(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期通信ネットワークにおいてベース送受信機サイトから送信されるフレームを時間整列する方法であって、
ａ）ベース送受信機サイトにおいてフレームを受信する段階、
ｂ）ベース送受信機サイトにおいて、次のフレームを進める必要があるか否かを判定する段階、
ｃ）ベース送受信機サイトによって、時間整列を進める要求をコントローラに送る段階、
ｄ）ベースステーションコントローラによって、短縮された同期ワードを備えた前記次のフレームを送信する段階、
を具備する、通信ネットワークにおけるフレームを時間整列する方法。
【請求項２】
前記段階（ａ）はさらに、
ベース送受信機サイトにおいて、
a1）状態マシンが状態ゼロになるまで待機する段階、
a2）フレーム整列パラメータが送信される必要があるか否かを判定する段階、
a3）前記フレーム整列パラメータが送信される必要がある場合に、前記フレーム整列パラメータをロードしかつ送信し、そうでない場合にゼロを送信する段階、
a4）時間整列パラメータが送信される必要があるか否かを判定する段階、
a5）前記時間整列パラメータが送信される必要がある場合に、前記状態マシンの状態が変わるまで待機する段階、
a6）所定の数のビットの前記時間整列パラメータをロードしかつ送信する段階、そして
a7）前記時間整列パラメータのすべてのビットが送信されるまで前記段階（a5）および（a6）を反復する段階、
を具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記段階（ｄ）の前に、前記方法は、
ベースステーションコントローラにおいて、
c1）状態マシンが状態ゼロになるまで待機する段階、
c2）フレーム整列パラメータが受信されたか否かを判定する段階、
c3）フレーム整列パラメータが受信された場合、フレーム整列手順を予定し、そうでない場合は以下の段階（c4）に進む段階、
c4）状態マシンの状態が変わるまで待機する段階、
c5）所定の数のビットの時間整列パラメータを受信する段階、
c6）前記時間整列パラメータのすべてのビットが受信されるまで段階（c4）および（c5）を反復する段階、
c7）前記時間整列パラメータが非ゼロであるか否かを判定する段階、そして
c8）前記時間整列パラメータが非ゼロである場合に、時間整列手順を予定する段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
通信システムにおけるフレームを時間整列するためのシステムであって、
入力ビットストリームを受信しかつ該入力ビットストリームを符号化して符号化されたビットストリームを形成しかつ該符号化されたビットストリームを複数のフレームのデータに編成するためのトランスコーダ、
該トランスコーダから複数フレームのデータを受信し、かつ該複数フレームのデータを所定の時間インターバルで無線信号によって送信するための送信機、
前記送信機における前記複数フレームのデータの各々の受信と前記複数フレームのデータの各々の無線送信との間の時間差を決定するための前記送信機における第１のコントローラ、そして
前記第１のコントローラに結合されかつ前記第１のコントローラにおいて決定された時間差に基づき第１または第２の同期パターンを送信する前記トランスコーダにおける第２のコントローラであって、前記第１の同期パターンは前記第２の同期パターンよりも多くのビットを有し、かつ前記第２の同期パターンはフレーム送信の開始を進めるために使用されるもの、
を具備する、通信システムにおけるフレームを時間整列するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は一般的には通信システムに関し、かつより特定的には通信システムにおいてフレームを時間整列するための方法およびシステムに関する。
発明の背景
セルラ通信システムのための符号分割多元接続（CDMA）標準（IS−95）は8Kbps音声符号化（ボコーディング:vocoding）アルゴリズムを要求している。ボコーダは音声をデジタルデータストリームに変換する。許容できる音声信号を送るのに必要なデータレートを低減するために数多くの技術が使用されてきている。それにもかかわらず、いずれの音声符号化システムもそれが高いデータレートを有する場合にはより高い品質の音声信号を生成する。
CDMAセルラシステムのための8Kbpsボコーダのフィールドテストにより音声品質が最適でないことが示された。明らかな解決方法はボコーダのデータレートを増大することである。この解決方法はCDMAセルラ電話システムの他の部分に対し大きな影響を与える可能性がある。
