(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット無線サービスネットワークにおいて基地局と交信する移動端末であって、
（ａ）該移動端末と該基地局との間の交信用に複数のチャネルのうちの１個のチャネルを定め、音声をディジタル的に符号化して音声情報を生成し、音声情報を音声パケットに組み立て、そして音声パケットを送信するチャネルの割り当て要求を生成するプロセッサと、
（ｂ）該ネットワーク内の基地局に該要求及び該パケットを送信する無線送信機と、
（ｃ）該基地局によって割り当てられた、該移動端末が送信すべきチャネル識別子を受信する無線受信機とからなり、
該プロセッサは、受信されたチャネル割り当ての各々に応働して、該パケットが該割り当てられたチャネル上で送信されるかどうかを判断し、
送信要求が許可されないときには、次の要求が許可されるまで音声情報を廃棄するよう、前記プロセッサが構成され、
送信要求が許可されないときには、予め定められた時間長さだけ次の要求を遅延させるよう、前記プロセッサが構成され、
引き続く要求が許可されないときには、前記遅延が増大し、そして、
予め定められた最大遅延値に到達した後に、前記遅延が減少されることを特徴とする移動端末。
【請求項２】
前記プロセッサが層状プロトコルを実現するように構成され、そして前記パケットの各々が、サブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル層内のネットワーク層トランスポート層ヘッダを与えられることを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
【請求項３】
前記ヘッダがＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダであることを特徴とする請求項２に記載の移動端末。
【請求項４】
（ｄ）音声活動検出器を有し、
前記プロセッサは、該音声活動検出器による音声活動の検出に応働して、音声パケットを送信するチャネルの割り当て要求を生成し、
前記チャネル識別子を受信したときには、そのチャネル上にアドレスヘッダを圧縮せずに一度送信し、次いで、識別されたチャネル上に、宛先アドレスを含まない圧縮されたヘッダでパケットを送信し、該音声活動検出器による音声活動の検出がなくなるまで該送信を継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動端末。
【請求項５】
各々が等しいｎ個のフレームを有する前記パケットを構築するよう、前記プロセッサが構成され、
前記プロセッサが更に、音声サービスを定義するサービスアクセスポイント識別子からなる自らの論理リンク制御層ヘッダ情報を各パケットに加える論理リンク制御層プロトコルを実現し、全ての論理リンク制御層ヘッダに前記サブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル層内のヘッダを加えたヘッダを、等しい長さのｎ個の部分ヘッダに分割し、そして前記パケット内の各フレームの前に１個の該部分ヘッダを設置するよう、構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の移動端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット無線（radio）サービスネットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
汎用パケット無線サービスネットワーク（general packet radio services network）（ＧＰＲＳ）についての規格が定められつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
もし適切に設計された場合、パケットサービスネットワークは音声搬送が可能となることが認識されている。そして、このようなパケットサービスネットワークにおいて音声による交信が可能な移動端末及び基地局が求められている。本発明の目的は、このような移動端末及び基地局を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、パケット無線サービスネットワークにおいて基地局と交信するための移動端末が提供され、本発明の移動端末は、該移動端末と該基地局との間の交信用に複数のチャネルのうちの１個のチャネルを定めるための、音声情報を生成するように音声をディジタル的に符号化するための、音声情報を音声パケットの形に組み立てるための、そして音声パケット送信用チャネルの割り当て要求を生成するための、プロセッサ；からなる。
【０００５】
本発明の移動端末は更に、パケット無線サービスネットワーク内の基地局にチャネル割り当て要求及び音声パケットを送信するための無線送信機と；基地局によって割り当てられた、移動端末が送信すべきチャネルのＩＤを受信するための無線受信機と；からなる。上記のプロセッサが、受信されたチャネル割り当ての各々に応働して、パケットが、割り当てられたチャネル上で送信されるかどうかを定める。
【０００６】
汎用パケット無線サービスネットワークにおいて、送信すべきパケットがないときにはチャネルが開放される構成なので、そうでない構成の場合に比べて、同一個数の無線チャネルにおいて、より高いトラヒックレベルが得られる。
【０００７】
もし送信要求が許可されない場合には、望ましくは、次に要求が許可されるまで音声情報を廃棄するように、上記のプロセッサが構成される。
【０００８】
音声は時間に極めて敏感なので、音声情報を遅延させて送信するよりも音声情報を廃棄するほうがよい。この廃棄処理によって、クリッピング（clipping）（情報の一部が切り取られる状態）が発生するが、これは、その発生があまりに頻繁でない限り、ユーザには許容可能である。
【０００９】
