JP4298161B2 - パケットデータ通信システムにおけるアップリンクステートフラグによる指示の可変ブロックスケージューリング方法 - Google Patents
パケットデータ通信システムにおけるアップリンクステートフラグによる指示の可変ブロックスケージューリング方法 Download PDFInfo
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- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
【０００１】
背景
本発明は、一般的なパケットデータ通信システムに関するものであり、特に、動的送信リソース割当に対する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
商用通信システムの成長、特に、セルラー式無線電話システムの爆発的な成長は、消費者許容値以上の通信品質を落とさないでシステム能力を向上させる方法を見つけ出すことをシステム設計者に強要している。同時に、音声よりもむしろデータ送信用として移動体通信機器を使用することは、消費者の間でますます一般的になってきている。電信メールの送受信、ワールドワイドウェブへのアクセスを行うためのウェブブラウザの使用の可能性については、無線通信システムでますます使用されることになるであろうサービスとして頻繁に議論されている。これに対する回答として、通信システム設計者は、移動体ユーザへ及びからのデータ情報を効果的に転送する方法を模索している。
【０００３】
データ通信に対する条件と、例えば、音声通信に対する条件の間には基本的な違いがある。例えば、遅延条件は、リアルタイムサービスとなる音声に対してはより高く、エラー条件はデータ通信に対してはより高い、一方で、遅延制約条件は低い。回路交換プロトコル以外のデータ送信用により適しているパケットデータプロトコルの使用においては、セルラー式通信システムにおいてその使用方法を見つけることを始めている。ＧＳＭセルラー式システムとＤＡＭＰＳセルラー式システムの両方でのパケットサービスの統合が、現在、標準化されている。
【０００４】
今日、ＧＳＭシステムは、外部データネットワークと内部接続するために使用することができる回線交換データサービスを提供する。この回線交換データサービスは、回線交換及びパケット交換データ通信の両方に対して使用される。パケット交換データ通信をより効果的に行うために、ＧＰＲＳ（一般パケット無線サービス：General Packet Radio Services）と呼ばれる新規のパケット交換データサービスがＧＳＭの一部として導入されている。ＧＰＲＳは、パケット交換通信に対し、例えば、ＩＰあるいは仮想回路交換通信を可能にしている。ＧＰＲＳは、常時接続プロトコル（例えば、ＩＰ）及び接続指向プロトコル（Ｘ．２５）の両方をサポートしている。パケット交換データ通信プロトコルの有利な点の１つは、単一の送信リソースを幾人かのユーザ間で共有できることである。つまり、例えば、ＧＳＭセルラー式システムの場合、無線周波数キャリヤ上の時間スロットは、データの送受信に対し、幾人かの移動体ユーザで利用できる。共有された送信リソースは、ダウンリンク及びアップリンク送信の両方に対し、セルラー式システム側のネットワークによって管理される。
【０００５】
ＧＰＲＳはＧＳＭサービスであり、ＧＳＭ基盤の一部が使用される。ＧＳＭ通信システムの一部は、欧州通信標準化機構（ＥＴＳＩ）の勧告ＥＴＳ３００ ５７４に記載され、これは、参照することで本明細書に組み込まれる。
【０００６】
セルラー式通信システムにパケットデータプロトコルを導入する利点は、高速データレート送信をサポートすると同時に、無線インタフェースを介する無線周波数大域幅の柔軟でかつ効果的な利用を達成する性能が得られる。ＧＰＲＳの概念は、いわゆる「マルチスロット処理」用に設計され、これは、単一のユーザが同時に１つ以上の送信リソースを占有することを可能にする。
【０００７】
ＧＰＲＳネットワークアーキテクチャの概要を図１に示す。外部ネットワーク１２２、１２４からの情報パケットは、ＧＰＲＳネットワークのＧＧＳＮ（ゲートウェイＧＰＲＳサービスノード：Gateway GPRS Service Node）１２０に入り込む。次に、この情報パケットは、基幹ネットワーク１１８を介してＧＧＳＮからＳＧＳＮ（サービングＧＰＲＳサポートノード：Serving GPRS Support Node）１１６へ転送され、このＳＧＳＮは、アドレス付けされたＧＰＲＳ移動体が存在するエリアへサービスを提供する。ＳＧＣＮからのパケットは、専用ＧＰＲＳ送信における目的のＢＳＳ（基地局システム：Base Station System）へ転送される。ＧＰＲＳレジスタ１１５は、すべてのＧＰＲＳ加入者データを保持している。ＧＰＲＳレジスタは、ＧＳＭシステムのＨＬＲ（ホームロケーションレジスタ：Home Location Register）１１４に統合されていても、統合されていなくてもよい。加入者データは、制約されたローミングのようなサービス相互作用を保証するために、ＳＧＣＮとＭＳＣ間でやり取りされても良い。
【０００８】
図２は、ＧＰＲＳシステムに対するパケット送信フローを示している。これは、１９９６年のＩＣＵＰＣの第２巻、５７２〜５７６ページにある、D. Turian等による「ＧＳＭのパケットデータチャネルに対するマルチスロットＭＡＣレイヤー処理に対する提案」に簡潔に記述されており、これは、参照することで本明細書に組み込まれる。
【０００９】
ネットワーク２１０から受信されるパケットは、１つ以上の論理リンク制御（ＬＬＣ）フレーム２１２にマッピングされ、この論理リンク制御フレームは、情報フィールド、フレームヘッダ（ＦＨ）及びフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）を含んでいる。ＬＬＣフレームは、複数の無線リンクデータブロック（ＲＬＣデータブロック）２１４にマッピングされ、複数の無線リンクデータブロックのそれぞれは、ブロックヘッダ（ＢＨ）、情報フィールド及びブロックチェックシーケンス（ＢＣＳ）を含み、ブロックチェックシーケンスは、情報フィールド中のエラーをチェックするために受信機で使用される。当業者に認識されるブロックとしては、空間インタフェースを介して再送信可能なパケットの最小単位である。更に、ＲＬＣブロックは、物理層無線ブロック上にマッピングされる。ＧＰＲＳシステムでは、１つの無線ブロックが１つのＧＳＭ物理チャネル上で連続して送信される４つのノーマルバースト上にマッピングされる。
