなパケットを用いるプロトコルを必要とする環境において特に有利である。単一データストリームを伝送するのに必要なチャネル数を効果的に変更できるため、バースト速度にも効果的に順応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】携帯型データ処理装置が本発明によるプロトコルコンバータを使用してネットワークを接続するシステムのブロック図である。
【図２Ａ】プロトコルコンバータと多重チャネル送信器の構成を詳しく示す図である。
【図２Ｂ】プロトコルコンバータと多重チャネル受信器の構成を詳しく示す図である。
【図３】送信器に配置されたプロトコルコンバータによりネットワーク層フレームをセグメントに分割する方法を示す図である。
【図４】個々のセグメントの図であって、複数セグメントを順方向誤り訂正ブロックに組み立てる方法を詳しく示す図である。
【図５】受信器側のプロトコルコンバータがネットワーク層フレームを再組み立てする方法を示す図である。
【図６】本発明を実現する、送信器に配置されたプロトコルコンバータにより実行される一連のステップを示す図である。
【図７】図６の続きの図である。
【図８】本発明を実現する、受信器に配置されたプロトコルコンバータにより実行されるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の以下およびその他の目的、形態、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【００２５】
図１はシステム１０のブロック図であり、本発明による高速データ通信サービスを提供するものである。システム１０は遠隔加入者ユニット２０、多重双方向通信リンク３０、ローカルまたはサービスプロバイダユニット４０から構成されている。
【００２６】
加入者ユニットは、例えばポータブルまたはラップトップコンピュータ、ハンディーＰＤＡ（個人用携帯型情報端末）などの端末装置１２に接続される。加入者ユニット２０はプロトコルコンバータ２５を有し、プロトコルコンバータ２５が多重チャネルディジタル送受信器２６とアンテナ２７にデータを次々に提供する。
【００２７】
プロトコルコンバータ２５はコンピュータ１２からデータを受け取り、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアで、既知の通信標準に従って送信に適するフォーマットにデータを変換する。
【００２８】
プロトコルコンバータ２５は中間プロトコル層を実現し、本発明にしたがって多重チャネル送受信器２６で使用するのに適したフォーマットにデータを変換する。以下に詳細を述べるように、ネットワーク層において、プロトコルコンバータ２５により提供されたデータは、ＴＣＰ／ＩＰのような適切なネットワーク通信プロトコルと一致した手法でフォーマットされ、端末装置１２をインターネットなどのネットワークを介して他のコンピュータに接続できるのが望ましい。プロトコルコンバータ２５とプロトコルのこの説明は単に具体例として示したものであり、他のネットワーク層プロトコルも使用できることは理解されるべきである。
【００２９】
多重チャネルディジタル送受信器２６は、図示された無線チャネル３０のような１つまたは複数の物理的通信リンクへのアクセスを提供する。好ましくは、物理リンクは、ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）のような既知のディジタル多重化技術を使用してさらに符号化され、与えられた無線チャネル３０またはサブチャネル３１上で多重トラフィックを提供する。他のワイヤレス通信プロトコルを使用して本発明を有効に活用できることは理解されるところである。
【００３０】
例えば１．２５ＭＨｚの帯域幅を有する、単一の広帯域ＣＤＭＡ搬送チャネル３０上に多重符号化サブチャネル３１を設けることにより、通信チャネルを実現できる。個々のチャネルは特有のＣＤＭＡ符号により定義される。代わりに、多重チャネル３１は、他のワイヤレス通信プロトコルで提供されるような、単一チャネルの物理的通信媒体によって提供される。重要なことは、各無線チャネル３０に固有であるかなりの大きさのビット誤り率によって、サブチャネル３１が不利な影響を受ける可能性があることである。
【００３１】
サービスプロバイダ装置４０はアンテナ４２、多重チャネル送受信器４６、プロトコルコンバータ４５、ならびにモデム、ブリッジ、ゲートウェイおよびルータなどのインタフェース装置４８を有し、これらはインターネット４９を含むネットワークへの接続を提供するのに必要なものである。
【００３２】
サービスプロバイダ４０では、多重チャネル送受信器４６が、加入者ユニットの多重チャネル送受信器２６に類似ではあるが逆の動作をする機能を備える。プログラムコンバータ４５についても同様であり、すなわち、加入者ユニット２０のプロトコルコンバータ２５とは逆の機能を提供する。データはＴＣＰ／ＩＰフレームフォーマットでプロトコルコンバータ４５から受け取られ、次にインターネット４９に渡される。装置４０の残りの構成は、ローカルエリアネットワーク、多重ダイヤルアップ接続、ＴＩ搬送接続装置、またはインターネット４９への他の高速通信リンクなど多数の形態を取ることができる。
【００３３】
プロトコルコンバータ２５，４５に戻って、これらについて詳細に説明する。これらは、多重チャネル送受信器２６で使用されるＣＤＭＡプロトコルにより提供されるような物理層と、端末装置１２およびネットワーク４９間の接続を提供するＴＣＰ／ＩＰのようなネットワーク層プロトコル間で実行される帯域幅管理機能２９を提供する。
【００３４】
帯域幅管理機能２９は複数のタスクを実行して、多重通信リンク３０上で正しく維持される物理層コネクションおよびネットワーク層コネクションの両方を保持する。例えば、特定の物理層コネクションは、コネクションのいずれかの端に位置する端末装置が実際に送信データを有するか否かにかかわらず、同期データビットストリームを連続的に受け取ることを期待する。このような機能はまた、速度適応(rate adaption)、リンク上の多重チャネルの結合、スプーフィング（spoofing）、無線チャネルの設定および分解を含む。
特に、多重チャネル送受信器２６で使用するＩＳＤＮとＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）変調技術のプロトコルコンバータを実現する詳細は、係属中の特許出願である、Thomas E. GorsuchとCarlo Amalfitanoによる、発明の名称が“ワイヤレス符号分割多重アクセス通信システムによって多重ｎＢ＋Ｄ ＩＳＤＮ基本速度インタフェースリンクを提供するプロトコルコンバータと帯域幅低減技術”（１９９７年１２月１７日出願、米国特許出願第０８／９９２，７５９号）に詳述されている。この出願は本出願の譲受人のタンティビ・コミュニケーションズ・インコーポレーテッドに譲渡されており、本明細書に引用されている。
【００３５】
本発明は特に、プロトコルコンバータ２５および４５で使用される技術に関連するものであり、ビットエラーの発生しやすい環境における送信器と受信器の間の有効処理能力速度を改良するために、多重無線チャネル３０の実装多重論理サブチャネル３１−１、３１−２、…、３１−ｎ上を伝送されるデータのフォーマットの技術に関連する。以下の説明では、本明細書におけるコネクションは双方向であり、“送信器”は加入者ユニット２０またはサービスプロバイダユニット４０のいずれかであると理解されたい。
【００３６】
さらに、本明細書における“エラー”は、ネットワーク層のような上位層で見つけられるビットエラーである。本発明は、システムレベル全体のビット誤り率を改良しようとするものであり、絶対的なデータ完全性を保証することを試みるものではない。
【００３７】
図２Ａおよび２Ｂでは、本発明に従って実現される順リンクと逆リンクのブロックを詳細に示す。具体的には、加入者側ユニットに関連するプロトコルコンバータ２５および多重チャネル送受信器２６と、サービスプロバイダユニット４０に関連する多重チャネル送受信器４６およびプロトコルコンバータ４５の詳細を示す。
【００３８】