送信要求が許可されない場合には、望ましくは、予め定められた時間長さだけ次の要求を遅延させるように、上記のプロセッサが構成される。
【００１０】
もし引き続く要求が許可されない場合には、望ましくは、上記の遅延が増大される。
【００１１】
予め定められた最大遅延値に到達した後に、上記の遅延は減少される。
【００１２】
望ましくは、上記のプロセッサが層状プロトコルを実現するように構成され、上記のパケットの各々が、サブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル層（subnetwork dependent convergence protocol layer）（ＳＮＤＣＰ）内のネットワーク層トランスポート層ヘッダを与えられる。
【００１３】
音声が時間に敏感な性質を有するので、上記のヘッダは、望ましくは、ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダとする。
【００１４】
移動端末は望ましくは、音声活動検出器を有し、プロセッサは望ましくは、音声活動検出器による音声活動（voice activity）の検出に応働して、音声パケットを送信すべきチャネル割り当ての要求を生成し、割り当てチャネルＩＤを受信した場合に、そのチャネル上にアドレスヘッダを圧縮せずに一度送信し、次いで、割り当てチャネル上に、宛先アドレスを含まない圧縮されたヘッダと共に音声パケットを送信し、音声活動検出器による音声活動の検出がなくなるまで送信を継続する。
【００１５】
望ましくは、プロセッサが、各々が等しいｎ個のフレームを有する音声パケットを構築するように構成され、プロセッサが更に、音声サービスを定義するサービスアクセスポイントＩＤ（ＳＡＩＰ）からなる自らの論理リンク制御層（logical ｌink control layer）（ＬＬＣ）ヘッダ情報を各音声パケットに加える論理リンク制御層（ＬＬＣ）プロトコルを実現するように構成される。
【００１６】
プロセッサは更に、全ての論理リンク制御層ヘッダにサブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル層内のヘッダを加えたヘッダを、等しい長さのｎ個の部分ヘッダに分割するように構成され、音声パケット内の各フレームの前に１個の部分ヘッダを設置するように構成される。
【００１７】
これにより、パケット内の各フレームが同一のフォーマットを有することとなり、共通の保護手法を各フレームに適用することが可能になる。ヘッダ情報には誤り補正符号を付加することができる。しかし、音声は、誤りに対してより高い許容性がある。音声情報の、重要性の高い部分についてはこれらを符号化し、それらの部分における誤りの識別、特定を可能にできる。その場合、そのフレームは廃棄される。音声情報の、重要性の低い部分は保護せずにおくこともできる。
【００１８】
したがって、各フレーム内で、物理層において、望ましくは、ヘッダ及び最も重要なビット音声情報が、畳み込み符号を用いて符号化され、音声情報の重要なビットのサブセットが巡回冗長検査（ＣＲＣ）を用いて符号化される
【００１９】
本発明には基地局も含まれ、基地局についての一態様によれば、基地局が、移動端末からの、データパケットの送信要求と音声パケットの送信要求とを受信するための無線受信機であって、データパケットと音声パケットとを受信するように複数のチャネル上で作動する無線受信機；からなる。
【００２０】
この一態様の基地局は更に、符号化された音声パケットの受信用に、予め定められた個数のチャネルを予約するための、そして音声パケットの送信用のチャネル割り当て要求に応働して、上記の予め定められた個数のチャネルのうちの使用されていない１個のチャネルを割り当てるためのプロセッサと；割り当てられたチャネルのＩＤを移動端末に送信するための無線送信機と；からなる。
【００２１】
音声用に予約されたチャネルの個数を動的に管理することにより、与えられた音声サービス及びデータサービスのそれぞれの使用需要が変化する場合に音声及びデータの両方に対して最適化したサービス状態を提供することが可能である。
【００２２】
本発明に含まれる基地局の別の一態様によれば、基地局が、移動端末からの、データパケットの送信要求と音声パケットの送信要求とを受信するための無線受信機であって、データパケットと音声パケットとを受信するように複数のチャネル上で作動する無線受信機；からなる。
【００２３】
この別の一態様の基地局は更に、ネットワーク上での送信用に、移動端末が音声パケットの送信に用いるチャネルを指名するための、そして１個の宛先アドレスヘッダと、それに続く、宛先アドレスを含まない複数の音声パケットとからなる音声パケットをトークスパート（talk spurt）で処理するためのプロセッサ；からなる。
【００２４】
本発明に含まれる基地局の更に別の一態様によれば、基地局が、移動端末からの、データパケットの送信要求と音声パケットの送信要求とを受信するための無線受信機であって、データパケットと音声パケットとを受信するように複数のチャネル上で作動する無線受信機；からなる。
【００２５】
この更に別の一態様の基地局は更に、音声パケット内の各フレームの、等しい部分フレームから、フレームについてのネットワーク層ヘッダとトランスポート層ヘッダと論理リンク制御層ヘッダとを復元するプロトコルを実現するためのプロセッサ；からなる。
【００２６】
プロセッサは、各フレームにおいて、ヘッダと音声情報部分フレームのみについての主観的に（subjectively）最も重要なビットと、における誤りを補正するように作動する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその一実施例について添付図面を参照して説明する。
【００２８】