【００１０】
ブロックヘッダは、アップリンク上で動的媒体アクセス方法をサポートするために、アップリングステートフラグ（ＵＳＦ）フィールドを含んでいる。ＵＳＦは、幾人かの移動体ユーザからの無線ブロックの多重を可能にする、即ち、アップリンク上の共有された送信リソースの動的割当を可能にするために、パケットデータチャネル内で使用される。ＵＳＦは、アップリンクトラフィックを多重するために使用される８つのＵＳＦ状態の符号化を可能にする３情報ビットを含んでいる。ＵＳＦは、ダウンリンク上で送信される、即ち、特定移動体ユーザに対しダウンリンクトラフィックでインターリーブされる各無線ブロックの先頭に含まれている。ＵＳＦはダウンリンク上の各無線ブロックで送信されるので、動的割当方法を使用し、ある送信リソースを共有するすべてのユーザは、ＵＳＦが任意の移動体に対するフリーアップリンク送信を示しているかどうかを判定するために常にダウンリンクチャネルを監視していなければならない。移動体ユーザがＵＳＦによって示される場合、アップリンク上の送信は次のアップリンク無線ブロックで可能である。この技術については、図３に示され、ここでは、ＵＳＦ＝Ｒ１は、移動体１（ＭＳ１）がアップリンク上で送信するための次の４つのバーストを使用できることを示している。このマルチスロット割当において、各ＴＤＭＡフレーム中の１つ以上の時間スロットが移動体に割り当てられる場合、１つ以上のＲＬＣブロックが４つのＴＤＭＡフレーム中で送信できるが、各単一のＲＬＣブロックは、１つの物理チャネル、即ち、時間スロット上で４つのバーストを介して常にインターリーブされる。図３に従えば、ＵＳＦ＝Ｒ２である場合、これは、移動体２（ＭＳ２）がアップリンク上で送信するための次の４つのバーストを使用できることを示している。値「Ｆ」は、アップリンク送信を初期化するために移動体ユーザによって使用されるパケットランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）を示している。
【００１１】
上述のプロトコルに付随する問題点は、セルラー式システムの能力及び十分にない無線リソースの効果的な使用を向上させる適応アンテナアレーの使用を考慮する場合に明らかになる。アンテナアレーの使用は、より効果的な無線信号の送受信を可能にする、これは、送信エネルギーが受信器のアンテナローブに直接入力されるからである。これは、セルラー式システムの全体干渉レベルを著しく制限し、送信される出力電力は削減され、かつ、ある方向、例えば、基地局送信機からの方向へと制限される。
【００１２】
適応アンテナが効果的に利用される次期セルラー式システムの能力を向上することはかなり重要である。しかしながら、例えば、特定移動体ユーザへのダウンリンクトラフィックが、他のユーザに対して向けられるダウンリンク制御シグナリングとして同一のバーストでインタリーブされる場合、適応アンテナの実行によって達成されるパフォーマンスゲインには限界がある。一例としては、特定ユーザへのダウンリンク送信に含まれる上述のＵＳＦフラグがある。異なる移動体が、地理的に離れている場合は、１つあるいはいくつかの方向への送信信号エネルギーを集約することはできない。同様に、１人以上の移動体ユーザへの送信に対する効果的な電力制御アルゴリズムを取得することは難しい。
【００１３】
上述のプロトコルに関する別の問題点は、ダウンリンク上のある無線ブロックに対する新規の変調を導入することは（非）実現的なことである。即ち、ＧＳＭにおける最新の動向は、良好な無線状態でユーザに対し新規のより高いレベル変調の使用を示唆しており、これは、ユーザデータレート及び通常時のシステムスループットを向上できる。ダウンリンク上で現存する及び新規の変調を使用する、つまり、トランキングゲインを取得する無線ブロックを自在に多重することができる効果がある。従来のプロトコルでは、あるＧＰＲＳ移動体局が現存する変調を使用する無線ブロックへ到来しなければならないＵＳＦを監視している状況では実現できない。
【００１４】
この問題点を解決するための１つの可能性としては、固定割当媒体アクセス方法を使用することであり、この方法は、初期セットアップシグナリングで、ユーザがアップリンク上で送信可能な場合を特定する。それにもかかわらず、例えば、送信リソースの割当の柔軟性を向上するために、アップリンク内での動的多重を有するという効果がある。
要約
本発明の目的は、アップリンク送信リソースの多重により柔軟性を持たせることによって動的リソース割当方法を採用するパケットデータ通信システムの効率を向上することである。物理チャネル上の任意数の連続無線ブロックを送信するために移動体がスケジュールされることを示すダウンリンク内のＵＳＦを使用することによって、移動体は次のいくつかの数のダウンリンクブロック中でＵＳＦを監視する必要がなくなり、その数は、その特定移動局へ与えられるチャネル割当メッセージの指示に基づいている。
【００１５】
ＵＳＦの応答がアップリンク割当を使用する移動局へ何を指示するかの判定は、送信リソース、即ち、物理チャネルが割当られる場合の初期シグナリングで特定される。ＴＤＭＡシステムでは、物理チャネルは時間スロットであっても良い。マルチスロットシステムでは、いくつかの時間スロットが割当られるが、割当られた時間スロットそれぞれに対しては異なるＵＳＦ値が割当られ、これらは、アップリンク内の同数の連続無線ブロック送信を示すあるいは示さない。また、ＵＳＦのある存在は、個々のチャネル割当に依存して、異なるユーザへの異なる数のアップリンク無線ブロック送信を示している。物理チャネル上のアップリンク送信に対し任意数の連続無線ブロックの送信のスケジューリングによって、最新のアップリンク無線ブロックがスケジュールされる前は、その送信中にはＵＳＦを監視することは移動体ユーザには必要とされない。その結果、ダウンリンク内の送信は、例えば、適応アンテナ及び電力制御アルゴリズムによって、より効果的に実行され、かつ全干渉が削減される。