図２Ａの下方の逆リンク方向から説明を始める。この逆リンク方向は加入者ユニット２０からサービスプロバイダユニット４０に送信する方向であって、逆リンクプロトコルコンバータ２５はバッファ６１、セグメント組立部６２、および順方向誤り訂正（ＦＥＣ）ユニット６３から構成される。多重チャネル送受信器２６は、擬似雑音（ＰＮ）符号発生器６４、変調器６５、および無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ６６から構成される。
バッファ６１は、後述する方法で入力データを受け取る。セグメント組立部６２はバッファ６１から受け取ったデータを適切なフォーマットで編集し、ＦＥＣユニット６３に供給する。ＦＥＣユニット６３は、順方向誤り訂正アルゴリズムをデータに適用する。この際、リードソロモン(Reed Solomon)、ターボ符号(Turbo Codes)、などの既知の誤り訂正技術を使用する。
【００３９】
送受信器６６は、この事例では送信器として使用され、取得データをＰＮシーケンスによって拡散し、適切なチャネル符号化を用いて、割り当てられたサブチャネル３１ごとにＰＮ拡散データを変調し、この結果を所望の無線周波数にまで高めて出力する。
【００４０】
図２Ｂの逆リンクの受信器側、つまりサービスプロバイダ４０側では、送受信器４４が受信器機能を実行する。この事例では、ＲＦダウンコンバータ７１の出力が、イコライザ（等化器）７２、ＰＮ符号逆拡散器７３および復号器７４を有する多重受信ユニットに供給される。各復調出力は、ＦＥＣ復調器７５、逆セグメント組立部７６およびバッファ７７を有するプロトコルコンバータブロックに供給される。コントローラ７８を使用して、後述する各プロトコルコンバータ機能を制御および／または実行できる。
【００４１】
好ましい実施形態では、ＦＥＣ復号器７５はいわゆるトレリス（trellis）復号器を使用する。トレリス復号器は、複数ビットグループを比較して正しく受信されたビットの評価を行うので、トレリス復号器がエラーを発生すると、エラーはグループで発生する傾向がある。
【００４２】
類似の機能が順リンクで規定されている。この事例では、プロトコルコンバータ４５は入力データを受取り、それをバッファ６１、セグメント組立部６２およびＦＥＣユニット６３を通して処理する。送受信器４６は多重サブチャネル３１上で送信機能を実行する。
送受信器４６は、また、多重拡散器６４、変調器６５およびＲＦアップコンバータ６６を有する。
【００４３】
順リンクの受信器側では、逆処理は、ＲＦコンバータ７１、ならびに各チャネルのイコライザ７２、逆拡散器７３、チャネル分離７９および復調器７４によって提供される。順方向誤り訂正ユニット７５、セグメント組立部７６およびバッフア７７によって、プロトコルコンバータ２５が実現する。
【００４４】
次に図３を用いて、送信側におけるプロトコルコンバータ２５の一例の動作を簡単に述べる。図示のように、ネットワーク層から受け取る入力フレームは比較的大きく、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルの場合には、例えば１４８０ビット長である。
【００４５】
入力フレーム８０は最初に小部分セットまたはセグメント８１−１、８１−２に分割される。個々のセグメント８１のサイズは、チャネル３０ごとに決定された最適セグメント長に基づいて選択される。例えば、帯域幅管理機能は、随時特定数の有効サブチャネル３１を作成するだけでもよい。この有効サブチャネルのサブセットが選択され、次に１サブチャネル上で送信されるセグメントの最適ビット数が選択される。これにより、図に示すように、与えられたフレーム８０は４つのサブチャネル３１に関連したセグメントに分割される。その後、セグメント８１−２に対して種々の最適セグメントサイズで、１フレームに対して９つの有効サブチャネル３１が存在してもよい。
【００４６】
このように、前に引用した同時係属中の特許出願に記載されたこれらパラメータに対するチャネル３０ごとに、最適サブフレームサイズを決定できる。好ましい実施形態では、例えばこれは次式のようになる。
【００４７】
【数１】
ここで、Ｈはフレームのオーバヘッド（バイトで示す）であり、サブフレーム間の共有フレーム同期化フラグ（７ｅ）を含む。また、Ｘcurrentはサブフレームに割り当てられた現在のデータバイト数、Ｈcurrentは現在のフレームのオーバヘッド、Ｒは観測されたサブフレームの誤り率である。
【００４８】
好ましい実施形態では、セグメントサイズは、各関連無線チャネル３０およびフレームに関連するセグメント８１のサイズと同一であり、これによりオーバヘッドを最小にする。但しこれは絶対的な必要条件ではない。
【００４９】
フレーム８０がセグメント８１に分割された後、各セグメント８１には追加情報が付加される。例えば、各セグメント８１は少なくとも位置識別子８２ａと、巡回冗長検査（ＣＲＣ）８２ｂの形式のような完全性チェックサムとから構成される。位置識別子８２ａは、このセグメントが関連する大きいフレーム８０内のセグメント８１の位置を表すのに役立つ。完全性チェックサム８２ｂにより、受信器はそのセグメント８１がエラー状態で受け取られたか否かを判定できる。
【００５０】
次に、各サブチャネル３１上をセグメント８１が送信される準備がなされる。具体的には、複数のセグメント８１がブロック８６にまとめられる。各ブロック８６のセグメント数は、適用される順方向誤り訂正６３，７５に依存して適切な数に選択される。例えば、好ましい実施形態では、順方向誤り訂正ブロック８６は、全体で１３３１ビットになる、十分なセグメント数から構成される。適用されるＦＥＣアルゴリズムが１／３速度符号である場合、ＦＥＣブロック８６は４０９６ビット長になる。最後に、ＦＥＣブロック８６は、あるコネクションに割り当てられたサブチャネル３１間で分割され、送信される。
【００５１】
図４はセグメント８１のフォーマットの詳細図である。セグメント８１は、前述の位置フィールド８２ａとＣＲＣフィールド８２ｂを含む複数のフィールドから構成される。これら以外の複数のフィールドもセグメント８１の一例内に示されている。具体的には、入力された大きいフレーム８０から取られた関連するソースデータを有するデータフィールド８２ｃが存在する。このデータフィールド８２ｃは可変サイズであり、観測された誤り率により特定される最適化パラメータに従って変更できる。好ましい実施形態では、データビット数は、観測された誤り率に依存して、与えられたセグメント内で２〜５１２に変化できる。前述のように、与えられた入力フレーム８０全体の全セグメントは同一サイズに選択される、例えば全セグメントは同一サイズのデータフィールド８２ｃを持つ。
【００５２】
さらに、与えられた入力フレームが多重サブチャネル３１上に送信されると同時に、この入力フレームは与えられた無線チャネル３０上を送信されるセグメントに分割されるだけである。
【００５３】
さらに、フレームオフセットフィールド８２ｄを使用して、セグメント８１が属するフレーム番号を識別できる。このフレームオフセットフィールドは、システムに含まれる待ち時間があるために、特に使用される。具体的には、セグメント８１は、送信された順序と同一の順序で受信器に到達することが必ずしも保証されていない。さらに、あるセグメント８１がエラー状態で受信された場合、再送信を要求する必要がある。その結果、１つ以上のブロックに関連する複数のセグメント８１を、受信器で与えられた時間に操作する必要性を満たすことができる。これより、フレームオフセットフィールド８２ｄによって、受信器は各セグメントがどの大きいフレーム８０に属しているかを区別できる。
【００５４】
符号シーケンスフィールド８２ｅを使用して、各フレームの開始時に各サブチャネル３１に関連するシーケンス番号を識別できる。これにより、順位の低いチャネル処理がより効果的にセグメントに経路選択される。
【００５５】
最後に、メッセージデータフィールド８２ｆを使用して、セグメント８１がソースデータ、すなわち有効トラフィックデータまたは制御情報を含むか否かを意図された受取者に対して表示できる。
【００５６】
図５は、受信器側で実行される動作を示す。多重サブチャネル３１から受け取ったデータビットを最初に収集して、ＦＥＣブロックを再構成する。
【００５７】