図１において、移動端末２が、デュプレクサ６に接続されたアンテナ４を有する。デュプレクサ６は無線送信機８及び無線受信機１０に接続されている。無線受信機１０によって受信された信号はプロセッサ１２に供給される。音声の音波がマイクロホン１４によってアナログ電気信号に変換され、得られたアナログ電気信号は１個以上の中央処理装置（図示しない）を有するこのプロセッサ１２によってディジタルに変換される。このアナログからディジタルへの変換は、Ａ／Ｄ変換器１６（本例では自立型）によって行われる。
【００２９】
ディジタル化された音声はプロセッサによって処理されてから、パラメトリック・コーデック・アルゴリズム、例えばＥＦＲ（ＧＳＭの強化フルレート符号器）、により符号化されて、音声フレームが生成される。この処理はコーデック１８（本例では自立型）によって行われる。
【００３０】
音声活動検出アルゴリズムが音声を無音状態から弁別して音声の存在を検出する。この検出は音声活動検出器２０（本例では自立型）によって行われる。音声が検出されると、プロセッサが、コーデックから出力された音声情報をネットワーク層ヘッダ及びトランスポート層ヘッダと組み合わせて２個のフレームからなる固定長パケットを組み立てて、チャネル割り当て要求を送る。
【００３１】
図２のブロック図から判るように、もしチャネル割り当て要求が拒否された（すなわち許可されなかった）場合、新たな要求が送られる前に遅延が導入され、この遅延の間に生じる音声フレームは廃棄される。
【００３２】
基地局２２は、デュプレクサ２６との間で信号を授受するアンテナ２４を有する。無線受信機３２が、移動端末２から受信されたパケットをプロセッサ３０に送る。移動端末２に送信されるデータは、デュプレクサ２６に接続された無線送信機２８に送られる。
【００３３】
図３に示すネットワーク層プロトコルは、広範囲の種類のサブネットワーク及びデータリンクから取り出されたサービスに関して動作が可能なように意図されている。汎用パケット無線サービスネットワーク（ＧＰＲＳ）は初めから、このサービスのユーザに対するネットワーク・トランスペアレンシーを与えるいくつものネットワーク層プロトコルをサポートするように設計された。
【００３４】
ＧＰＲＳ上で転送される新しいネットワーク層プロトコルの導入は、ＧＰＲＳネットワークに変更を加えることなく可能であった。これは、サブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル（ＳＮＤＣＰ）によって行われる機能である。加えて、ＳＮＤＣＰは、データ圧縮と、論理リンク制御層（ＬＬＣ）上を送られることになる異なるソース（発信元）からのデータの多重化とを行う。
【００３５】
ＩＰ（インタネットプロトコル）はネットワークプロトコルとして用いられ、ＲＴＰ（実時間トランスポートプロトコル）が、タイムスタンプ情報及びパケット順序付けを供給して実時間ストリーム化をサポートするために用いられる。ＳＮＤＣＰは現在のところ、ＲＦＣ１１４圧縮アルゴリズムを実現することによってＴＣＰ／ＩＰ及びＩＰ（ｖ４）ヘッダ圧縮を行うだけである。
【００３６】
しかし、ＳＮＤＣＰ仕様によれば、新しい用途及びサービスの要求に基づいて、サポートされる圧縮プロトコルのリストに別のプロトコルを加えることも又可能である。本発明のシステムはＲＴＰ／ＵＤＰ（ユーザデータグラムプロトコル）／ＩＰプロトコルを用い、これは３２０ビットに対応する４０オクテットのオーバヘッドを伴う。
【００３７】
２個のフレームからなるパケットを用いる場合、これらのトランスポート層ヘッダ及びネットワーク層ヘッダに対する或る形式の圧縮をサポートする必要がある。実際、もしＣＳ−Ｉチャネル符号化手法を用いると仮定した場合、組み合わされたＲＴＰ／ＩＵＤＰ／ＩＰヘッダが２個の無線ブロックの情報ペイロード全体を占めてしまい、音声情報又は論理リンク制御層（ＬＬＣ）ヘッダのスペースが残らないことになる。
【００３８】
高い圧縮効率は、ＩＰ／ＵＤＰヘッダとＲＴＰヘッダとを別個に扱うのではなく一緒に扱うことによって得られる。これは層状アーキテクチャの精神には反するが、これらのプロトコル層境界線を横切るこの手法は、同一機能が全ての層にわたって適用されるという理由から、適切である。
【００３９】
送信されるパケットは２個の主要特性を有し、これらの特性が、ヘッダ圧縮の実行に用いられる。最初の、係数２によるデータレートの縮小は、ヘッダ内のバイト数の半分が接続時間長さを通して一定であるという観点から出発している。その分かりやすい例は、ソース及び宛先のアドレス及びポートである。これら圧縮されないデータ（非圧縮データ）は接続の設定時に一度送られる。これらのフィールドは、次に送られる圧縮ヘッダから削除されるが、実際の情報損失は生じない。
【００４０】
残りの圧縮は、一定でない変動フィールドのサイズを減少させるための、これらのフィールドについての差動符号化によって行われる。詳しくは、ＲＴＰヘッダ圧縮については、各パケットにおいて、例えば順序番号及びタイムスタンプのようないくつかのフィールドが変動するが、パケット間の差異はしばしば一定であり、したがって２次微分はゼロであるという観点から、効率の利得が大きい。
【００４１】
これらの特性を利用することにより、大規模な組み合わせＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダが２バイト又は３バイトに削減される。この２バイト又は３バイトの差異はヘッダ検査合計（checksum）を用いるかどうかに依る。エンドツーエンドリンクは少なくとも部分的には、少なくとも１個の移動伝播路（パス）を有し、これがその性質上、誤りを被りやすいので、用いる処理手法には検査合計を含めると有用である。
【００４２】
検査合計は誤り補正手法又はフレーム再送信手法には用いられないが、ヘッダが部分的に破損している場合にその兆候を示し、それによりその特定のパケットのタイミング情報が無視される。
【００４３】