実施形態の詳細な説明
本発明は、ダウンリンク上のＵＳＦ送信によって移動体ユーザを多重するために動的リソース割当方法が提供されるＧＰＲＳシステムに関して説明する。送信リソースを共有する移動体ユーザは、アップリンク送信が可能である時を判定するためにダウンリンク上でのＵＳＦ送信を監視する。
【００１６】
従来システムに従えば、アップリンク動的割当方法は、１つの無線ブロックのＵＳＦ微小体（granularity）に基づいており、即ち、ダウンリンク無線ブロック上で存在する単一のＵＳＦは、１つのブロックだけに対しアップリンク予約を確定する。これは、図４に示され、ここでは、各ダウンリンク無線ブロックは、次のアップリンクブロックを移動体ユーザに割り当てるＵＳＦを含んでいる。
【００１７】
本発明は、１つからいくつかの連続ブロックへの単一チャネル割当単位で、ＵＳＦ微小体を変更でき、これは、単一で存在する割当られたＵＳＦがアップリンク送信に対するいくつかの連続無線ブロック割当として移動局によって解釈されることを意味している。この技術は、動的割当方法の柔軟性をわずかに低下させるが、他の用途に対する利点を有している。
【００１８】
アップリンク上の複数のブロックの予約はいつでも開始できるので、シーケンス内の最初のブロック内の特定のＵＳＦだけをブロードキャストするには都合がよく、一方で、残りの無線ブロックでは、アップリンク内での他のユーザによる送信を抑止するために、未使用のＵＳＦ値が送信される。いくつかの連続無線ブロックに対する割当指示をより早く受信する移動体は、未使用のＵＳＦを受信中に、アップリンク割当によって定義される期間に対してはこれを無視する。未使用のＵＳＦ値は、他の目的に対し、例えば、ある制御情報の送信中である場合にアップリンク上でのＭＳによる送信を維持する方法を持つことに対しても、パケットデータチャネル上で利用可能でなければならない。
【００１９】
割当によって、例えば、ＵＳＦの存在による１つのアップリンク時間スロット上の４つの連続無線ブロックの割当によって、ダウンリンク上で他の３つの無線ブロックがより自由に使用することができる。これは、適応アンテナアレイを使用することによってかなり単純化され、ここでは、ダウンリンク内の４つの無線ブロックの内の少なくとも３つは、ダウンリンク無線ブロックを現在受信している移動局（ＭＳ）に向けられているローブ内に送信される。この割当の例は、図５に示される。図５では、ＵＳＦは、４つの連続無線ブロックが移動体１に割当られていることを示している。この割当は、第１無線ブロック内だけで示され、次の及びそれに続く３つの無線ブロックはアップリンク送信に対し利用可能であることが示されている。移動体１への割当を示す無線ブロックに続く３つの連続ダウンリンクブロックは、これを受信するＭＳがアップリンク上で送信されるべきでないことを示す未使用ＵＳＦ（Ｕｎ）を含んでいる。この時間の間は、ダウンリンク送信は、アップリンクス送信多重用途に対する移動体１へ到達する必要はなく、代わりに、アンテナアレー送信ローブによって、ダウンリンク内で受信する移動体へ送信されてもよい。これは、もちろん、時には、アップリンク上で送信するためにスケージュールされた移動体と同じように扱われてもよい。
【００２０】
図５に示される連続無線ブロックの数は、単なる例示として提供されていることを当業者は認識するであろう。事実、アップリンク上で任意数の連続無線ブロックをスケージュールすることができる。ＵＳＦの意味は、初期シグナリング及び移動体ユーザへの物理チャネル割当で定義される。本発明の別の実施形態では、例えば、あるセル内の全移動体に対しＵＳＦの意味が同じであり、移動体ユーザが送信できるいくつかのブロックをブロードキャストすることもできる。また、送信対象の連続無線ブロックの数を特定するためにＵＳＦ自身が使用されることも可能である。このような状況では、ＵＳＦは、移動体ユーザへいくつかの最適なブロックを搬送するために、付加情報符号が必要である。
【００２１】
図６は３つの移動体によって１つの物理チャネルが共有される本発明に従うトラフィック状況の例を示している。本発明は固有に理解される必要はないので、制御シグナリングは図から除外していることに注意されるべきである。
【００２２】
図６のＴＤＭＡフレームスキーム内で示されるように、移動体１は、割当られた物理キャリヤ、例えば、４つの連続無線ブロック期間に対しアップリンク内の送信が可能であることを示す時間スロット上でＵＳＦ（Ｒ１）を受信する。ＧＰＲＳでは、これは、１６ＴＤＭＡフレームに対応する。移動体１を示すＵＳＦは、移動体３へのダウンリンク送信内に含まれる。このダウンリンク無線ブロックは、同一の物理チャネルを共有するすべての移動体へブロードキャストされる。また、移動体２は、アップリンク送信に対してリソースが割当られないことを移動体２へ示すダウンリンク送信及びＵＳＦを受信することができる。次の無線ブロック、ＴＤＭＡフレーム８−１１では、移動体１からのアップリンク送信が発生し、一方で、移動体３へのダウンリンク送信が継続される。このダウンリンク無線ブロックでは、移動体３への送信だけを可能にし、これは、移動体１が４つの連続ブロックがアップリンク内に割当られていることを既に知っているからである。次に、未使用のＵＳＦ（Ｕｎ）は、アップリンク内の他の移動体からの送信を抑止するためにダウンリンク内でインタリーブされる。スケジュールされた最新のアップリンク無線ブロック、ＴＤＭＡフレーム１９−２２の間では、ダウンリンク送信は、移動体２を確認するためにすべてのユーザに対し再度ブロードキャストされなければならず、これは、ＵＳＦ（Ｒ２）内で示され、かつ、他のユーザは、別のいくつかの連続ブロックのアップリンク割当を受信する。そして、上述の過程が再度行われる。
【００２３】
移動体ユーザは、付加物理チャネル、例えば、同一あるいは異なる周波数上で割当られた時間スロットを有することができ、同様に、同一である必要はないが、ＵＳＦ指示を適用することに注意されたい。任意数の連続無線ブロックはＵＳＦによって示されても良く、その数は、初期シグナリングにおける移動体ユーザ単位で定義される。
【００２４】