次に、ＦＥＣアルゴリズムを適用して、誤り訂正符号を用いながら１つまたは複数ビットを検出および訂正する。得られた情報は、既知のセグメントサイズを使用してセグメント８１に分割される。次に、セグメント８１は検査され、位置フィールド８２を用いて大きいフレーム８０に再構成される。これにより、失われたセグメント８１がすべて、受取った位置フィールド８２ａを比較して検出される。特定の位置または特定のシーケンス番号８２ｅにおけるフレーム中のシーケンス位置フィールドが失われている場合、関連セグメント８１がまだ受け取られていないと考えられる。セグメントを正しく受取り、セグメントが失われているか否かを決定するには、一般にデータおよびセグメント８１の適切なバッファリングが必要である。バッファサイズは、送信速度、サブチャネル数３１、および実質的な伝搬遅延に依存する。
【００５８】
セグメント８１が失われていることを検出すると、受信器は失われているセグメント８１の再送信を要求する。この時点で、送信器は失われたセグメント８１の送信を実行する。ある大きいフレーム８０中の全セグメント８１が受信されると、次に、位置情報８２ａを使用することにより、セグメント８１からのデータを正しい順に配列して、元の大きいフレーム８０を再構成する。
【００５９】
この時点で、例えばフレームコマンドの終了が発生した時に、大きいフレーム８０のいずれかの部分が今なお失われている場合、対応するセグメント８１の再送信は指定された位置で要求でき、失われた部分の長さを指定する。
【００６０】
位置フィールド８２ａとシーケンスフィールド８２ｅの両方を使用するため、送信器と受信器の両方は、エラーを有する受信サブフレーム８１の数と、エラーの無い受信サブフレーム８１の数の比率を認識することができる。また、送信器と受信器は各チャネルの平均サブフレーム長を認識できる。
【００６１】
図６は、本発明を実現するため、送信器で実行される一連の動作の詳細なフローチャートである。第１状態１００では、大きいフレーム８０がネットワーク層のような上位通信層から得られる。次の状態１０２では、個々のサブチャネル８１上のフレーム誤り率のこれまでの観測結果から、送信器が、最適セグメントサイズを計算する。好ましくは、全有効全通信チャネルに対する最適セグメントサイズを計算する。
【００６２】
次に状態１０４では、関連する各有効サブチャネルの最適サイズに従って、ネットワーク層フレーム８０が適切な数のセグメント８１に分割される。この分割は、また、有効サブチャネルの見積り処理能力に基づく。次にセグメントのリストが作成される。
【００６３】
次の状態１０６では、位置識別子と巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号が各セグメントに加えられる。前述のように、大きいフレーム８０内の位置識別子オフセットが次に追加されて、受信器側でフレームを再構成するときに、セグメント８１の正しい位置決定を可能にする。
【００６４】
次に、ＦＥＣブロック８６が複数セグメント８１から組み立てられる。次に、状態１０８では、ＦＥＣブロック８６が複数に分離され、ＦＥＣブロック内のビットがそれぞれ複数サブチャネル３１の１つに割当てられる。
【００６５】
送信器が、受信器側で失われているセグメント８１に対する再送信要求を受け取ると、状態１１０で、最適セグメントサイズが、有効通信サブチャネル３１の観測されたフレーム平均値から計算される。次に、状態１１２で、セグメントリストを使用して、再送信用セグメントを再度待機させる。次に、状態１０８で、失われたセグメント８１の再送信の処理を続行する。
【００６６】
図７は送信器で実行される残りの工程を示す。状態１１４では、チャネルに関するシーケンス番号が各セグメント８１に追加される。次の状態１１６では、“７Ｅ”形式のフラグのようなセグメント区切り文字（セパレータ）がセグメントに挿入される。さらに、連続した５つのゼロの後の１に対してデータビットを強制的に設定するようなゼロ挿入が実行される。他の同期化、分離、符号化技術が、この時点でビットがセグメント８１に挿入されることを要求することがある。例えば、与えられたチャネル３０は、ＩＳ−９５標準規格で規定された畳み込み符号化を実行し、もしそうならば、ここでこの符号化を実行する。
【００６７】
次の状態１１８では、セグメント８１は有効チャネル３１上に送られる。論理開始、論理終了および他の制御フレームなど、データの存在しないフレームを同様にこの時点で挿入できる。
【００６８】
最終状態１２０では、送信器はセグメント再送信要求、または正しく受信された大きいフレームの積極的な確認を行う。別のフレーム送信を開始でき、例えば送信中のフレームの完了する前の時点において開始できる。
【００６９】
図８は受信器で実行される工程の詳細なシーケンスを示す。最初の状態２００では、受信ＦＥＣフレーム８６が、多重サブチャネル３１から得られたビットストリームから組立てられる。次の状態２０１では、ＦＥＣフレームは、現在のセグメントサイズに従ってセグメント８１に分割される。
【００７０】
次の状態２０２では、サブフレーム８１が検査される。良好なＣＲＣを有するすべてのセグメントは通過され、次の状態２０３に達する。不良のＣＲＣを有するすべての受信セグメント８１は廃棄される。
【００７１】
状態２０３を続行し、受信器は失われたシーケンス番号を決定する。次に受信器は、送信器に再送信要求を送り返すことにより、シーケンス番号に基づいて失われた部分のセグメントの再送信を要求する。
【００７２】
次の状態２０４では、位置識別子と元の大きいフレーム８０の既知の長さから、受信器は元のフレーム８０の再構築を実行する。状態２０６では、再送信要求がすべて処理された後にもフレーム８０のいずれかの部分が今なお失われている場合には、再送信要求自体が紛失している可能性があるとして、受信器は位置とサイズによって大きいフレーム８０の失われている部分を要求する。
【００７３】
状態２０８では、フレーム８０が完全に受信されると、積極的な確認を送信器に送り返す。
【００７４】
誤り訂正符号化に先立ってサブチャネル分割工程を最初に適用することにより、誤り訂正符号の完全な利点を得ることができると同時に、再送信の必要があるデータ量を最小にする。特に、トレリス実装ＦＥＣ復号器７５の出力が同時にビットエラーを発生する傾向にあるため、これらのエラーが単一のセグメント８１に影響を与えやすい。
【００７５】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に限定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形状または細部の各種の変更が実行可能であることは理解されるであろう。当業者には通常の実験を行うことなく、本明細者に記載された本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識し、または確認できるであろう。このような均等物も特許請求範囲に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００７６】
２０ 加入者ユニット（送信器、受信器）
３０ 無線チャネル
３１ サブチャネル
４０ 基地局（送信器、受信器）
８０ フレーム
８１ セグメント、
８５ セグメントブロック
８６ 順方向誤り訂正ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスリンクを介するような符号化伝送の利用を最適化するプロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
低価格パーソナルコンピュータの広範な利用は、一般大衆が低コストでインターネットを含むコンピュータネットワークへアクセスを求める状況を生み出した。この求めは、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ（個人用携帯型情報端末）などのポータブルデバイス（携帯型装置）にネットワークアクセス機能を備える必要性に移行している。このようなポータブルデバイスのユーザは、現在でも、有線接続を使用するのに慣れているのと同一の簡便性で、コンピュータネットワークにアクセスすることを期待している。
【０００３】