ＳＮＤＣＰは又、Ｖ．４２ｂｉｓデータ圧縮アルゴリズムによるデータ圧縮をサポートしている。しかし、ＳＮＤＣ層の上方に位置するアプリケーション層は、損失が生じるおそれのあるソース符号器を音声コーデックの形で既に有しているので、本来の情報中のもっとも冗長な情報が既に取り出されているであろうことから、エントロピー符号化によるデータ圧縮を適用しても得られることはあまりない。
【００４４】
加えて、ソース（発信元）における符号化（以下、ソース符号化）が音声符号器ビットパターンを改変し、異なるビット位置の主観的な重要性に基づいて音声フレームに差動チャネル符号化を適用することが困難になる。
【００４５】
図４に、音声をサポートするＳＮＤＣＰモデルの動作を示す。ＧＰＲＳ上の音声の遅延供給（delay budget）を解析すると、最高のペイロード効率が、２個の音声フレームを１個のネットワークパケットに一体化することで達成できるのが判る。１個のネットワークパケットに含める音声フレームの個数を増加すると、パケットのバッファ（緩衝機能）として働く遅延が比例的に増加し、これによりエンドツーエンド遅延しきい値の最大値２００ｍｓが増加する。
【００４６】
したがって、ＳＮＤＣＰ層が２個の異なるサービスアクセスポイントを介して、組み合わせＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダ及び音声フレームを受け入れる。ヘッダ圧縮が行われ、得られたヘッダが２個の区分に分割され、２個の音声フレームに付加され、その特定のパケットの形にに一体化される。このシステムにより、音声情報を含む２個の無線リンク制御（ＲＬＣ）ブロックが厳密に同じレイアウトを持つことが可能となり、したがって、両方のブロックについて厳密に同じチャネル符号化手法を用いることが可能となる。
【００４７】
順方向誤り補正が、特定の音声符号器の特性を考慮して調整されるので、１つの無線ブロック内の各ビット位置が、送信されるブロック全てに対する音声フレーム内の同じビット位置に確実に一致させることが重要である。特定のネットワークパケットに属する受信された第１の音声フレームが、第２のフレームの到着を待たずに、低い方の層に直接に送られる。
【００４８】
論理リンク制御層（ＬＬＣ）は、例示のアーキテクチャにおいてはＲＬＣ層及びＢＳＳＧＰ層の上方で作動し、これにより、移動端末と、これにそのサービス対象ＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）との間に信頼性の高い論理リンクが得られる。
【００４９】
その主要機能は、このような信頼性の高いリンクのサポートに向けて設計されており、これらの機能には、１個の論理リンク全部にわたっての論理リンク制御層（ＬＬＣ）フレームのシーケンス（順序）制御、送信の検出、論理リンク接続におけるフォーマット及び動作誤り、復元不能の誤りの通知、及び流れ制御が含まれる。
【００５０】
論理リンク制御層（ＬＬＣ）プロトコルの動作について、図５に示すＬＬＣ−ＰＤＵのフォーマットを用いて説明する。
【００５１】
図５から判るように、ＬＬＣフレームヘッダは２個の主要区分、すなわちアドレスフィールド及び制御フィールドに分割される。アドレスフィールドには、サービスアクセスポイントＩＤ（ＳＡＰＩ）がある。これは、ＬＬＣサービスにアクセスできるポイント（位置）を表し、サービス優先度の品質を定義する手段を提供する。
【００５２】
考え得る１６個の、異なるＩＤのうち１０個が現在、仕様書中で空き（vacant）の状態にあるので、新たに１個のサービスアクセスポイントＩＤを音声サービス用に定義できる。そして、上の層、すなわちＳＮＤＣＰ層及びＢＳＳＧＰ層が、音声パケットがデータトラヒックに対して必要とする優先度について指示される。
【００５３】
通常の制御フィールドは２個のサブフィールド（Ｎ（Ｓ）及びＮ（Ｒ）で表す）を有する。このフィールドの機能は、１個のネットワークＰＤＵを構成する一連のフレーム内での特定のＬＬＣフレームの位置を定めることである。しかしこの機能は、ＧＰＲＳ上での音声送信システム（Voice over GPRS system）（以下、ＧＰＲＳ音声システム）に関しては余分であり、各Ｎ−ＰＤＵが１個のＬＬＣ−ＰＤＵに厳密に適合するのでネットワークＰＤＵの分割はない。
【００５４】
したがって、これらのフィールドは、実時間音声パケット搬送に関しては削除され、削除による機能性の損失は生じない。各ＬＬＣ−ＰＤＵは従来のように、フレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）を含む２４ビット長で終わる。これによりＬＬＣ層に関して、ＬＬＣフレームを基幹ネットワークを通じて送達するためにＳＧＳＮのネットワーク層に送る前の時点で誤りのないことを確実化できる（ＣＲＣ（巡回冗長符号）検査の能力内で）。
【００５５】
もし誤りが発見された場合には、無線リンク制御（ＲＬＣ）層選択的反復要求システムによる再送信が指示される。しかし、反復要求は本発明の実現には用いられず、又ＣＲＣ検査が物理層に既に存在するので、ＬＬＣ−ＰＤＵ内のフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）フィールドも音声サービス搬送時に削除されるが、システムの機能に影響はない。
【００５６】
実際、もしこのフィールドを残したとしても、受信プロセスにおいて無視されるだけである。すなわち、既に述べたように、符号化された音声が、本質的な情報破壊許容性を有するため、もし誤りが検出されたとしてもプロセスはパケットをそのまま搬送するからである。
【００５７】
したがって、システムは、同一のネットワークパケットに属する２個の音声フレームを含むＳＮＤＣ−ＰＤＵの２個のセグメント（区分）を受け入れ、音声サービスについてのサービスアクセスポイントＩＤを含む新しい８ビットのＬＬＣヘッダを、最初に到来するッダを有することになる。このパケットはそれから、無線インタフェースを介して直ぐに発信するためにＲＬＣ／ＭＡＣ（媒体アクセス制御）層に送られる。