CDMAセルラシステム10の一部が図１に示されている。ベースステーションコントローラ（BSC）12がT1電話線16を介して数多くのベース送受信機サイト14（BTS）に結合されている。BTS14は複数の移動ユニット（携帯用または加入者ユニット）18と無線通信している。CDMAシステム10においては、到来音声データは公衆交換電話ネットワーク（PSTN）20からのBSC12によって受信される。単一の音声チャネルは64Kbpsのパルス符号変調（PCM）信号からなる。BTS14は、オーバヘッドデータを含み、単一の音声チャネルを16Kbpsで送信する。BSC12はPSTNからの64Kbpsの音声チャネルを16Kbpsの音声および制御チャネルへと圧縮する複数のトランスコーダ（XCDR）22を有する。BSC12はPSTN20から到来する単一チャネルより多くの音声を有するから、該チャネルを分離するためにデマルチプレクサ（demultiplexer）24が必要である。いったんチャネルがトランスコードされると、それらはマルチプレクサ26によりT1ライン16へと多重化される。コントローラ28はBSC12のすべての観点の制御を行う。
BTS14は前記T1ライン16から複数の音声信号を受信し、かつデマルチプレクサ30は該音声信号を分離しかつそれらを複数の送受信機（XCVR）32の内の１つに向ける。送受信機32は受信された音声信号をアンテナ34による無線送信のために変調する。コンバイナ／セパレータ36は前記複数の送受信機32をアンテナ34に結合する。BTS14はグローバルポジショニングシステム（GPS）受信機38を有し、その機能は後により詳細に説明する。コントローラ40はBTS14のすべての観点につき調整しかつ制御を行う。
PSTN20からの受信音声信号はBTS14と通信するためのBSC12に必要な制御情報を含んでいない。この制御情報はBSC12によって加えられる。該制御情報およびトランスコードされた音声データはフレームで送信される。従来技術のフレーム50の例が図２に示されている。従来技術のフレーム50は320ビットを含みかつ20ミリセカンドの長さである。該フレームは35ビットの同期ワード、37ビットの制御データ、202ビットのデータ（音声）、42ビットの万能時間カウンタ（Universal  Time  Counter:UTC）および4Tビットを有する。従来技術の8Kbpsボコーダにおいては、202ビットの内の166のみが音声信号に対して使用された。CDMA標準へのボコーダの変更は該アーキテクチャの他の部分の主要な再設計が行われない限り16Kbpsフレーム内に適合する必要がある。所望の音声品質標準に適合するため、13.25Kbpsのボコーダが選択された。これはフレームごとに265のデータビットを必要とする。
13.25Kbpsのボコーディング機構を達成するために新しいフレーム構造が考案された。第１に、すべての利用可能なデータビットが使用され、利用可能なデータビットを202へと増大する。UTCビットはノンフルレートの（non−full  rate）リンクによってのみ送信され、42ビットを自由にする。前記制御データビットのハミングコード部分は不必要なものとして削除され、５ビットを自由にする。バッドフレーム（bad  frame）品質指示子は９ビットに低減される。しかしながら、フレームシーケンスビットは１ビットだけ増大されなければならない。これらすべての変更はフレーム毎に253ビットを許容し、必要な265ビットより12ビット少ないものにする。
前記4Tビットはめったに使用されず、かつ唯一の機能はフレームが時間的に進められる必要がある場合に時間を確保することである。さらに、前記フレームおよび時間整列ビットはそれぞれのフレームに必要ではなく、BTS14およびBSC12によって期待される。したがって、データのためにビットを自由にするためフレーム毎により少ないビットを使用するフレームおよび時間整列システムならびに方法の必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
図１は、符号分割多元接続（CDMA）セルラ電話システムの一部のブロック図である。
図２は、従来技術のフレーム構造の概略的な表現である。
図３は、新しいフレーム構造の概略的な表現である。
図４は、フレームシーケンスを整列するためベース送受信機サイトにおいて使用されるプロセスのフローチャートである。
図５は、フレームシーケンスを整列するためにベースサイトコントローラにおいて使用されるプロセスのフローチャートである。
図６は、ダイナミック同期ワードを検出するためのプロセスのフローチャートである。
図７は、ダイナミック同期ワードを検出するための他のプロセスのフローチャートである。
図面の詳細な説明