残念ながら、高速でインターネットへの低コストのワイヤレスアクセスを提供する、有用で満足のいく解決策はまだ存在しない。現在、既存のセルラー電話（携帯／自動車電話）を使用するワイヤレスモデムのユーザは、例えばウェブページを見ようと試みるとき、困難性を経験している。この原因の少なくとも一部は、セルラー電話ネットワークのアーキテクチャが、本来音声通信をサポートするように設計されており、インターネットに使用するパケットデータ通信プロトコルをサポートしていないという事実による。さらに、広域ネットワークのユーザコネクションに使用されるプロトコルは、ワイヤレスインタフェースを介する効率的な伝送に向いていない。
【０００４】
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を使用するシステムのようなワイヤレス通信システムによって多重データリンクを提供するプロトコルが提案されている。例えば、このようなシステムの１つは、本発明者らの同時係属中の米国特許出願第０８／９９２，７５９号で、発明の名称が“ワイヤレス符号分割多重アクセス通信システムにより多重ｎＢ＋Ｄ ＩＳＤＮ基本速度インタフェースリンクを提供するプロトコル変換と帯域幅低減方法”（１９９７年１２月１７日に出願され、本出願の譲受人であるタンティビ・コミュニケーションズ・インコーポレーテッドに譲渡されている）に記載されている。この技術を用いて、ワイヤレスチャネルへのアクセスをさらに効率的に割り当てることによって、ディジタル・セルラー・コネクションにより高速データサービスを提供できる。特に、例えば各サブチャネルに異なる符号を割り当てることにより、標準ＣＤＭＡチャネル帯域幅内でサブチャネルの数が定義される。この時、各セッションに対して必要に応じて多重サブチャネルを動的に割り当てることにより、与えられたコネクションの瞬間的な必要帯域幅が満たされる。例えば、ウェブページのダウンロード時のように、加入者帯域幅必要条件が比較的高い時間には、サブチャネルが与えられる。ユーザが以前にダウンロードしたウェブページを読む時のように、通信負荷が軽い時間には、帯域幅は開放される。
【０００５】
しかし、このようなシステムを実現するには、雑音、マルチパスなどのエラー発生原因の影響を最小にしながら限界ビット速度を達成するために、各種変調と符号化技術の慎重な計画を必要とする。例えば、同一無線周波数搬送波を占めるチャネル間の干渉を最小にするために、変調符号と疑似雑音拡散符号を慎重に選択しなければならない。さらに、フレーム指示ビットをデータストリームに挿入して、転送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）通信のような上位層データプロトコルが実行できるようにする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のシステムは比較的雑音の少ない環境では問題なく機能するが、いくつかの点で最適とは言えない。
【０００７】
例えば、巡回冗長検査（ＣＲＣ）エラーはＴＣＰ／ＩＰフレームがエラー状態で受け取られていることを表すが、エラーのあるフレームの受取りがフレーム全ての再送信を要求する場合には、ＣＲＣの使用は最適とはいえない。不利なことに、再送信に適応させるためにはアクセスが特に許可されなければならないＣＤＭＡのような共有アクセスワイヤレス環境では、再送信を要求するアクセス技術は特に面倒なものとなる。例えば、ＣＤＭＡシステムでは、エラーは実際には非線形の影響を示し、再送信帯域幅よりも大きい量だけシステム容量を低下させる。したがって、データを再送信する必要性をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００８】
順方向誤り訂正（ＦＥＣ）として知られる技術は、ＣＤＭＡなどの音声伝送に利用されている多重アクセス変調方法において、一般に使用されている。この技術は、ワイヤレスチャネルを通して送られるビッグループ、すなわち“ブロック”を使用でき、さらに高度な数学的アルゴリズムに従って、追加の冗長ビットの値を決定する。冗長ビットの数はかなり大きくてもよい。例えば、１／２速度、１／３速度、または１／４速度符号を使用するのが一般であり、それにより実際に伝送される１ブロック中のビット数は、それぞれ２、３、４倍に増加する。
【０００９】
したがって、順方向誤り訂正符号は、あるビットストリングがエラー状態で受け取られたことを検出するだけでなく、誤り訂正の実行にも使用される。これにより、１ビットまたは複数ビットのエラーのためにパケット全体を再送信する必要は無くなる。このように、順方向誤り訂正は、再送信が実際的でなくおよび／またはコストがかかる衛星放送のような実施において広く使用されてきた。
【００１０】
不利な点は、順方向誤り訂正を実施すると、全体処理能力（スループット）が低下することである。ここで、全体処理能力は、有効チャネル帯域幅のメガヘルツ（ＭＨｚ）当りに伝送されるパケット数で測定される。さらに、最良のエラー性能を得るために、一般に、高性能アルゴリズムに対しては比較的大きいブロックサイズを使用する必要がある。したがって、このような誤り訂正アルゴリズムの実行には、ブロック全体が復号される前に、受信器側でそのブロック全体が有効でなければならないので、待ち時間が発生する。さらに、順方向誤り訂正処理で回復できないエラーが検出されると、ブロックが再送信されている間の待ち時間がさらに発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施には、ワイヤレス通信プロトコルの実現に関連する物理通信層と、ネットワーク通信プロトコルの実現に関連するネットワーク層との間に配置されたプロトコルコンバータが使用される。
【００１２】
すなわち、本発明では、先ず送信器側のプロトコルコンバータが、ＴＣＰ／ＩＰフレームのようなネットワークフレームをセグメントと呼ばれるより小さい部分に分割する。セグメントサイズは、観測される誤り率に従って変化する。好ましい実施形態では、例えば、最小セグメントサイズは２バイトであり、最大セグメントサイズは５１２バイトである。１フレーム中の全セグメントサイズは等しい。
【００１３】
次に、受信器側でセグメントをフレームに再組立できるように、各セグメントに情報が付加される。具体的には、受信器側でネットワーク層フレームを再構成際に適切な位置に配置されるように、セグメント位置番号が付加される。
【００１４】
ここで、セグメントは、本明細書ではブロックと称するグループに配列される。次に、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）アルゴリズムがこのブロック全体に適用される。好ましい実施形態では、ブロックは１３３１情報ビットを有する。したがって、１／３速度符号を用いて、ＦＥＣ符号化プロセスが４０９６ビットの出力ＦＥＣブロックを供給する。
【００１５】
好ましくは、プロトコルは、また、本明細書ではサブチャネルと称する複数の物理層コネクションを用いて、送信器から受信器まで所望の送信速度で、符号化ＦＥＣブロックを送信する。次に、ＦＥＣブロックは、各ビットを基準として、割当てサブチャネル間で分割される。次に、ＦＥＣブロックを構成するビットが、サブチャネル上に送られる。この場合、リンクシーケンス識別子を付加して、送出ブロックがサブチャネル上に送られる順番を識別する。
【００１６】
受信器側は、逆の動作を実行するプロトコルコンバータを有し、種々のサブチャネルを通して受け取られたビットが最初にＦＥＣブロックに組み立てられる。好ましい実施形態では４０９６ビットであるＦＥＣブロックを逆ＦＥＣアルゴリズムに提供することにより、冗長符号ビットを取り除き、誤り訂正を実行する。
【００１７】
次に、ＦＥＣ復号化プロセスの出力をセグメントに分割する。その後、各セグメント内の巡回冗長検査情報を比較して、セグメントがエラー状態で受信されたか否かを判定する。エラー状態で受信されている場合は、次に、エラーのある受信セグメントの再送信を要求する。
【００１８】
最終的には、受信されたセグメントは完全なネットワーク層フレームに再組立される。
【００１９】
送信器側と受信器側の両方のプロトコルコンバータは、観測される受信セグメント誤り率に基づいて、セグメントサイズを動的に調整して、全体処理能力を最適化してもよい。
例えば、受信器側で、不良の巡回冗長検査（ＣＲＣ）を持つセグメントは廃棄され、“不良”セグメントと見なされる。受け取ったセグメントのシーケンス番号（順序番号）の追跡を続けることにより、受信器は、特定のセグメント、すなわち直前の正常なセグメントと次の正常なセグメントの間のシーケンス番号を持つセグメントが失われていることを判定できる。この後、受信器は不良のセグメントの再送信をシーケンス番号によって明確に要求できる。このいわゆる選択的拒絶構成により、受信器と送信器の両方が、選択的に拒絶されたセグメントの記録から、エラー状態で受信されたフレーム番号を知ることができる。