【００５８】
基地局サブシステム（ＢＳＳ）側の対応するＬＬＣプロセスがその特定のＬＬＣフレームからの音声情報を含む第１の無線ブロックを受信すると、ＢＳＳのＬＬＣプロセスは、サービスアクセスポイントＩＤを点検してそのブロックが音声情報を含むことを識別する。この情報は、第１の８ビットヘッダの後に別のヘッダを探さないように、そしてフレーム検査シーケンスフィールドを期待しないようにとの指示を与える。これらのフィールドを除去して得られたスペースは、更に多くのユーザペイロード情報を搬送するために用いられる。
【００５９】
ＲＬＣ／ＭＡＣ層は多数の移動端末とネットワークとの間の共用媒体を用いた上部層ＰＤＵの転送サービスを提供する。この転送は、要求されるサービスの性質に依って、確認応答を要しない非肯定応答モードの動作又は確認応答を要する肯定応答モードの動作の形で行われる。その名称が暗示するようにＲＬＣ／ＭＡＣプロトコルは実際には、異なる機能を有する２個の別個のプロトコルである。
【００６０】
ＲＬＣ（無線リンク制御）層は、ＬＬＣ−ＰＤＵの分割及びＲＬＣ／ＭＡＣブロックへの再組立の手順、及びＲＬＣ肯定応答モードの動作における、送達不成功だったＲＬＣ／ＭＡＣブロックの選択的再送信を可能にする逆方向誤り補正（ＢＥＣ）手順を定める。ＲＬＣ肯定応答モードの動作では、ＲＬＣ層は供給されたより高い方の層のＰＤＵの順序を保持する。
【００６１】
他方、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）層の機能は、いくつもの物理的チャネルからなる共通の送信媒体を多数の基地局が共用することを可能にする手順を定めることである。汎用パケット無線サービスネットワーク（ＧＰＲＳ）のＭＡＣプロトコルにより、単一のユーザが複数のタイムスロットを同時に用いて、それにより処理量を増加させることが可能になる。
【００６２】
加えて、同じタイムスロットを８個までのユーザの間に多重化して、それにより、与えられたシステムリソース（資源）群上で作動するユーザの数を増加させることもできる。ＧＰＲＳ音声システムにおいてはマルチスロット手法は用意されておらず、或る１個のチャネルが、音声情報を送信する単一のユーザによって占められている時間長さの間は、このチャネルは他のユーザと多重化されることはない。加えて、ＲＬＣ層の再送信機能も利用されない。
【００６３】
ＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービスネットワーク）は、ＧＳＭ回線交換方式の音声システムと同じ無線インタフェースを共用する。これは、物理的周波数チャネルの各々が時分割多重化によって８個のトラヒックチャネルに分割されることを意味する。
【００６４】
１個のＴＤＭＡ（時分割多重接続）フレーム内の各タイムスロットは、ＧＰＲＳサービス及びＧＳＭサービスに対する要求の相対的なシフトに基づいて、これら２種類のサービスのいずれかに動的に割り当てることが可能である。ここに、パケットデータトラヒックに割り当てられるチャネルを、パケットデータチャネル（ＰＤＣＨ）と称する。
【００６５】
ＴＤＭＡフレームは各々、４．６１５ｍｓの間持続し、その８個のタイムスロット内に８個のパケットデータチャネルを収容することができる。パケットデータトラヒックチャネル（ＰＤＴＣＨ）によって送信すべきデータは、それぞれ１１４ビットからなるユニットに分割され、持続時間５７６．８μｓの単一ＴＤＭＡタイムスロット内へ挿入するために、無線バーストの形に一体化される。これは、４５６ビットからなるＲＬＣ／ＭＡＣブロックが各々、分割されて相互に連続する４個のバースト内にインタリーブされることを意味する。
【００６６】
ＧＰＲＳの音声多重化は、ＧＳＭ回線交換方式の音声とはＴＤＭＡフレームがマルチフレームに構成される仕方が異なる。ＧＳＭ方式においては２６個のフレーム及び５１個のフレームのマルチフレームがサポートされるのに対し、ＧＰＲＳにおいては、ＴＤＭＡフレームは５２個のフレームからなる２３９．９８０ｍｓの長さのマルチフレームに構成される。この構成は、図６に示すように、各々４個のフレームからなる１２個の無線ブロックと、４個の空き（idle）フレームとに分割される。
【００６７】
図７について説明すると、図中の５２個のバースト全てが、同一のタイムスロットに、したがって同一のパケットデータチャネルに属する。ＧＰＲＳにおいては、ＧＳＭ回線交換方式には含まれないいくつかの論理チャネルが導入され、ＧＳＭ物理チャネル（ＰＤＣＨ）に収容される。
【００６８】
図８について説明すると、実際に音声情報の搬送に用いられるパケットデータトラヒックチャネル、及びチャネル使用権争い（channel contention）に用いられるパケットアクセス許可チャネル（Packet Access Grant channel）が、「主従」概念（Master-Slave concept）として知られる概念によってパケットデータチャネル上にマッピングされる。
【００６９】
本システムにおいては、少なくとも１個のパケットデータチャネル（又はタイムスロット）が「主」チャネルとして働き、ユーザデータと、専用信号授受と、パケット転送を開始するために必要な全ての制御信号を搬送するパケット共通制御チャネルとを収容する。この制御信号は、パケットランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）上のアクセスバーストのみに関連する。他の全てのパケットデータチャネルは「従」チャネルとして働き、ユーザデータ転送及び専用信号授受のみに用いられる。
【００７０】
ＧＰＲＳについては、「主」チャネルは、時分割多重化機構により２個の論理チャネル間で物理的チャネルを共用することにより、パケットランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）及び１個のパケットデータトラヒックチャネル（ＰＤＴＣＨ）の両方を同時に受け持つことが可能である。