本発明は通信システムのための改善されたフレームおよび時間整列システムおよびプロセスを提供する。該フレームおよび時間整列システムはオーバヘッドまたは制御ビットを低減し、音声またはデータのためのビットを自由にし、かつそれによってより良好な音声品質またはより高いデータレートを可能にする。
デジタルセルラ通信システムにおいては、種々のベースサイトからのフレームまたはスロットは時間的に調整される（すなわち、所定の間隔で送信される）ことが重要である。そうしなければ、ベースサイトの間での妨害または干渉を生じハンドオフ手順を破壊することになる。ダイレクトシーケンス符号分割多元接続（DS−CDMA）システムは万能クロック（universal  clock）を提供するためにBTS14においてGPS受信機38を使用して時間調整を達成する。万能クロックを使用することにより、BTS14はBSC12にフレーム整列パラメータを送ることによって送信されるべきフレームシーケンス番号を通知する。該フレームシーケンス番号は０〜７におよび、かつBSC12は該フレームシーケンス番号をフレーム50の制御ビットに挿入する。
いったんフレームシーケンス番号が調整されると、フレーム時間が整列される。PSTN20からの到来音声データはBSC12へ非同期で到達する。PSTN20からの非同期データはトランスコーダ22によってトランスコードされかつフレームへと形成され、そしてBTS14へ送信される。フレームを送信する前にBTS14が導入するいずれの遅延も音声遅延を生じる結果となり、したがってそれはフレーム50をそれが無線送信のために変調された後に送信する。BTS14はフレームが送信されるべきであった時とフレームが送信された時を測定し、かつBSC12からのフレーム50の送信を進めるかまたは遅らせるためにBSC12に対し時間整列パラメータを送る。従来技術では、Ｔビットはフレーム50に挿入されてフレーム50の前進を可能にした。フレーム50が進められる必要がある場合、該フレームは前記Ｔビットなしで送られ、これは次のフレームを４ビットだけまたは250μsecだけ進める。フレーム50は次のフレーム50の送信の前に時間ギャップを挿入することにより遅延することができる。従来技術のフレーム50の構造においては、時間整列パラメータは８ビットを使用し、フレーム整列パラメータは３ビットを使用し、かつ4Tビットはフレームを進めるために使用された。
新しいフレーム60の構造（図３を参照）はＴビットを除去しかつ時間およびフレーム整列パラメータに対して３ビットのみを使用する。このフレーム60の構造はデータのために265ビットを提供し、それによって13.25Kbpsのボコーダレートを達成する。新しいフレーム60が機能するためにはフレームおよび時間整列手順および同期手順を再設計することを必要とする。本質的に、フレームおよび時間整列パラメータはいくつかのフレームにわたり時分割多重される。Ｔビットは可変長同期ワードによって置き換えられかつ同期検出システムは該可変長同期ワードを追跡するよう再設計される。
図４は、BTS14によって実施される新しいフレームおよび時間整列手順の流れ図を示す。該プロセスはブロック100、または状態マシン（state  machine）の状態ゼロでスタートする。次に、状態マシンはフレーム整列パラメータ（frame  alignment  parameter:FAP）が送信される必要があるかを判定する、ブロック102。ブロック102においてフレーム整列パラメータが送信される必要がなければ、ブロック104において状態マシンはゼロをフレーム整列パラメータにロードする。もしブロック102において状態マシンがフレーム整列パラメータが送信される必要があると判定すれば、ブロック106においてフレーム整列パラメータが送信される。このセクションは３ビットのフレーム整列パラメータが状態ゼロ（すなわち、フレームシーケンスゼロ）の間にBSCに確実に転送されるようにする。
次のステップは、ブロック108において、時間整列パラメータ（TAP）が送信される必要があるかを判定する。もし時間整列パラメータが送信される必要があれば、ブロック110においてゼロが時間整列パラメータにロードされる。処理は次にブロック112においてフレームシーケンス番号（FS）がゼロになるまで待機する。ブロック112においていったんフレームシーケンス番号がゼロに等しくなれば、処理はブロック100に戻る。