【００２０】
送信したフレーム数、および与えられた無線チャネル上で受信された選択的拒絶指示数のカウントから、送信器はそのチャネルに対する後続の送信セグメントのサイズを動的に調整できる。好ましくは、セグメントサイズは、送信したデータビットの全体数と、情報搬送に成功したビット数との比率に依存する公式に基づいて調整される。
【００２１】
個々のセグメントではなく、セグメントグループに順方向誤り訂正を実行することにより、チャネル帯域幅割当ては最適化を維持できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、ＴＣＰ／ＩＰのようなパケットを用いるプロトコルを必要とする環境において特に有利である。単一データストリームを伝送するのに必要なチャネル数を効果的に変更できるため、バースト速度にも効果的に順応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】携帯型データ処理装置が本発明によるプロトコルコンバータを使用してネットワークを接続するシステムのブロック図である。
【図２Ａ】プロトコルコンバータと多重チャネル送信器の構成を詳しく示す図である。
【図２Ｂ】プロトコルコンバータと多重チャネル受信器の構成を詳しく示す図である。
【図３】送信器に配置されたプロトコルコンバータによりネットワーク層フレームをセグメントに分割する方法を示す図である。
【図４】個々のセグメントの図であって、複数セグメントを順方向誤り訂正ブロックに組み立てる方法を詳しく示す図である。
【図５】受信器側のプロトコルコンバータがネットワーク層フレームを再組み立てする方法を示す図である。
【図６】本発明を実現する、送信器に配置されたプロトコルコンバータにより実行される一連のステップを示す図である。
【図７】図６の続きの図である。
【図８】本発明を実現する、受信器に配置されたプロトコルコンバータにより実行されるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の以下およびその他の目的、形態、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【００２５】
図１はシステム１０のブロック図であり、本発明による高速データ通信サービスを提供するものである。システム１０は遠隔加入者ユニット２０、多重双方向通信リンク３０、ローカルまたはサービスプロバイダユニット４０から構成されている。
【００２６】
加入者ユニットは、例えばポータブルまたはラップトップコンピュータ、ハンディーＰＤＡ（個人用携帯型情報端末）などの端末装置１２に接続される。加入者ユニット２０はプロトコルコンバータ２５を有し、プロトコルコンバータ２５が多重チャネルディジタル送受信器２６とアンテナ２７にデータを次々に提供する。
【００２７】
プロトコルコンバータ２５はコンピュータ１２からデータを受け取り、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアで、既知の通信標準に従って送信に適するフォーマットにデータを変換する。
【００２８】
プロトコルコンバータ２５は中間プロトコル層を実現し、本発明にしたがって多重チャネル送受信器２６で使用するのに適したフォーマットにデータを変換する。以下に詳細を述べるように、ネットワーク層において、プロトコルコンバータ２５により提供されたデータは、ＴＣＰ／ＩＰのような適切なネットワーク通信プロトコルと一致した手法でフォーマットされ、端末装置１２をインターネットなどのネットワークを介して他のコンピュータに接続できるのが望ましい。プロトコルコンバータ２５とプロトコルのこの説明は単に具体例として示したものであり、他のネットワーク層プロトコルも使用できることは理解されるべきである。
【００２９】
多重チャネルディジタル送受信器２６は、図示された無線チャネル３０のような１つまたは複数の物理的通信リンクへのアクセスを提供する。好ましくは、物理リンクは、ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）のような既知のディジタル多重化技術を使用してさらに符号化され、与えられた無線チャネル３０またはサブチャネル３１上で多重トラフィックを提供する。他のワイヤレス通信プロトコルを使用して本発明を有効に活用できることは理解されるところである。
【００３０】
例えば１．２５ＭＨｚの帯域幅を有する、単一の広帯域ＣＤＭＡ搬送チャネル３０上に多重符号化サブチャネル３１を設けることにより、通信チャネルを実現できる。個々のチャネルは特有のＣＤＭＡ符号により定義される。代わりに、多重チャネル３１は、他のワイヤレス通信プロトコルで提供されるような、単一チャネルの物理的通信媒体によって提供される。重要なことは、各無線チャネル３０に固有であるかなりの大きさのビット誤り率によって、サブチャネル３１が不利な影響を受ける可能性があることである。
【００３１】
サービスプロバイダ装置４０はアンテナ４２、多重チャネル送受信器４６、プロトコルコンバータ４５、ならびにモデム、ブリッジ、ゲートウェイおよびルータなどのインタフェース装置４８を有し、これらはインターネット４９を含むネットワークへの接続を提供するのに必要なものである。
【００３２】
サービスプロバイダ４０では、多重チャネル送受信器４６が、加入者ユニットの多重チャネル送受信器２６に類似ではあるが逆の動作をする機能を備える。プログラムコンバータ４５についても同様であり、すなわち、加入者ユニット２０のプロトコルコンバータ２５とは逆の機能を提供する。データはＴＣＰ／ＩＰフレームフォーマットでプロトコルコンバータ４５から受け取られ、次にインターネット４９に渡される。装置４０の残りの構成は、ローカルエリアネットワーク、多重ダイヤルアップ接続、ＴＩ搬送接続装置、またはインターネット４９への他の高速通信リンクなど多数の形態を取ることができる。
【００３３】
プロトコルコンバータ２５，４５に戻って、これらについて詳細に説明する。これらは、多重チャネル送受信器２６で使用されるＣＤＭＡプロトコルにより提供されるような物理層と、端末装置１２およびネットワーク４９間の接続を提供するＴＣＰ／ＩＰのようなネットワーク層プロトコル間で実行される帯域幅管理機能２９を提供する。
【００３４】
帯域幅管理機能２９は複数のタスクを実行して、多重通信リンク３０上で正しく維持される物理層コネクションおよびネットワーク層コネクションの両方を保持する。例えば、特定の物理層コネクションは、コネクションのいずれかの端に位置する端末装置が実際に送信データを有するか否かにかかわらず、同期データビットストリームを連続的に受け取ることを期待する。このような機能はまた、速度適応(rate adaption)、リンク上の多重チャネルの結合、スプーフィング（spoofing）、無線チャネルの設定および分解を含む。
特に、多重チャネル送受信器２６で使用するＩＳＤＮとＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）変調技術のプロトコルコンバータを実現する詳細は、係属中の特許出願である、Thomas E. GorsuchとCarlo Amalfitanoによる、発明の名称が“ワイヤレス符号分割多重アクセス通信システムによって多重ｎＢ＋Ｄ ＩＳＤＮ基本速度インタフェースリンクを提供するプロトコルコンバータと帯域幅低減技術”（１９９７年１２月１７日出願、米国特許出願第０８／９９２，７５９号）に詳述されている。この出願は本出願の譲受人のタンティビ・コミュニケーションズ・インコーポレーテッドに譲渡されており、本明細書に引用されている。
【００３５】
本発明は特に、プロトコルコンバータ２５および４５で使用される技術に関連するものであり、ビットエラーの発生しやすい環境における送信器と受信器の間の有効処理能力速度を改良するために、多重無線チャネル３０の実装多重論理サブチャネル３１−１、３１−２、…、３１−ｎ上を伝送されるデータのフォーマットの技術に関連する。以下の説明では、本明細書におけるコネクションは双方向であり、“送信器”は加入者ユニット２０またはサービスプロバイダユニット４０のいずれかであると理解されたい。