【００７１】
通常、「主」タイムスロットの物理的資源の大部分がユーザデータの搬送に割り当てられる。その場合、ｔ個のブロック毎に１個のブロックが、ランダムアクセスをしようとするときのサポート専用となる。ここにｔは一般に、３、４、又は５の値を有する整数である。
【００７２】
このようにして、７個の「従」チャネルが音声及びデータトラヒックのサポートに完全専用となる場合に、８番目のチャネル（通常、タイムスロットゼロ（ＴＳ０））が、トラヒックチャネルと、その無線周波数チャネルで作動する全ての端末用のランダムアクセス媒体との両方として用いられる。
【００７３】
音声サービスをサポートするための本発明の実施には、「主」チャネルを制御信号授受ようのみとし、パケットデータトラヒックチャネルの役割は受け入れさせないことが必要である。このように役割を予約する理由は、「主」チャネルを共有する余分の遅延が平均アクセス時間に上乗せされるからである。
【００７４】
例えば、もしｔを３に設定した場合、「主」チャネル内の利用可能な３個の無線ブロック毎に１個の無線ブロックが、そのパケットランダムアクセスチャネルのサポート専用になってしまう。これは、移動端末が次のランダムアクセス実行を許されるまでに、約３個のＲＬＣブロック（５５．３ｍｓ相当）の間待たなければならないことを意味する。この余分の遅延は、実時間音声サービスには明らかに望ましくない。
【００７５】
それから、残りの７個の「従」チャネルが音声サービス専用及びデータサービス専用のパケットデータトラヒックチャネルに分割される。本システムでは、１個のパケットデータトラヒックチャネルが音声サービスとデータサービスとの共用になることは許されない。その理由は、遅延要件が大幅に異なるからである。ＧＰＲＳユーザに音声搬送専用チャネルへのアクセスを許すことにより、アクセス遅延及び音声フレーム損失レートという点に関して、無線リンク上でのサービス品質が確実に要求を満たすようにする制御を、基地局が行いやすくなる。
【００７６】
ＲＬＣ／ＭＡＣプロトコルの動作を図２に集約して示す。もし或るＧＰＲＳ移動端末が音声取り扱い能力があり、ＧＰＲＳネットワーク上で会話を開始しようと望む場合、移動端末は呼設立手順を開始する。このプロセスにおいて、基地局がそのユーザの通信動作セル（通信単位区域）内の現時点の負荷をモニタして、音声ユーザを更に１人（すなわち、その移動端末を）サポート可能かどうかを判断する。
【００７７】
もし可能な場合、基地局は、その移動端末がそのネットワークに受け入れられたこと及び音声パケットの送信を開始してよいことをその移動端末に通知する。するとその移動端末はアイドル（idle）モードに入り、その移動端末の音声活動検出器からの、音声活動（speech activity）が検出されたこと及びトークスパート（talk spurt）が始まったことの通知を待つ。ランダムアクセスバーストがパケットランダムアクセスチャネル上で送られ、パケットアクセス許可チャネル上での基地局からの返事を待つ。
【００７８】
もしチャネル資源が利用可能な場合、基地局は移動端末に、基地局がトークスパート用に１個のチャネルを割り当てた旨通知する。対応するＧＳＭ回線交換方式の音声サービスよりも効率の悪いチャネルにならないようにするため、ＧＰＲＳ上での音声パケットの送信にはマルチスロット手法は使用不能化される。これは、１個のトークスパートが１個のタイムスロットのみで送信され、この目的のため基地局が１個を超えるパケットデータトラヒックチャネルの割り当てを行わないことを意味する。
【００７９】
それから移動端末は、その特定のトークスパートに属するＲＬＣ／ＭＡＣブロックの全てを送信する。次の無音期間の開始時に、移動端末はＲＬＣブロックの送信を停止し、これにより移動端末がそのチャネルを開放することを基地局に通知する。これは、チャネル使用権争いが各トークスパートの開始時のみに生じ、一旦移動端末が或るトラヒックチャネルの使用権を獲得すると、その特定のトークスパートに対応するＬＬＣフレームの全てが送信され終わったときに初めてそのチャネルを放棄（すなわち、開放）することを意味する。
【００８０】
それから基地局が、そのチャネルを、音声パケット送信に利用可能なチャネルプールに割り当てる。しかしもし音声サービスのサポートに割り当てられた利用可能なパケットデータトラヒックチャネルがない場合には、基地局が移動端末にこの状態を通知する。すると移動端末は、ランダム指数バックオフ期間に入り、この期間が完了すると、チャネルへのアクセスを再度試みる。
【００８１】
実時間音声は時間に敏感なので、バックオフ期間の間に生成された音声フレームに対応する全てのＲＬＣ／ＭＡＣブロックは、最も最近のブロックを除いて廃棄される。チャネルへのアクセスが不成功だった場合にその都度、カウンタが増値され、これを用いてバックオフ期間の長さが定められる。
【００８２】
しかし、もしパケットランダムアクセスチャネル上で同じ時間フレーム内のアクセスバースト間にチャネル使用権の衝突が生じた場合、基地局はどの移動端末が要求を起こしたかを判断できず、したがって応答ができない。移動端末は、タイマを基地局の平均応答時間よりも少し長い値に設定することによって、このような衝突が生じたことに気付く。このタイマ時間が満了した場合、移動端末は、チャネルアクセスが拒否された場合と同じ仕方でバックオフ期間にはいる。
【００８３】
データ端末及び音声端末の両方共、指数バックオフアルゴリズムを実行し、アクセス試行が不成功だった後に、均一分布ランダム数ｗが、[０，２n+1]の範囲から選択される。ここに、ｎはアクセス試行の回数である。データ端末については、次のランダム試行はw*]８．５ｍｓの待ち時間の後に行われるが、音声端末については、４．６１５ｍｓ及び８．５ｍｓの乗数がそれぞれ用いられる。
【００８４】