図６では、２つのアンテナ方向あるいはローブ６１０及び６２０が示されている。これらのローブは、未使用のＵＳＦを含むダウンリンク送信がダウンリンク内のデータを受信する移動体だけ、即ち、上述の例では、移動体３だけに向けられる。これは、適応アンテナアレーが実行されるシステムで実現可能である。ある角度間隔で送信信号エネルギーを制限することによって、おそらく、１つ（あるいはいくつかの）移動体だけに関する電力制御、著しい干渉レベルの減少が達成される。
【００２５】
本発明はＧＰＲＳシステムに関して説明しているが、アップリンク送信多重に対する類似の変形が、同様にして他のパケットデータシステムで実行されても良く、上述した効果と同様の効果が達成されることが当業者には理解されるであろう。従って、本発明は、上述の実施形態に限定されるものと考慮されるべきではなく、実施形態のすべての等価例を含むように意図されている添付の請求項で定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＧＰＲＳネットワークアーキテクチャを示す図である。
【図２】 パケットデータ通信システム例におけるパケット送信フロー及び情報マッピングを示す図である。
【図３】 アップリンク送信多重を示すＵＳＦフラグを示す図である。
【図４】 あるアップリンク無線ブロックの送信を示すＵＳＦによって実行されるアップリンク送信多重を示す図である。
【図５】 １つ以上のアップリンク無線ブロックの送信を示すＵＳＦによって実行されるアップリンク送信多重を示す図である。
【図６Ａ】 本発明に従うパケットデータ通信システムにおけるトラフィック状況例を示す図である。
【図６Ｂ】 本発明に従うパケットデータ通信システムにおけるトラフィック状況例を示す図である。
背景
本発明は、一般的なパケットデータ通信システムに関するものであり、特に、動的送信リソース割当に対する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
商用通信システムの成長、特に、セルラー式無線電話システムの爆発的な成長は、消費者許容値以上の通信品質を落とさないでシステム能力を向上させる方法を見つけ出すことをシステム設計者に強要している。同時に、音声よりもむしろデータ送信用として移動体通信機器を使用することは、消費者の間でますます一般的になってきている。電信メールの送受信、ワールドワイドウェブへのアクセスを行うためのウェブブラウザの使用の可能性については、無線通信システムでますます使用されることになるであろうサービスとして頻繁に議論されている。これに対する回答として、通信システム設計者は、移動体ユーザへ及びからのデータ情報を効果的に転送する方法を模索している。
【０００３】
データ通信に対する条件と、例えば、音声通信に対する条件の間には基本的な違いがある。例えば、遅延条件は、リアルタイムサービスとなる音声に対してはより高く、エラー条件はデータ通信に対してはより高い、一方で、遅延制約条件は低い。回路交換プロトコル以外のデータ送信用により適しているパケットデータプロトコルの使用においては、セルラー式通信システムにおいてその使用方法を見つけることを始めている。ＧＳＭセルラー式システムとＤＡＭＰＳセルラー式システムの両方でのパケットサービスの統合が、現在、標準化されている。
【０００４】
今日、ＧＳＭシステムは、外部データネットワークと内部接続するために使用することができる回線交換データサービスを提供する。この回線交換データサービスは、回線交換及びパケット交換データ通信の両方に対して使用される。パケット交換データ通信をより効果的に行うために、ＧＰＲＳ（一般パケット無線サービス：General Packet Radio Services）と呼ばれる新規のパケット交換データサービスがＧＳＭの一部として導入されている。ＧＰＲＳは、パケット交換通信に対し、例えば、ＩＰあるいは仮想回路交換通信を可能にしている。ＧＰＲＳは、常時接続プロトコル（例えば、ＩＰ）及び接続指向プロトコル（Ｘ．２５）の両方をサポートしている。パケット交換データ通信プロトコルの有利な点の１つは、単一の送信リソースを幾人かのユーザ間で共有できることである。つまり、例えば、ＧＳＭセルラー式システムの場合、無線周波数キャリヤ上の時間スロットは、データの送受信に対し、幾人かの移動体ユーザで利用できる。共有された送信リソースは、ダウンリンク及びアップリンク送信の両方に対し、セルラー式システム側のネットワークによって管理される。
【０００５】
ＧＰＲＳはＧＳＭサービスであり、ＧＳＭ基盤の一部が使用される。ＧＳＭ通信システムの一部は、欧州通信標準化機構（ＥＴＳＩ）の勧告ＥＴＳ３００ ５７４に記載され、これは、参照することで本明細書に組み込まれる。
【０００６】
セルラー式通信システムにパケットデータプロトコルを導入する利点は、高速データレート送信をサポートすると同時に、無線インタフェースを介する無線周波数大域幅の柔軟でかつ効果的な利用を達成する性能が得られる。ＧＰＲＳの概念は、いわゆる「マルチスロット処理」用に設計され、これは、単一のユーザが同時に１つ以上の送信リソースを占有することを可能にする。
【０００７】
ＧＰＲＳネットワークアーキテクチャの概要を図１に示す。外部ネットワーク１２２、１２４からの情報パケットは、ＧＰＲＳネットワークのＧＧＳＮ（ゲートウェイＧＰＲＳサービスノード：Gateway GPRS Service Node）１２０に入り込む。次に、この情報パケットは、基幹ネットワーク１１８を介してＧＧＳＮからＳＧＳＮ（サービングＧＰＲＳサポートノード：Serving GPRS Support Node）１１６へ転送され、このＳＧＳＮは、アドレス付けされたＧＰＲＳ移動体が存在するエリアへサービスを提供する。ＳＧＣＮからのパケットは、専用ＧＰＲＳ送信における目的のＢＳＳ（基地局システム：Base Station System）へ転送される。ＧＰＲＳレジスタ１１５は、すべてのＧＰＲＳ加入者データを保持している。ＧＰＲＳレジスタは、ＧＳＭシステムのＨＬＲ（ホームロケーションレジスタ：Home Location Register）１１４に統合されていても、統合されていなくてもよい。加入者データは、制約されたローミングのようなサービス相互作用を保証するために、ＳＧＣＮとＭＳＣ間でやり取りされても良い。
