(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信のために転送されるべき情報をチャンネルコード化する段階を備えたデジタルセルラー無線ネットワークのデータ送信方法において、上記チャンネルコード化は、
送信されるべきビットを、288ビットの最小サイズを有するブロックでグループ分けし；
GSM畳み込みコード化多項式を使用することにより1/2のコードレートで上記ブロックに対し畳み込みコード化を実行し；そして
各ブロックからビットを削除することにより、得られたビットをパンクチャーし、456以下のビットを含むブロックが得られるようにする；
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記畳み込みコード化の後のブロックサイズは584ビットであり、そして得られるコード化ブロックは、各ブロックから128ビットを削除することによりパンクチャーされる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
送信のために転送されるべき情報をチャンネルコード化する段階を備えたデジタルセルラー無線ネットワークのデータ送信方法において、上記チャンネルコード化は、
送信されるべきビットを、290ビットのサイズを有するブロックへとグループ分けし；
上記ブロックに４つのテイルビットを挿入し；
GSM畳み込み多項式を使用することにより1/2のコードレートで上記ブロックに対し畳み込みコード化を実行して、コード化の後に、ブロックサイズが588ビットとなるようにし；そして
各ブロックから132ビットを削除することにより、得られたコード化ビットをパンクチャーする；
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項４】
送信されるべき情報は、２つのトランスコード化フレームから１つのフレームを発生することにより転送システムにおいて転送され、これは、情報転送において後方のフレームの同期及び制御ビット位置の一部分を使用することにより行われる請求項１又は３に記載の方法。
【請求項５】
送信されるべき情報は、最初の２つのオクテットが０より成る同期パターンを形成するようなトランスコード化フレームを発生することにより転送システムにおいて転送され、上記フレームは、制御ビットと、送信されるべき少なくとも288ビットの情報とを含む請求項１又は３に記載の方法。
【請求項６】
既知の値を有するフレームのビットは、トランスコード化フレームを同期するのに使用される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
送信されるべき情報を転送するのに使用されるデータオクテットの幾つかに対し短いチェック和が計算され、このようにして得られたCRC値は、スペア制御ビットを使用することにより転送され、そしてCRC値は、トランスコード化フレームを同期するのに使用される請求項５に記載の方法。
【請求項８】
転送されるべき情報は、情報によって構成されたビットシーケンスが同期シーケンスとは異なるように変更される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
各情報ビットは、転送の前に反転され、そして転送の後に反転解除される請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１０】
送信されるべき情報は、全長が640ビットの転送フレームを発生することにより転送システムにおいて転送され、これにより転送される情報は、長さが290ビットの２つのブロックとしてチャンネルコーダへ送られる請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１１】
フレームの第１又は第２のいずれのブロックが問題であるかを指示する識別子が両方のブロックに挿入される請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
ブロックの識別子は、ブロックの所定の位置にあり、そして第２ブロックの識別子は、第１ブロックの識別子を反転することにより形成される請求項12に記載の方法。
【請求項１３】
両方のフレームの第１ビット（1,2,3,4）は、エアインターフェイスを経て補足情報を転送するのに使用される請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
補足情報のビットは、不連続な送信を通知するのに使用される請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
補足情報は、同期情報の送信に使用される請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
フレームの第１ブロックにおける不連続送信を指示するビットは、ベースステーションにおいて、チャンネルコード化の前に、固定値ビットに置き換えられ、そして後方のフレームの同じ位置にある送信されるべきビットは、逆の値を有する請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
上記転送フレームは、ネットワークインターワーキングユニット（1000）において発生される請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
上記転送フレームは、無線リンクプロトコルフレームにより成る請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、転送されるべき情報を送信のためにチャンネルコード化する段階を備えたデジタルセルラー無線ネットワークのデータ送信方法に係る。
先行技術の説明