実時間会話音声通信は遅延が通信の成否に重大な影響を及ぼすサービスであるので、媒体アクセスアルゴリズムが、システムのアクセス遅延を最少に抑えるように構成されることが重要である。均一分布ランダム数が、[０，２n+1−１]の範囲から選択される。２個のパラメータを変化させるとシステムの遅延状態を変更できる。これら２個のパラメータとは、最大許容増値ｎ、及び待ち時間を得るためにランダム変数に乗じる定数、である。
【００８５】
増値カウンタの値に制限を設けないことを意味する無限指数バックオフと、１８．５ｍｓに相当する１個の無線ブロックの時間乗数とを用いて実験を行ったが、実験からは、ｎの値を上限値の５に固定し、時間乗数を１個のＴＤＭＡフレームの持続時間、すなわち４．６１５ｍｓ、に減少させることによってシステム性能を改善し得ることが判った。
【００８６】
物理ＲＦ（無線周波数）層が無線パス（通信路）上で情報ビットを送信し、搬送周波数特性及びＧＳＭ無線チャネル構造、送信された波形の変調、並びに送信機及び受信機の特性及びそれぞれの性能要件、のような問題を取り扱う。ＧＰＲＳはこれら全ての仕様をＧＳＭ音声規格と共用し、その結果として、現在のＧＳＭ無線インフラストラクチャの多くを利用できる。
【００８７】
物理リンク層が物理ＲＦ層の上方で作動し、移動端末と基地局サブシステム（ＢＳＳ）との間に物理的チャネルを提供する。その主要責任事項の１つは順方向誤り補正符号化（ＦＥＣ）である。これにより、送信された符号群（code words）の検出及び補正、並びに補正不能の符号群の表示が可能となる。加えて、物理リンク層は、相互に連続するＴＤＭＡフレーム内の４個のバーストにわたっての無線ブロックの矩形インタリーブ処理と、物理リンク混雑の検出手順とを行う。
【００８８】
ＧＰＲＳは現に、ハーフ（１／２）・レートの畳み込み符号化手法（ＣＳ−１）からチャネル符号化を行わない手法（ＣＳ−４）にわたる４個のチャネル符号化手法をサポートする。
【００８９】
ＣＳ−２手法およびＣＳ−３手法は、ＣＳ−１の手法のパンクチャ版で、それぞれ約２／３から３／４の情報点率（code rate）が得られる。
【００９０】
符号化された音声を保護するためには現在利用可能な符号化手法のどれを用いるべきかを定める場合、回線交換ＧＳＭシステムにおいて音声を保護するために用いられる音声符号化手法を点検することが望ましい。一例として、使用が望ましいのは、ＧＳＭの、新しい強化フルレート符号器（ＥＦＲ）である。これは、代数的コードブック励起線形予測（ＡＣＥＬＰ）符号器で、波形符号器というよりは、本質的にパラメトリック符号器である。
【００９１】
これは、音声が、音声のピッチ周期、声管に生じる波形形成効果を表す多数のＬＰＣ係数、及び話者の声帯によって生成される励振等を記述するいくつものパラメータによって表されることを意味する。
【００９２】
これらのパラメータは、送信される情報内に存在する冗長度を最少にすることによって符号器の効率を最大化するように生成されるが、音声の知覚可聴（オーディオ）品質に全てのパラメータが等しい影響を与えるわけではない。これは、誤りがあると、或るパラメータは、そしてその結果としての或るビットは、他のビットよりも大きな歪みを音声品質に生じさせることを意味する。この現象が、ソース符号化ビットを順方向誤り補正符号化（ＦＥＣ）によって保護する際に利用される。
【００９３】
図９に、ＥＷコーデックから出力された、２４４個の、ソース符号化ビット出力が、ビットの主観的重要度に基づき、変動する品質レベルに対してどのようにして保護されるかを示す。タイプ１のビットは、ＣＳ−１手法によって用いられる符号器と同一のハーフ・レート符号器を用いて保護され、他方、全てのクラス１ａビットを含む６５ビットのサブセットは、巡回冗長検査手法（ＣＲＣ）によって保護される。  これは、チャネル状態を検査するために用いられる。
【００９４】
もし、主観的に最も重要なビットを表すこれら６５ビットについてのＣＲＣ検査によって誤りが検出された場合、受信機はその音声フレームがオーディオ品質について受け入れ不可能な劣化を被ったものと考え、その結果としてそのフレームを廃棄する。
【００９５】
ＧＳＭ回線交換方式のサービスが提供する音声品質に匹敵する音声品質を維持するためには、これらのビットについてＧＳＭと同一レベルチャネル保護を維持する必要がある。その理由は、もしそうしない場合には、フレームの脱落率が増大する結果となり、それから得られる音声品質もこれに対応して低下することになるからである。
【００９６】
もし現在のＧＰＲＳ符号化手法を用いるとした場合には、このレベルの保護が得られる手法はＣＳ−１のみである。しかしこれは、ソース符号化ビットの主観的重み付けを考慮せずに、全てのビットを無差別に同一程度まで保護することになる。ＣＳ−１手法を用いると、１８１ビットのペイロード（のスペース）が残り、これは９．０５ｋｂｐｓに相当する。
【００９７】
しかし、この数値は、ＲＬＣ／ＭＡＣ層に属するヘッダを考慮に入れていない。これらのヘッダは、図１０から判るように２１ビットを占める。これは情報ペイロードを更に１６０ビットに減少させ、これは８ｋｂｐｓのデータ処理量に相当する。ＬＬＣヘッダ及びＳＮＤＣＰヘッダを情報ペイロードに加えることにより、これらの層のヘッダにどのような機能がふくまれるかにも依るが、ユーザデータ処理量は更に約５．６ｋｂｐｓにまで減少する。
【００９８】
ＧＰＲＳ音声システム内でチャネル符号化を実現するための別の遥かに魅力的な解法は、用いられる特定の音声符号器の要件に合わせて構成したチャネル符号化手法を用いることである。これにより、主観的に最も重要なビットを強力に保護するだけで最高の効率が得られ、しかも残りのビットについては異なるレベルのチャネル保護を与えればよい。
【００９９】
この手法によれば更に、ＲＬＣ／ＭＡＣ層、ＬＬＣ層及びＳＮＤＣＰ層に属するヘッダをも強力に保護することができる。本解法は、ＣＳ−１符号化手法を用いて、これら高い方のレベルのヘッダによって占められている無線ブロックデータペイロードビットの位置を保護する手法である。