【０００８】
図２は、ＧＰＲＳシステムに対するパケット送信フローを示している。これは、１９９６年のＩＣＵＰＣの第２巻、５７２〜５７６ページにある、D. Turian等による「ＧＳＭのパケットデータチャネルに対するマルチスロットＭＡＣレイヤー処理に対する提案」に簡潔に記述されており、これは、参照することで本明細書に組み込まれる。
【０００９】
ネットワーク２１０から受信されるパケットは、１つ以上の論理リンク制御（ＬＬＣ）フレーム２１２にマッピングされ、この論理リンク制御フレームは、情報フィールド、フレームヘッダ（ＦＨ）及びフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）を含んでいる。ＬＬＣフレームは、複数の無線リンクデータブロック（ＲＬＣデータブロック）２１４にマッピングされ、複数の無線リンクデータブロックのそれぞれは、ブロックヘッダ（ＢＨ）、情報フィールド及びブロックチェックシーケンス（ＢＣＳ）を含み、ブロックチェックシーケンスは、情報フィールド中のエラーをチェックするために受信機で使用される。当業者に認識されるブロックとしては、空間インタフェースを介して再送信可能なパケットの最小単位である。更に、ＲＬＣブロックは、物理層無線ブロック上にマッピングされる。ＧＰＲＳシステムでは、１つの無線ブロックが１つのＧＳＭ物理チャネル上で連続して送信される４つのノーマルバースト上にマッピングされる。
【００１０】
ブロックヘッダは、アップリンク上で動的媒体アクセス方法をサポートするために、アップリングステートフラグ（ＵＳＦ）フィールドを含んでいる。ＵＳＦは、幾人かの移動体ユーザからの無線ブロックの多重を可能にする、即ち、アップリンク上の共有された送信リソースの動的割当を可能にするために、パケットデータチャネル内で使用される。ＵＳＦは、アップリンクトラフィックを多重するために使用される８つのＵＳＦ状態の符号化を可能にする３情報ビットを含んでいる。ＵＳＦは、ダウンリンク上で送信される、即ち、特定移動体ユーザに対しダウンリンクトラフィックでインターリーブされる各無線ブロックの先頭に含まれている。ＵＳＦはダウンリンク上の各無線ブロックで送信されるので、動的割当方法を使用し、ある送信リソースを共有するすべてのユーザは、ＵＳＦが任意の移動体に対するフリーアップリンク送信を示しているかどうかを判定するために常にダウンリンクチャネルを監視していなければならない。移動体ユーザがＵＳＦによって示される場合、アップリンク上の送信は次のアップリンク無線ブロックで可能である。この技術については、図３に示され、ここでは、ＵＳＦ＝Ｒ１は、移動体１（ＭＳ１）がアップリンク上で送信するための次の４つのバーストを使用できることを示している。このマルチスロット割当において、各ＴＤＭＡフレーム中の１つ以上の時間スロットが移動体に割り当てられる場合、１つ以上のＲＬＣブロックが４つのＴＤＭＡフレーム中で送信できるが、各単一のＲＬＣブロックは、１つの物理チャネル、即ち、時間スロット上で４つのバーストを介して常にインターリーブされる。図３に従えば、ＵＳＦ＝Ｒ２である場合、これは、移動体２（ＭＳ２）がアップリンク上で送信するための次の４つのバーストを使用できることを示している。値「Ｆ」は、アップリンク送信を初期化するために移動体ユーザによって使用されるパケットランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）を示している。
【００１１】
上述のプロトコルに付随する問題点は、セルラー式システムの能力及び十分にない無線リソースの効果的な使用を向上させる適応アンテナアレーの使用を考慮する場合に明らかになる。アンテナアレーの使用は、より効果的な無線信号の送受信を可能にする、これは、送信エネルギーが受信器のアンテナローブに直接入力されるからである。これは、セルラー式システムの全体干渉レベルを著しく制限し、送信される出力電力は削減され、かつ、ある方向、例えば、基地局送信機からの方向へと制限される。
【００１２】
適応アンテナが効果的に利用される次期セルラー式システムの能力を向上することはかなり重要である。しかしながら、例えば、特定移動体ユーザへのダウンリンクトラフィックが、他のユーザに対して向けられるダウンリンク制御シグナリングとして同一のバーストでインタリーブされる場合、適応アンテナの実行によって達成されるパフォーマンスゲインには限界がある。一例としては、特定ユーザへのダウンリンク送信に含まれる上述のＵＳＦフラグがある。異なる移動体が、地理的に離れている場合は、１つあるいはいくつかの方向への送信信号エネルギーを集約することはできない。同様に、１人以上の移動体ユーザへの送信に対する効果的な電力制御アルゴリズムを取得することは難しい。
【００１３】
上述のプロトコルに関する別の問題点は、ダウンリンク上のある無線ブロックに対する新規の変調を導入することは（非）実現的なことである。即ち、ＧＳＭにおける最新の動向は、良好な無線状態でユーザに対し新規のより高いレベル変調の使用を示唆しており、これは、ユーザデータレート及び通常時のシステムスループットを向上できる。ダウンリンク上で現存する及び新規の変調を使用する、つまり、トランキングゲインを取得する無線ブロックを自在に多重することができる効果がある。従来のプロトコルでは、あるＧＰＲＳ移動体局が現存する変調を使用する無線ブロックへ到来しなければならないＵＳＦを監視している状況では実現できない。
【００１４】
この問題点を解決するための１つの可能性としては、固定割当媒体アクセス方法を使用することであり、この方法は、初期セットアップシグナリングで、ユーザがアップリンク上で送信可能な場合を特定する。それにもかかわらず、例えば、送信リソースの割当の柔軟性を向上するために、アップリンク内での動的多重を有するという効果がある。
要約
本発明の目的は、アップリンク送信リソースの多重により柔軟性を持たせることによって動的リソース割当方法を採用するパケットデータ通信システムの効率を向上することである。物理チャネル上の任意数の連続無線ブロックを送信するために移動体がスケジュールされることを示すダウンリンク内のＵＳＦを使用することによって、移動体は次のいくつかの数のダウンリンクブロック中でＵＳＦを監視する必要がなくなり、その数は、その特定移動局へ与えられるチャネル割当メッセージの指示に基づいている。