ブロック108において時間整列パラメータが送信される必要がある場合は、ブロック114において状態マシンはそれが状態１（すなわち、フレームシーケンス番号が１に等しい）になるまで待機する。次に、ブロック116において時間整列パラメータの内の８ビットの内の３つがBSC12に送信される。次に、状態マシンは、ブロック118において、それが状態２になるまで待機する。ブロック120において時間整列パラメータのさらに３ビットが送信される。ブロック122において、状態マシンは次にそれが状態３になるまで待機する。ブロック124において時間整列パラメータの最後の２ビットが送信される。処理はブロック100に戻り、そこで処理は再びスタートする。
BSC12がフレームおよび時間整列パラメータを受信する上で使用する処理が図５に示されている。該処理は、ブロック150において、BSCコントローラ28がそれが状態０（すなわち、フレームシーケンス番号が１に等しい）になるまで待機することによって開始する。次に、ブロック152において、コントローラ28はフレーム整列パラメータが非ゼロであるかを判定する。フレーム整列パラメータが非ゼロである場合、ブロック154においてフレーム整列手順がスケジューリングされる。コントローラは次に、ブロック156においてそれが状態１になるまで待機する。ブロック158において、前記時間整列パラメータの内の３ビットが受信される。ブロック160において、コントローラは次にそれが状態２になるまで待機する。ブロック162において、時間整列パラメータのさらに３ビットが受信される。ブロック164において、コントローラは次にそれが状態３になるまで待機する。ブロック166において、フレーム整列パラメータの最後の２ビットが受信される。ブロック168において、８ビットの時間整列パラメータが組み立てられる。ブロック170において、コントローラは時間整列パラメータが非ゼロであるかを判定する。時間整列パラメータが非ゼロである場合は、ブロック172において時間整列手順がスケジューリングする。ブロック172において時間整列手順がスケジューリングされた後、処理は次にブロック150に戻る。コントローラはトランスコーダ22からGPS受信機を備えたBTSへ送信されるフレームに挿入されたフレームシーケンス番号を調整するためフレーム整列パラメータを使用する。コントローラはフレームの送信の始めを進めあるいは遅らせるために時間整列パラメータを使用する。フレームは短縮した同期ワードを挿入することにより進められ、かつ次のフレームの送信を遅らせることにより後退される。通常の長さの同期ワードは16個のゼロとそれに続く１つの１である。短縮された同期ワードは12のゼロとそれに続く１つの１である。したがって、短縮された同期ワードを送信することはフレームを４ビットだけ進め、これは従来技術においてフレームを進めるために捨てられた４つのＴビットに等しい。
２つの異なる同期ワードを備えた通信システムを実施するためにはBTS14において総合的に新しい同期プロセスが必要である。BTS14において同期を獲得するためのプロセスが図６に示されている。図６のプロセスは受信されたビットパターンがロング同期ワードあるいはショート同期ワードと整合するかおよび受信されたビットの数がショートまたはロング同期パターンを有するフレームの予期される数のビットと等しいかを判定する。このプロセスはブロック200でスタートする。ブロック202において有効同期ワード検出フラグ（VSFF）およびビットカウント（BC）がクリアされる。ブロック204において新しいビットが受信されかつ前記ビットカウントが１だけ増分される。次に、ブロック206において、受信されたビットとロング同期パターン（LSP）の間に整合があるかが判定される。ブロック206において整合がある場合、コントローラ40は次にブロック208においてビットカウントが第１のビット合計に等しいかを判定する。第１のビット合成はロング同期パターンを備えたフレームのビット合計に等しく、図３のフレーム60に対しては320ビットである。ブロック208において整合が生じた場合、ブロック210において前記有効同期フラグがセットされる。ブロック208において整合が生じなかった場合には、ブロック212において前記有効同期ワード検出フラグがクリアされる。次に、ブロック214においてビットカウントがクリアされかつ処理はブロック204に戻る。
ブロック206において整合が生じない場合は、ブロック216において有効同期検出フラグがセットされたかが判定される。有効同期検出フラグがセットされていない場合は、処理はブロック204に戻る。有効同期検出フラグがセットされている場合は、次のステップはブロック218においてビットカウントが第２のビット合計に等しいかを判定することである。第２のビット合計は短縮同期ワードを有するフレームにおけるビットの数であり、図３のフレーム60の場合は316である。ビットカウントが第２のビット合計に等しくない場合は、処理はブロック204に戻る。ビットカウントが第２のビット合計に等しい場合は、次のステップはブロック220において受信されたビットと前記ショート同期パターンとの間に整合があるかを判定することである。ブロック220において受信されたビットとショート同期パターンとの間に整合がない場合は、処理はブロック204に戻る。ショート同期ワードと受信ビットとの間に整合がある場合は、ブロック214においてビットカウントがクリアされる。