【０１００】
現符号化手法は、無線ブロック内の誤りの検出にＣＲＣに基づくブロック検査シーケンス（ＢＣＳ）を用いることを指定している。もしこのような誤りが検出された場合、肯定応答モードで作動中であれば、ＲＬＣ層にその旨の通知がされ、再送信が要求される。ブロック検査シーケンスは、基地局が移動端末と基地局との間のチャネル状態をモニタするためにも用いられる。
【０１０１】
ＣＳ−１を除く全ての符号化手法において、ブロック検査シーケンスの長さは１６ビットで、無線ブロックの全長にわたって作動する。本音声システムでは再送信は用いられないが、プロトコルヘッダのみによって用いられるデータペイロード区分にわたって誤りを検出するには十分である。これによって、８ビットに削減された長さのシーケンスを用いることが可能である。
【０１０２】
図１０に、ＧＰＲＳシステムが上記のような強化プロトコルを用いる場合の動作を示す。ＳＮＤＣＰ（サブネットワーク依存コンバージェンスプロトコル）層においては、ヘッダ圧縮が合同ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダについて行われ、長さ僅か２４ビットに圧縮されたＳＮＤＣＰヘッダが得られる。
【０１０３】
それからＳＮＤＣ−ＰＤＵが再構成される。  再構成の仕方は、ヘッダが異なる長さの２個の区分に分割される手法である。これにより、送信される２個の無線ブロックの両方に同一のペイロードフォーマットが可能となる。これは、８ビットのＳＮＤＣＰヘッダがパケットの最初の部分に保持される一方、残りの１６ヘッダビットはパケットの中間部分に配置されることを意味する。
【０１０４】
それからＳＮＤＣＰパケットは、新しい短縮された８ビットＬＬＣヘッダを加えてＬＬＣフレームの形に一体化される。ＲＬＣ／ＭＡＣブロックが、受け取られたＬＬＣパケットを２つに分割することによって形成される。上記の非対称バッファ処理を実現するために、生成された第１の音声フレームが、ＳＮＤＣＰヘッダ及びＬＬＣヘッダの組み合わせヘッダ（１６ビット）と共に下方のＲＬＣ／ＭＡＣ層へ送られ、その後直ぐに無線チャネル上で送出される。
【０１０５】
この２０ｍｓ後に、ＬＬＣフレームの第２部分が続く。この第２部分には残りの１６ビットのＳＮＤＣＰヘッダと、第２の音声フレームの内容とが含まれる。このシステムは、両方のＲＬＣ／ＭＡＣブロックが厳密に同じレイアウトを有することが確実である。ＲＬＣ／ＭＡＣ層においては、更に２１ビットのヘッダが両方のブロックに、３ビットのＵＳＦ及び短い８ビットのＢＣＳ（ブロック検査シーケンス）と共に付加される。
【０１０６】
各ブロックはそれから、「符号化手法−音声１」（ＣＣＳ−１）と称する、音声に対して最適化された新しい符号化手法を用いてチャネル符号化される。音声符号化の実現には各々、異なるチャネル符号化手法が用いられるが、ヘッダ情報はハーフ・レート符号を用いて常に強力に保護されることは当然である。
【０１０７】
以上により、３６０ビットが総音声ペイロードとして残り、これを用いて、音声情報と、音声用のみのチャネル符号化部分との両方が収容される。これをデータ処理量に置き換えると１８ｋｂｐｓとなり、現在の手法でチャネル符号化に用いられる処理量を考慮しても現存の規格で利用可能な処理量が５．６ｋｂｐｓであることに比べると、かなりの増加であることが判る。
【０１０８】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【０１０９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、新たに規格が定められつつある汎用パケット無線サービスネットワーク（ＧＰＲＳ）を利用して音声による交信が可能で処理量も大きいパケット無線サービス用の移動端末及び基地局が得られる。
【０１１０】
ＧＰＲＳにおいて、送信すべきパケットがないときにはチャネルが開放される構成としたので、そうでない従来の構成の場合に比べて、同一個数の無線チャネルにおいて、より高いトラヒックレベルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による汎用パケット無線サービスネットワーク（ＧＰＲＳ）の移動端末及び基地局を示すブロック図である。
【図２】ＲＬＣ／ＭＡＣプロトコルの動作を概略的に示すブロック図である。
【図３】ネットワーク層プロトコルの層を示す略図である。
【図４】音声をサポートするＳＮＤＣＰモデルの動作を示す説明図である。
【図５】ＬＬＣ−ＰＤＵのフォーマットを示す説明図である。
【図６】ＧＰＲＳにおけるＴＤＭＡフレームの構成を示す説明図である。
【図７】ＧＰＲＳにおけるＴＤＭＡマルチフレームの構造を示す説明図である。
【図８】ＧＰＲＳにおける、音声搬送チャネルの区分を示す説明図である。
【図９】ソースにおいて符号化されたビット出力がどのようにして保護されるかを示す説明図である。
【図１０】プロトコル内の各層の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
２  移動端末
４  アンテナ
６  デュプレクサ
８  無線送信機
１０  無線受信機
１２  プロセッサ
１４  マイクロホン
１６  Ａ／Ｄ変換器
１８  コーデック
２０  音声活動検出器
２２  基地局
２４  アンテナ
２６  デュプレクサ
２８  無線送信機
３０  プロセッサ
３２  無線受信機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003691694.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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