【００１５】
ＵＳＦの応答がアップリンク割当を使用する移動局へ何を指示するかの判定は、送信リソース、即ち、物理チャネルが割当られる場合の初期シグナリングで特定される。ＴＤＭＡシステムでは、物理チャネルは時間スロットであっても良い。マルチスロットシステムでは、いくつかの時間スロットが割当られるが、割当られた時間スロットそれぞれに対しては異なるＵＳＦ値が割当られ、これらは、アップリンク内の同数の連続無線ブロック送信を示すあるいは示さない。また、ＵＳＦのある存在は、個々のチャネル割当に依存して、異なるユーザへの異なる数のアップリンク無線ブロック送信を示している。物理チャネル上のアップリンク送信に対し任意数の連続無線ブロックの送信のスケジューリングによって、最新のアップリンク無線ブロックがスケジュールされる前は、その送信中にはＵＳＦを監視することは移動体ユーザには必要とされない。その結果、ダウンリンク内の送信は、例えば、適応アンテナ及び電力制御アルゴリズムによって、より効果的に実行され、かつ全干渉が削減される。
実施形態の詳細な説明
本発明は、ダウンリンク上のＵＳＦ送信によって移動体ユーザを多重するために動的リソース割当方法が提供されるＧＰＲＳシステムに関して説明する。送信リソースを共有する移動体ユーザは、アップリンク送信が可能である時を判定するためにダウンリンク上でのＵＳＦ送信を監視する。
【００１６】
従来システムに従えば、アップリンク動的割当方法は、１つの無線ブロックのＵＳＦ微小体（granularity）に基づいており、即ち、ダウンリンク無線ブロック上で存在する単一のＵＳＦは、１つのブロックだけに対しアップリンク予約を確定する。これは、図４に示され、ここでは、各ダウンリンク無線ブロックは、次のアップリンクブロックを移動体ユーザに割り当てるＵＳＦを含んでいる。
【００１７】
本発明は、１つからいくつかの連続ブロックへの単一チャネル割当単位で、ＵＳＦ微小体を変更でき、これは、単一で存在する割当られたＵＳＦがアップリンク送信に対するいくつかの連続無線ブロック割当として移動局によって解釈されることを意味している。この技術は、動的割当方法の柔軟性をわずかに低下させるが、他の用途に対する利点を有している。
【００１８】
アップリンク上の複数のブロックの予約はいつでも開始できるので、シーケンス内の最初のブロック内の特定のＵＳＦだけをブロードキャストするには都合がよく、一方で、残りの無線ブロックでは、アップリンク内での他のユーザによる送信を抑止するために、未使用のＵＳＦ値が送信される。いくつかの連続無線ブロックに対する割当指示をより早く受信する移動体は、未使用のＵＳＦを受信中に、アップリンク割当によって定義される期間に対してはこれを無視する。未使用のＵＳＦ値は、他の目的に対し、例えば、ある制御情報の送信中である場合にアップリンク上でのＭＳによる送信を維持する方法を持つことに対しても、パケットデータチャネル上で利用可能でなければならない。
【００１９】
割当によって、例えば、ＵＳＦの存在による１つのアップリンク時間スロット上の４つの連続無線ブロックの割当によって、ダウンリンク上で他の３つの無線ブロックがより自由に使用することができる。これは、適応アンテナアレイを使用することによってかなり単純化され、ここでは、ダウンリンク内の４つの無線ブロックの内の少なくとも３つは、ダウンリンク無線ブロックを現在受信している移動局（ＭＳ）に向けられているローブ内に送信される。この割当の例は、図５に示される。図５では、ＵＳＦは、４つの連続無線ブロックが移動体１に割当られていることを示している。この割当は、第１無線ブロック内だけで示され、次の及びそれに続く３つの無線ブロックはアップリンク送信に対し利用可能であることが示されている。移動体１への割当を示す無線ブロックに続く３つの連続ダウンリンクブロックは、これを受信するＭＳがアップリンク上で送信されるべきでないことを示す未使用ＵＳＦ（Ｕｎ）を含んでいる。この時間の間は、ダウンリンク送信は、アップリンクス送信多重用途に対する移動体１へ到達する必要はなく、代わりに、アンテナアレー送信ローブによって、ダウンリンク内で受信する移動体へ送信されてもよい。これは、もちろん、時には、アップリンク上で送信するためにスケージュールされた移動体と同じように扱われてもよい。
【００２０】
図５に示される連続無線ブロックの数は、単なる例示として提供されていることを当業者は認識するであろう。事実、アップリンク上で任意数の連続無線ブロックをスケージュールすることができる。ＵＳＦの意味は、初期シグナリング及び移動体ユーザへの物理チャネル割当で定義される。本発明の別の実施形態では、例えば、あるセル内の全移動体に対しＵＳＦの意味が同じであり、移動体ユーザが送信できるいくつかのブロックをブロードキャストすることもできる。また、送信対象の連続無線ブロックの数を特定するためにＵＳＦ自身が使用されることも可能である。このような状況では、ＵＳＦは、移動体ユーザへいくつかの最適なブロックを搬送するために、付加情報符号が必要である。
【００２１】
図６は３つの移動体によって１つの物理チャネルが共有される本発明に従うトラフィック状況の例を示している。本発明は固有に理解される必要はないので、制御シグナリングは図から除外していることに注意されるべきである。
【００２２】