データ送信方法のために設定される必要事項が増加し続けている。これは、色々な種類のデータサービスのような益々多様なサービスが必要とされるセルラー通信システムのようなワイヤレスデータ送信システムについて特に言えることである。
これまで、ワイヤレスデータ送信システムは、スピーチ送信のみに使用されていた。転送されるべき種々の種類のサービスの数が増加することは、特にワイヤレスサービスに関する限り、システムが無線経路を経て異なる容量で信号を送信できねばならないことを意味する。従って、多数のサービス形式の送信が転送される環境においてはデータ送信システムの効率的な動作が必要とされる。
帯域巾の制限された無線チャンネルでのデータ送信は、送信の質を示すビットエラー率と、正味のユーザデータスループットとの間で一種の妥協がなされる。ビットエラー率は、冗長性即ちユーザの観点から重要性の低い情報を、送信されるべき情報に追加するチャンネルコードを増加することにより減少できる。単位時間当たりに送信されるべきビット数に制約がある場合には、正味のユーザデータスループットは、冗長性と共に減少される。
例えば、GSMシステムでは、全レートチャンネルのデータレートは、無線経路において22.8kビット/sである。使用するコード化方法は、データレートを12kビット/s及び6kビット/sに減少し、これは、9.6kビット/s及び4.8kビット/sのユーザデータレート、即ちサービスTCH/F9.6及びTCH/F4.8に対応する。無線経路を経て送信されるべき出力データは、ベースステーションからベースステーションコントローラ及びセンターへ順方向に転送され、そして入力データは、センターからベースステーションコントローラへそして更にベースステーションへ転送されて、無線経路を経て送信される。このような固定の送信リンク上では、送信エラーがおそらく無線経路上よりも著しく少なく、このため、通常は、それらに特定のエラー修正コードを使用する必要がない。送信コストを最小にするために、システムに使用される最低のデータレート、例えば、TCH/F9.6の場合には16kビット/sへのレート適応を実行するのが有益である。図１は、レート適応を実行する観点から重要なTRAUフレーム、即ちベースステーションとTRAU（トランスコーダ／レート適応ユニット）との間の固定接続にユーザデータが送信されるところのフレームを示している。このフレームは、40のオクテットを含む。同期ビットはＳで示され、ユーザデータに指定されるビットはＤで示され、そして制御及びスペアビットは空白のままにされている。
上記の意図的な冗長性とは別に、今日のGSMデータサービスは、ユーザ情報にスペアデータを有する。透過的なサービスにおいては、余剰がフラックス制御信号で構成され、そして非透過的なサービスにおいては、無線リンクプロトコル（RLP）フレームヘッダ及びL2Rフラックス制御で構成される。両方の場合に、ユーザは、TCH/F9.6サービスが問題であるかTCH/F4.8サービスが問題であるかに基づいて9.6kビット/s又は4.8kビット/s以下のデータレートを使用することになる。この点において、ユーザは、より一般的になりつつあるデータサービスでこれに対して高い需要が存在しても、GSM型のネットワークでは高いデータレートにアクセスすることはない。
固定のデータネットワークではデータレートが高くなっているので、高いデータレートを必要とする装置が多数存在する。固定の電話ネットワークに使用される典型的なデータレートは、例えば、ITUV.32bis及びV.34モデム並びにG3のファクシミリターミナルが使用する14.4kビット/sである。
GSM型のネットワークにおいては、近い将来、より高いデータレートを実施することを目的とし、そして現在は、この目的のためにいわゆるマルチスロット技術を適用することが知られている。これは、２つ以上のタイムスロットをユーザに指定できることを意味し、当然の結果として、ユーザデータレートが増加する。多数のタイムスロットの使用は、特に移動ステーションにおいてそして特にタイムスロットの数が２を越える場合には、実施が技術的に複雑となる。
発明の要旨
本発明の目的は、ユーザデータを送信するのに１つのタイムスロットしか使用しないようにGSM型のセルラー無線システムにおいて14.4kビット/sのデータレートを実施することである。
この目的は、冒頭で述べた形式の方法であって、上記チャンネルコード化は、送信されるべきビットを最小サイズ288ビットのブロックでグループ分けし;GSM畳み込みコード化多項式を用いることにより1/2のコードレートで上記ブロックに対し畳み込みコード化を実行し；そして各ブロックからビットを削除することにより、得られたビットをパンクチャーし、456以下のビットを含むブロックが得られるようにするという段階を含むことを特徴とする方法により達成される。
本発明による方法は、多数の効果を発揮する。本発明の方法によれば、既存のネットワークに大規模な変更を行うことなく、所望のデータレートが得られる。ユーザは、１つのタイムスロットしか必要としないので、ネットワークのリソース及び容量が効率的に使用される。
本発明の好ましい実施形態では、送信されるべき情報は、２つのその後のトランスコードフレームを１つのフレームに結合し、そして個々のフレームの場合に使用されるビットの幾つかを使用して後方のフレームの同期をとり、この場合に送信されるべき情報を転送することにより、トランスコード化される。本発明の第２の好ましい実施形態では、送信されるべき情報は、データオクテットのグループより成るトランスコードフレームを発生するときに、各データオクテットの第１のビットを使用して、送信されるべき情報を転送するようにトランスコード化される。
【図面の簡単な説明】
以下、添付図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
図１は、従来のTRAUフレームを示す図である。
図２は、本発明の方法が適用されるセルラー無線システムを示す図である。