図６のプロセスを使用することによりBTS14は長いあるいは短い同期ワードがBSC12のトランスコーダ22によって送られたことを正確に検出できる。可変長同期ワードは通信システム10が前記Ｔビットを使用することなくフレームを時間整列できるようにし、かつ従って利用可能なデータレートを増大する。
２つの同期ワードを使用した同期獲得のための第２の方法が図７に示されている。このプロセスはブロック250で始まる。第１および第２のフラグがブロック252においてクリアされる。第１のフラグは長い同期ワードに対応しかつ第２のフラグは短い同期ワードに対応する。ブロック254において、新しいデータビット（データストリーム）が受信される。ブロック256において、BTSコントローラは該受信ビット（データストリーム）が長い同期パターンと整合するかを判定する。ブロック256において、受信データストリームが長い同期パターンと整合した時、コントローラは、ブロック258において、第１のフラグがセットされておらずかつ第２のフラグがセットされているかを判定する。ブロック258において、第１のフラグがセットされておらずかつ第２のフラグがセットされておれば、ブロック260において第２のフラグがクリアされる。もし第１のフラグがセットされているかあるいは第２のフラグがセットされていなければ、処理はブロック262へと続く。ブロック262において第１のフラグがセットされる。ブロック269において、フレームの残りが読み込まれかつ処理はブロック254に戻る。
ブロック256において受信ビットが長い同期パターンと整合しない場合、コントローラは、ブロック264において、第１のフラグがセットされかつ第２のフラグがセットされていないかを判定する。ブロック264において第１のフラグがセットされていないかあるいは第２のフラグがセットされている場合は、処理はブロック254に戻る。第１のフラグがセットされかつ第２のフラグがセットされていない場合はコントローラは、ブロック266において、受信ビットが短い同期パターンと整合するかを判定する。受信ビットがブロック266において短い同期パターンと整合しない場合には、処理はブロック254に戻る。ブロック266において受信ビットが短い同期パターンと整合した場合は、ブロック268において、第１のフラグがクリアされかつ第２のフラグがセットされる。ブロック268において、残りのフレームが読み込まれかつ次に処理はブロック254に戻る。
図６および図７の両方の同期検出方法を調べることから分かるように、短い同期パターンは初めに送ることができずかつ短い同期パターンは長い同期パターンの間に挟まれなければならない。これは懸念を与えることはなく、それは時間整列パラメータが、図５および図６に示されるように、８フレームごとに一度送られるのみであるからである。第１の同期パターンは長い同期パターンでなければならず、かつ短い同期パターンは最も速くても８フレームごとに一度生じることができるのみである。
通信システムにおいて、フレームを時間整列するための独自のシステムおよび方法が開示された。本発明を使用することにより制御ビットをなくし、これは通信システムにおける有用なデータレートを増大する。この増大した有用なデータレートによって、16kbpsのフレームデータレートを有する、セルラ通信システムにおける13.25kbpsのボコーダの使用が可能になる。より高いレートのボコーダはここに開示された本発明を使用するセルラ通信システムにおける、音声信号の品質を高める。
本発明がその特定の実施形態に関連して説明されたが、当業者には前の説明に照らして数多くの置き換え、修正、および変更をなすことができることは明らかである。例えば、本発明は有線通信システムまたはデータネットワークにおいて使用することもできる。従って、本発明は添付の請求の範囲の精神および広い範囲内に入るすべてのそのような置き換え、修正、および変更を含むものと考える。
【図１】
0003649447.tif 000002
【図２】
0003649447.tif 000003
【図３】
0003649447.tif 000004
【図４】
0003649447.tif 000005
【図５】
0003649447.tif 000006
【図６】
0003649447.tif 000007
【図７】
0003649447.tif 000008