図６のＴＤＭＡフレームスキーム内で示されるように、移動体１は、割当られた物理キャリヤ、例えば、４つの連続無線ブロック期間に対しアップリンク内の送信が可能であることを示す時間スロット上でＵＳＦ（Ｒ１）を受信する。ＧＰＲＳでは、これは、１６ＴＤＭＡフレームに対応する。移動体１を示すＵＳＦは、移動体３へのダウンリンク送信内に含まれる。このダウンリンク無線ブロックは、同一の物理チャネルを共有するすべての移動体へブロードキャストされる。また、移動体２は、アップリンク送信に対してリソースが割当られないことを移動体２へ示すダウンリンク送信及びＵＳＦを受信することができる。次の無線ブロック、ＴＤＭＡフレーム８−１１では、移動体１からのアップリンク送信が発生し、一方で、移動体３へのダウンリンク送信が継続される。このダウンリンク無線ブロックでは、移動体３への送信だけを可能にし、これは、移動体１が４つの連続ブロックがアップリンク内に割当られていることを既に知っているからである。次に、未使用のＵＳＦ（Ｕｎ）は、アップリンク内の他の移動体からの送信を抑止するためにダウンリンク内でインタリーブされる。スケジュールされた最新のアップリンク無線ブロック、ＴＤＭＡフレーム１９−２２の間では、ダウンリンク送信は、移動体２を確認するためにすべてのユーザに対し再度ブロードキャストされなければならず、これは、ＵＳＦ（Ｒ２）内で示され、かつ、他のユーザは、別のいくつかの連続ブロックのアップリンク割当を受信する。そして、上述の過程が再度行われる。
【００２３】
移動体ユーザは、付加物理チャネル、例えば、同一あるいは異なる周波数上で割当られた時間スロットを有することができ、同様に、同一である必要はないが、ＵＳＦ指示を適用することに注意されたい。任意数の連続無線ブロックはＵＳＦによって示されても良く、その数は、初期シグナリングにおける移動体ユーザ単位で定義される。
【００２４】
図６では、２つのアンテナ方向あるいはローブ６１０及び６２０が示されている。これらのローブは、未使用のＵＳＦを含むダウンリンク送信がダウンリンク内のデータを受信する移動体だけ、即ち、上述の例では、移動体３だけに向けられる。これは、適応アンテナアレーが実行されるシステムで実現可能である。ある角度間隔で送信信号エネルギーを制限することによって、おそらく、１つ（あるいはいくつかの）移動体だけに関する電力制御、著しい干渉レベルの減少が達成される。
【００２５】
本発明はＧＰＲＳシステムに関して説明しているが、アップリンク送信多重に対する類似の変形が、同様にして他のパケットデータシステムで実行されても良く、上述した効果と同様の効果が達成されることが当業者には理解されるであろう。従って、本発明は、上述の実施形態に限定されるものと考慮されるべきではなく、実施形態のすべての等価例を含むように意図されている添付の請求項で定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＧＰＲＳネットワークアーキテクチャを示す図である。
【図２】 パケットデータ通信システム例におけるパケット送信フロー及び情報マッピングを示す図である。
【図３】 アップリンク送信多重を示すＵＳＦフラグを示す図である。
【図４】 あるアップリンク無線ブロックの送信を示すＵＳＦによって実行されるアップリンク送信多重を示す図である。
【図５】 １つ以上のアップリンク無線ブロックの送信を示すＵＳＦによって実行されるアップリンク送信多重を示す図である。
【図６Ａ】 本発明に従うパケットデータ通信システムにおけるトラフィック状況例を示す図である。
【図６Ｂ】 本発明に従うパケットデータ通信システムにおけるトラフィック状況例を示す図である。
Claims (29)
- アップリンク及びダウンリンク送信が無線ブロックに分割され、時間帯に基づいて、いくつかの移動局が物理チャネルを共有しているパケット交換通信システム内で情報を送信する方法であって、
アップリンクステートフラグの受信において連続的に送信できる任意数の無線ブロックを移動局に通知する工程と、
前記任意数の無線ブロックのアップリンク送信を開始するために、ダウンリンク送信で前記アップリンクステートフラグを前記移動局へ送信する工程と、
前記移動局によって、前記物理チャネルにおける前記アップリンク送信で前記任意数の無線ブロックを連続的に送信する工程と
を備えることを特徴とする方法。 - 更に、前記任意数が１より大きい場合の前記任意数の無線ブロックの前記連続的な送信中に、他の移動局が前記物理チャネルのアップリンク上での送信が抑止されることを示すための少なくとも１つの未使用アップリンクステートフラグを送信する工程と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記通知する工程は、前記移動局へ前記任意数の無線ブロックの値をブロードキャストする工程を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記通知する工程は、移動局と前記システム間に物理チャネルが割当られる場合に、前記任意数の無線ブロックの値を特定する工程を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記移動局と基地局間の無線接続のセットアップ中に、ダウンリンク送信で指示を前記移動局へ送信する工程を更に備え、
前記指示は、前記移動局が、自身宛の前記アップリンクステートフラグの受信において前記物理チャネル上で連続的に送信できる任意数の無線ブロックを示している
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記通信システムは、無線パケット通信システムである
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記通信システムは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムである
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記移動局と基地局間の無線接続のセットアップ中に、ダウンリンク送信でアップリンクステートフラグを前記移動局へ送信する工程を更に備え、
前記アップリンクステートフラグは、移動局が前記物理チャネル上で連続的に送信できる任意数の無線ブロックを示している
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 更に、前記任意数が１より大きい場合の前記任意数の無線ブロックの送信中に、前記物理チャネルのアップリンク上での送信が許可されていないことを示すための少なくとも１つの未使用アップリンクステートフラグを送信する工程と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記通信システムは、無線パケット通信システムである