【００３６】
さらに、本明細書における“エラー”は、ネットワーク層のような上位層で見つけられるビットエラーである。本発明は、システムレベル全体のビット誤り率を改良しようとするものであり、絶対的なデータ完全性を保証することを試みるものではない。
【００３７】
図２Ａおよび２Ｂでは、本発明に従って実現される順リンクと逆リンクのブロックを詳細に示す。具体的には、加入者側ユニットに関連するプロトコルコンバータ２５および多重チャネル送受信器２６と、サービスプロバイダユニット４０に関連する多重チャネル送受信器４６およびプロトコルコンバータ４５の詳細を示す。
【００３８】
図２Ａの下方の逆リンク方向から説明を始める。この逆リンク方向は加入者ユニット２０からサービスプロバイダユニット４０に送信する方向であって、逆リンクプロトコルコンバータ２５はバッファ６１、セグメント組立部６２、および順方向誤り訂正（ＦＥＣ）ユニット６３から構成される。多重チャネル送受信器２６は、擬似雑音（ＰＮ）符号発生器６４、変調器６５、および無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ６６から構成される。
バッファ６１は、後述する方法で入力データを受け取る。セグメント組立部６２はバッファ６１から受け取ったデータを適切なフォーマットで編集し、ＦＥＣユニット６３に供給する。ＦＥＣユニット６３は、順方向誤り訂正アルゴリズムをデータに適用する。この際、リードソロモン(Reed Solomon)、ターボ符号(Turbo Codes)、などの既知の誤り訂正技術を使用する。
【００３９】
送受信器６６は、この事例では送信器として使用され、取得データをＰＮシーケンスによって拡散し、適切なチャネル符号化を用いて、割り当てられたサブチャネル３１ごとにＰＮ拡散データを変調し、この結果を所望の無線周波数にまで高めて出力する。
【００４０】
図２Ｂの逆リンクの受信器側、つまりサービスプロバイダ４０側では、送受信器４４が受信器機能を実行する。この事例では、ＲＦダウンコンバータ７１の出力が、イコライザ（等化器）７２、ＰＮ符号逆拡散器７３および復号器７４を有する多重受信ユニットに供給される。各復調出力は、ＦＥＣ復調器７５、逆セグメント組立部７６およびバッファ７７を有するプロトコルコンバータブロックに供給される。コントローラ７８を使用して、後述する各プロトコルコンバータ機能を制御および／または実行できる。
【００４１】
好ましい実施形態では、ＦＥＣ復号器７５はいわゆるトレリス（trellis）復号器を使用する。トレリス復号器は、複数ビットグループを比較して正しく受信されたビットの評価を行うので、トレリス復号器がエラーを発生すると、エラーはグループで発生する傾向がある。
【００４２】
類似の機能が順リンクで規定されている。この事例では、プロトコルコンバータ４５は入力データを受取り、それをバッファ６１、セグメント組立部６２およびＦＥＣユニット６３を通して処理する。送受信器４６は多重サブチャネル３１上で送信機能を実行する。
送受信器４６は、また、多重拡散器６４、変調器６５およびＲＦアップコンバータ６６を有する。
【００４３】
順リンクの受信器側では、逆処理は、ＲＦコンバータ７１、ならびに各チャネルのイコライザ７２、逆拡散器７３、チャネル分離７９および復調器７４によって提供される。順方向誤り訂正ユニット７５、セグメント組立部７６およびバッフア７７によって、プロトコルコンバータ２５が実現する。
【００４４】
次に図３を用いて、送信側におけるプロトコルコンバータ２５の一例の動作を簡単に述べる。図示のように、ネットワーク層から受け取る入力フレームは比較的大きく、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルの場合には、例えば１４８０ビット長である。
【００４５】
入力フレーム８０は最初に小部分セットまたはセグメント８１−１、８１−２に分割される。個々のセグメント８１のサイズは、チャネル３０ごとに決定された最適セグメント長に基づいて選択される。例えば、帯域幅管理機能は、随時特定数の有効サブチャネル３１を作成するだけでもよい。この有効サブチャネルのサブセットが選択され、次に１サブチャネル上で送信されるセグメントの最適ビット数が選択される。これにより、図に示すように、与えられたフレーム８０は４つのサブチャネル３１に関連したセグメントに分割される。その後、セグメント８１−２に対して種々の最適セグメントサイズで、１フレームに対して９つの有効サブチャネル３１が存在してもよい。
【００４６】
このように、前に引用した同時係属中の特許出願に記載されたこれらパラメータに対するチャネル３０ごとに、最適サブフレームサイズを決定できる。好ましい実施形態では、例えばこれは次式のようになる。
【００４７】
【数１】
ここで、Ｈはフレームのオーバヘッド（バイトで示す）であり、サブフレーム間の共有フレーム同期化フラグ（７ｅ）を含む。また、Ｘcurrentはサブフレームに割り当てられた現在のデータバイト数、Ｈcurrentは現在のフレームのオーバヘッド、Ｒは観測されたサブフレームの誤り率である。
【００４８】
好ましい実施形態では、セグメントサイズは、各関連無線チャネル３０およびフレームに関連するセグメント８１のサイズと同一であり、これによりオーバヘッドを最小にする。但しこれは絶対的な必要条件ではない。
【００４９】
フレーム８０がセグメント８１に分割された後、各セグメント８１には追加情報が付加される。例えば、各セグメント８１は少なくとも位置識別子８２ａと、巡回冗長検査（ＣＲＣ）８２ｂの形式のような完全性チェックサムとから構成される。位置識別子８２ａは、このセグメントが関連する大きいフレーム８０内のセグメント８１の位置を表すのに役立つ。完全性チェックサム８２ｂにより、受信器はそのセグメント８１がエラー状態で受け取られたか否かを判定できる。
【００５０】
次に、各サブチャネル３１上をセグメント８１が送信される準備がなされる。具体的には、複数のセグメント８１がブロック８６にまとめられる。各ブロック８６のセグメント数は、適用される順方向誤り訂正６３，７５に依存して適切な数に選択される。例えば、好ましい実施形態では、順方向誤り訂正ブロック８６は、全体で１３３１ビットになる、十分なセグメント数から構成される。適用されるＦＥＣアルゴリズムが１／３速度符号である場合、ＦＥＣブロック８６は４０９６ビット長になる。最後に、ＦＥＣブロック８６は、あるコネクションに割り当てられたサブチャネル３１間で分割され、送信される。
【００５１】
図４はセグメント８１のフォーマットの詳細図である。セグメント８１は、前述の位置フィールド８２ａとＣＲＣフィールド８２ｂを含む複数のフィールドから構成される。これら以外の複数のフィールドもセグメント８１の一例内に示されている。具体的には、入力された大きいフレーム８０から取られた関連するソースデータを有するデータフィールド８２ｃが存在する。このデータフィールド８２ｃは可変サイズであり、観測された誤り率により特定される最適化パラメータに従って変更できる。好ましい実施形態では、データビット数は、観測された誤り率に依存して、与えられたセグメント内で２〜５１２に変化できる。前述のように、与えられた入力フレーム８０全体の全セグメントは同一サイズに選択される、例えば全セグメントは同一サイズのデータフィールド８２ｃを持つ。
【００５２】
さらに、与えられた入力フレームが多重サブチャネル３１上に送信されると同時に、この入力フレームは与えられた無線チャネル３０上を送信されるセグメントに分割されるだけである。
【００５３】
さらに、フレームオフセットフィールド８２ｄを使用して、セグメント８１が属するフレーム番号を識別できる。このフレームオフセットフィールドは、システムに含まれる待ち時間があるために、特に使用される。具体的には、セグメント８１は、送信された順序と同一の順序で受信器に到達することが必ずしも保証されていない。さらに、あるセグメント８１がエラー状態で受信された場合、再送信を要求する必要がある。その結果、１つ以上のブロックに関連する複数のセグメント８１を、受信器で与えられた時間に操作する必要性を満たすことができる。これより、フレームオフセットフィールド８２ｄによって、受信器は各セグメントがどの大きいフレーム８０に属しているかを区別できる。