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記通信システムは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムである
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記基地局は、適応アンテナアレーを有する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 複数のアンテナローブの第１セットで、アップリンクステートフラグを含む無線ブロックをブロードキャストする工程と、
前記移動局向けの前記複数のアンテナローブの第２セットで、無線ブロックを送信する工程と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記アップリンクステートフラグは、前記移動局が前記アップリンク上で所定数の連続無線ブロックを送信できることを識別する
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - アップリンク及びダウンリンク送信が無線ブロックに分割され、時間帯に基づいて、いくつかの移動局が物理チャネルを共有しているパケット交換通信システム内で情報を送信するシステムであって、
アップリンクステートフラグの受信において連続的に送信できる任意数の無線ブロックを移動局に通知する手段と、
前記任意数の無線ブロックのアップリンク送信を開始するために、ダウンリンク送信で前記アップリンクステートフラグを前記移動局へ送信する手段と、
前記移動局によって、前記物理チャネルにおける前記アップリンク送信で前記任意数の無線ブロックを連続的に送信する手段と
を備えることを特徴とするシステム。 - 更に、前記任意数が１より大きい場合の前記任意数の無線ブロックの前記連続的な送信中に、他の移動局が前記物理チャネルのアップリンク上での送信が抑止されることを示す少なくとも１つの未使用アップリンクステートフラグを送信する手段と
を備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。 - 前記通知する手段は、前記移動局へ前記任意数の無線ブロックの値をブロードキャストする手段を備える
ことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。 - 前記通知する手段は、移動局と前記システム間に物理チャネルが割当られる場合に前記任意数の無線ブロックの値を特定する手段を備える
ことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。 - 前記移動局と基地局間の無線接続のセットアップ中に、ダウンリンク送信でアップリンクステートフラグを前記移動局へ送信する手段を更に備え、
前記アップリンクステートフラグは、前記移動局が前記物理チャネル上で連続的に送信できる任意数の無線ブロックを示している
ことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。 - 更に、前記任意数が１より大きい場合の前記任意数の無線ブロックの送信中に、他の移動局が前記物理チャネルのアップリンク上での送信が抑止されることを示す少なくとも１つの未使用アップリンクステートフラグを送信する手段を備える
ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。 - 前記通信システムは、無線パケット通信システムである
ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。 - 前記通信システムは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムである
ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。 - 前記基地局は、適応アンテナアレーを有する
ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。 - アップリンク及びダウンリンク送信が無線ブロックに分割され、時間帯に基づいて、いくつかの移動局間で物理チャネルが共有されているパケット交換通信システム内で情報を送受信する基地局であって、
複数のアンテナローブの少なくとも１つで前記無線ブロックを送信するアレーアンテナと、
前記複数のアンテナローブの第１セットで、第１移動局向けのアップリンクステートフラグを含む１つ以上の無線ブロックを前記物理チャネル上でブロードキャストし、前記複数のアンテナローブの第２セットで、未使用アップリンクステートフラグを含む、該第２移動局用に意図されている１つ以上の無線ブロックを前記物理チャネル上で送信する手段と
を備えることを特徴とする基地局。 - 前記アップリンクステートフラグは、移動局が前記物理チャネルの前記アップリンク上で所定数の連続無線ブロックを送信できることを識別する
ことを特徴とする請求項２４に記載の基地局。 - アップリンク及びダウンリンク送信が無線ブロックに分割され、いくつかの移動局間で物理チャネルが共有されているパケット交換通信システム内で情報を送受信する移動局であって、
前記移動局に対する前記物理チャネル上での送信の許可を示すアップリンクステートフラグを受信する手段と、
任意数の無線ブロックの指示を受信する手段と、
前記許可を示す前記アップリンクステートフラグの受信に応じて、前記物理チャネル上で、前記任意数の無線ブロックを前記物理チャネル上で送信する手段と
を備えることを特徴とする移動局。 - 前記任意数を含むチャネル割当メッセージを解釈して、該任意数を特定するための手段を更に備える
ことを特徴とする請求項２６に記載の移動局。 - 前記任意数を含むブロードキャストメッセージを解釈して、該任意数を特定するための手段を更に備える
ことを特徴とする請求項２６に記載の移動局。 - 前記任意数を含むアップリンクステートフラグを解釈して、該任意数を特定するための手段を更に備える
ことを特徴とする請求項２６に記載の移動局。
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