【００５４】
符号シーケンスフィールド８２ｅを使用して、各フレームの開始時に各サブチャネル３１に関連するシーケンス番号を識別できる。これにより、順位の低いチャネル処理がより効果的にセグメントに経路選択される。
【００５５】
最後に、メッセージデータフィールド８２ｆを使用して、セグメント８１がソースデータ、すなわち有効トラフィックデータまたは制御情報を含むか否かを意図された受取者に対して表示できる。
【００５６】
図５は、受信器側で実行される動作を示す。多重サブチャネル３１から受け取ったデータビットを最初に収集して、ＦＥＣブロックを再構成する。
【００５７】
次に、ＦＥＣアルゴリズムを適用して、誤り訂正符号を用いながら１つまたは複数ビットを検出および訂正する。得られた情報は、既知のセグメントサイズを使用してセグメント８１に分割される。次に、セグメント８１は検査され、位置フィールド８２を用いて大きいフレーム８０に再構成される。これにより、失われたセグメント８１がすべて、受取った位置フィールド８２ａを比較して検出される。特定の位置または特定のシーケンス番号８２ｅにおけるフレーム中のシーケンス位置フィールドが失われている場合、関連セグメント８１がまだ受け取られていないと考えられる。セグメントを正しく受取り、セグメントが失われているか否かを決定するには、一般にデータおよびセグメント８１の適切なバッファリングが必要である。バッファサイズは、送信速度、サブチャネル数３１、および実質的な伝搬遅延に依存する。
【００５８】
セグメント８１が失われていることを検出すると、受信器は失われているセグメント８１の再送信を要求する。この時点で、送信器は失われたセグメント８１の送信を実行する。ある大きいフレーム８０中の全セグメント８１が受信されると、次に、位置情報８２ａを使用することにより、セグメント８１からのデータを正しい順に配列して、元の大きいフレーム８０を再構成する。
【００５９】
この時点で、例えばフレームコマンドの終了が発生した時に、大きいフレーム８０のいずれかの部分が今なお失われている場合、対応するセグメント８１の再送信は指定された位置で要求でき、失われた部分の長さを指定する。
【００６０】
位置フィールド８２ａとシーケンスフィールド８２ｅの両方を使用するため、送信器と受信器の両方は、エラーを有する受信サブフレーム８１の数と、エラーの無い受信サブフレーム８１の数の比率を認識することができる。また、送信器と受信器は各チャネルの平均サブフレーム長を認識できる。
【００６１】
図６は、本発明を実現するため、送信器で実行される一連の動作の詳細なフローチャートである。第１状態１００では、大きいフレーム８０がネットワーク層のような上位通信層から得られる。次の状態１０２では、個々のサブチャネル８１上のフレーム誤り率のこれまでの観測結果から、送信器が、最適セグメントサイズを計算する。好ましくは、全有効全通信チャネルに対する最適セグメントサイズを計算する。
【００６２】
次に状態１０４では、関連する各有効サブチャネルの最適サイズに従って、ネットワーク層フレーム８０が適切な数のセグメント８１に分割される。この分割は、また、有効サブチャネルの見積り処理能力に基づく。次にセグメントのリストが作成される。
【００６３】
次の状態１０６では、位置識別子と巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号が各セグメントに加えられる。前述のように、大きいフレーム８０内の位置識別子オフセットが次に追加されて、受信器側でフレームを再構成するときに、セグメント８１の正しい位置決定を可能にする。
【００６４】
次に、ＦＥＣブロック８６が複数セグメント８１から組み立てられる。次に、状態１０８では、ＦＥＣブロック８６が複数に分離され、ＦＥＣブロック内のビットがそれぞれ複数サブチャネル３１の１つに割当てられる。
【００６５】
送信器が、受信器側で失われているセグメント８１に対する再送信要求を受け取ると、状態１１０で、最適セグメントサイズが、有効通信サブチャネル３１の観測されたフレーム平均値から計算される。次に、状態１１２で、セグメントリストを使用して、再送信用セグメントを再度待機させる。次に、状態１０８で、失われたセグメント８１の再送信の処理を続行する。
【００６６】
図７は送信器で実行される残りの工程を示す。状態１１４では、チャネルに関するシーケンス番号が各セグメント８１に追加される。次の状態１１６では、“７Ｅ”形式のフラグのようなセグメント区切り文字（セパレータ）がセグメントに挿入される。さらに、連続した５つのゼロの後の１に対してデータビットを強制的に設定するようなゼロ挿入が実行される。他の同期化、分離、符号化技術が、この時点でビットがセグメント８１に挿入されることを要求することがある。例えば、与えられたチャネル３０は、ＩＳ−９５標準規格で規定された畳み込み符号化を実行し、もしそうならば、ここでこの符号化を実行する。
【００６７】
次の状態１１８では、セグメント８１は有効チャネル３１上に送られる。論理開始、論理終了および他の制御フレームなど、データの存在しないフレームを同様にこの時点で挿入できる。
【００６８】
最終状態１２０では、送信器はセグメント再送信要求、または正しく受信された大きいフレームの積極的な確認を行う。別のフレーム送信を開始でき、例えば送信中のフレームの完了する前の時点において開始できる。
【００６９】
図８は受信器で実行される工程の詳細なシーケンスを示す。最初の状態２００では、受信ＦＥＣフレーム８６が、多重サブチャネル３１から得られたビットストリームから組立てられる。次の状態２０１では、ＦＥＣフレームは、現在のセグメントサイズに従ってセグメント８１に分割される。
【００７０】
次の状態２０２では、サブフレーム８１が検査される。良好なＣＲＣを有するすべてのセグメントは通過され、次の状態２０３に達する。不良のＣＲＣを有するすべての受信セグメント８１は廃棄される。
【００７１】
状態２０３を続行し、受信器は失われたシーケンス番号を決定する。次に受信器は、送信器に再送信要求を送り返すことにより、シーケンス番号に基づいて失われた部分のセグメントの再送信を要求する。
【００７２】
次の状態２０４では、位置識別子と元の大きいフレーム８０の既知の長さから、受信器は元のフレーム８０の再構築を実行する。状態２０６では、再送信要求がすべて処理された後にもフレーム８０のいずれかの部分が今なお失われている場合には、再送信要求自体が紛失している可能性があるとして、受信器は位置とサイズによって大きいフレーム８０の失われている部分を要求する。
【００７３】
状態２０８では、フレーム８０が完全に受信されると、積極的な確認を送信器に送り返す。
【００７４】
誤り訂正符号化に先立ってサブチャネル分割工程を最初に適用することにより、誤り訂正符号の完全な利点を得ることができると同時に、再送信の必要があるデータ量を最小にする。特に、トレリス実装ＦＥＣ復号器７５の出力が同時にビットエラーを発生する傾向にあるため、これらのエラーが単一のセグメント８１に影響を与えやすい。
【００７５】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に限定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形状または細部の各種の変更が実行可能であることは理解されるであろう。当業者には通常の実験を行うことなく、本明細者に記載された本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識し、または確認できるであろう。このような均等物も特許請求範囲に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００７６】
２０ 加入者ユニット（送信器、受信器）
３０ 無線チャネル
３１ サブチャネル
４０ 基地局（送信器、受信器）
８０ フレーム
８１ セグメント、
８５ セグメントブロック
８６ 順方向誤り訂正ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データユニットを複数のセグメントに分割するコントローラを有する装置であって、
前記コントローラは、
前記複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加し、
１以上の無線チャネルを介し送信される前記複数のセグメントを有するブロックに対して誤り訂正符号化を実行し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性に基づき、第２データユニットを前記複数のセグメントと異なるセグメントサイズを有する第２の複数のセグメントにさらに分割し、
前記第２の複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加し、
前記１以上の無線チャネルを介し送信される前記第２の複数のセグメントを有する第２ブロックに対して誤り訂正符号化を実行する装置。
【請求項２】
前記複数のセグメントの１つの再送のための要求を受信する受信機をさらに有し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、前記再送のための要求に基づく、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、利用可能なサブチャネルの個数を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記誤り訂正符号化は、１／３レートターボ符号化装置を用いた順方向誤り訂正符号化を含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記データユニットは、ＩＰパケットから導出される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
サービスプロバイダ装置において実現される方法であって、
データユニットを複数のセグメントに分割するステップと、
前記複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加するステップと、
１以上の無線チャネルを介し送信される前記複数のセグメントを有するブロックに対して誤り訂正符号化を実行するステップと、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性に基づき、第２データユニットを前記複数のセグメントと異なるセグメントサイズを有する第２の複数のセグメントにさらに分割するステップと、
前記第２の複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加するステップと、
前記１以上の無線チャネルを介し送信される前記第２の複数のセグメントを有する第２ブロックに対して誤り訂正符号化を実行するステップと、
を有する方法。
【請求項７】
前記複数のセグメントの１つの再送のための要求を受信するステップをさらに有し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、前記再送のための要求に基づく、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、利用可能なサブチャネルの個数を有する、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記誤り訂正符号化は、１／３レートターボ符号化装置を用いた順方向誤り訂正符号化を含む、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記データユニットは、ＩＰパケットから導出される、請求項６記載の方法。
【請求項１】
データユニットを複数のセグメントに分割するコントローラを有する装置であって、
前記コントローラは、
前記複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加し、
１以上の無線チャネルを介し送信される前記複数のセグメントを有するブロックに対して誤り訂正符号化を実行し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性に基づき、第２データユニットを前記複数のセグメントと異なるセグメントサイズを有する第２の複数のセグメントにさらに分割し、
前記第２の複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加し、
前記１以上の無線チャネルを介し送信される前記第２の複数のセグメントを有する第２ブロックに対して誤り訂正符号化を実行する装置。
【請求項２】
前記複数のセグメントの１つの再送のための要求を受信する受信機をさらに有し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、前記再送のための要求に基づく、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、利用可能なサブチャネルの個数を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記誤り訂正符号化は、１／３レートターボ符号化装置を用いた順方向誤り訂正符号化を含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記データユニットは、ＩＰパケットから導出される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
サービスプロバイダ装置において実現される方法であって、
データユニットを複数のセグメントに分割するステップと、
前記複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加するステップと、
１以上の無線チャネルを介し送信される前記複数のセグメントを有するブロックに対して誤り訂正符号化を実行するステップと、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性に基づき、第２データユニットを前記複数のセグメントと異なるセグメントサイズを有する第２の複数のセグメントにさらに分割するステップと、
前記第２の複数のセグメントの各セグメントに誤り検出情報を追加するステップと、
前記１以上の無線チャネルを介し送信される前記第２の複数のセグメントを有する第２ブロックに対して誤り訂正符号化を実行するステップと、
を有する方法。
【請求項７】
前記複数のセグメントの１つの再送のための要求を受信するステップをさらに有し、
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、前記再送のための要求に基づく、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記１以上の無線チャネルの観察された特性は、利用可能なサブチャネルの個数を有する、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記誤り訂正符号化は、１／３レートターボ符号化装置を用いた順方向誤り訂正符号化を含む、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記データユニットは、ＩＰパケットから導出される、請求項６記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４８４９５（Ｐ２０１３−４８４９５Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６８２８１（Ｐ２０１２−２６８２８１）
【出願日】平成２４年１２月７日（２０１２．１２．７）
【分割の表示】特願２０１１−１３３０９７（Ｐ２０１１−１３３０９７）の分割
【原出願日】平成１２年２月２３日（２０００．２．２３）
【出願人】（５９３０９６７１２）インテル コーポレイション (931)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月７日（２０１２．１２．７）
【分割の表示】特願２０１１−１３３０９７（Ｐ２０１１−１３３０９７）の分割
【原出願日】平成１２年２月２３日（２０００．２．２３）
【出願人】（５９３０９６７１２）インテル コーポレイション (931)
【Ｆターム（参考）】
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