図3a−3cは、トランスコード化ユニットの別の位置を示す図である。
図4a及び4bは、異なるAbisインターフェイスにおけるデータレートの変換を示す図である。
図５は、２つのTRAUフレームから発生される名前フレームの図である。
図６は、新規な形式のTRAUフレームを示す図である。
図７は、本発明によるチャンネルコード化の実施を示す図である。
図８は、コード化されたビットの考えられるパンクチャーを示す図である。
図9a及び9bは、新規な形式の２つのフレームを示す図である。
図10は、本発明の方法が適用されるセルラー無線システムの第２の例を示す図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図２は、GSM型のセルラー無線システムの構造を示す。本発明は、チャンネル及びフレーム構造がGSMシステムに類似したデジタルセルラー無線システムに効果的に適用できる。このシステムは、ターミナル装置202−206のグループを備え、これら装置は、ベースステーション200への接続208−212を有する。ベースステーション200は、デジタル送信リンク218を経てベースステーションコントローラ214と通信し、該コントローラは、その制御のもとに１つ以上のベースステーションを有する。次いで、ベースステーションコントローラ214は、デジタル送信リンク220を経て移動サービス交換センター216と通信し、該センターは、ネットワークの他の部分への更なる接続222を有する。
ベースステーション200とベースステーションコントローラ214との間のインターフェイス218は、Abisインターフェイスと称する。同様に、ベースステーションコントローラ214と移動サービス交換センターとの間のインターフェイス220は、Ａインターフェイスと称する。これらインターフェイスを実施するのに２つの一般的な方法がある。これら２つの方法にとって重要なことは、Abisインターフェイスに使用される転送レート、即ち64kビット/s又は16kビット/sである。センター216による交換に64kビット/sの転送レートが使用される場合には、信号をトランスコード化しなければならず、従って、ネットワークにおけるトランスコード化ユニットの位置は、Abisインターフェイスに使用される転送レートに基づく。図3a−3cは、異なる転送レートにおけるネットワーク構造の異なる形態を示す。
図3aは、ベースステーション200とベースステーションコントローラ214との間のAbisインターフェイス218が64kビット/sのレートで実施される場合の形態を示す。このような場合には、トランスコード化ユニットTRAU300は、ベースステーション200に配置される。これは、ベースステーションコントローラ214と移動サービス交換センター216との間の接続220も64k/ビットｓであることを意味する。
図3bは、ベースステーション200とベースステーションコントローラ214との間のAbisインターフェイス218が16kビット/sのレートで実施される場合の形態を示す。このような場合には、トランスコード化ユニットTRAU300は、ベースステーションコントローラ214に配置される。これは、ベースステーションコントローラ214と移動サービス交換センター216との間の接続220が64kビット/sのレートであることを意味する。
図3cは、ベースステーション200とベースステーションコントローラ214との間のAbisインターフェイス218が16kビット/sのレートで実施される場合の第２の形態を示す。この場合のトランスコード化ユニットTRAU300は、移動サービス交換センター216に配置される。従って、ベースステーションコントローラ214と移動サービス交換センター216との間の接続220は、16kビット/sである。
セルラー無線システムのユーザデータに高い転送レートを使用できるようにすることを目的とする本発明の方法では、無線経路及び上記トランスコード化ユニットの両方においてコード化を実行するための新規な仕方が導入される。この新規なコード化により既存のシステムに生じる変更は、僅かであるが、ユーザに対して14.4kビット/sの転送レートを可能にする。本発明の方法は、先ず、トランスコード化に関連して以下に説明する。
図4a及び4bは、異なるAbisインターフェイスでの転送レートの変換を示す。図4aは、64kビット/sのAbisインターフェイス218の場合のネットワーク実施を示す。このような場合に、トランスコード化は、ベースステーション200に関連して行われ、ITU−Ｔ  V.110レート変換仕様を用いた直線的プロセスである。無線経路208から受け取られる信号は、22.8kビット/sのレートでトラフィックチャンネル400の仕様に基づいてコード化されている。従って、ユーザデータレート402は、14.4kビット/sであり、これは、先ず、V.110推奨勧告に基づいて32kビット/sのレートに変換され（404）、そしてそこから更に64kビット/sのレートに変換される（406）。トランスコーダは、この場合に、ベースステーション200に配置されるので、個別のTRAUフレームは必要とされない。
図4bは、16kビット/sのAbisインターフェイスでのネットワーク実施を示す。この場合に、トランスコーダ300は、ベースステーション200の外部にあり、それ故、Abisインターフェイス218上のトラフィックは、TRAUフレームにより行われる。Abisインターフェイスにおいて14.4kビット/sのユーザレートから16kビット/sのレートへのレート変換機構は存在しないので、本発明の方法は、新規な変換と、それに対応するTRAUフレームとを含む。無線経路208から受け取られる信号は、22.8kビット/sのレートでトラフィックチャンネル400の仕様に基づきコード化されている。それ故、ユーザデータレート402は、14.4kビット/sで、これは、V.110仕様に基づいて32kビット/sの中間レートに変換される（404）。Abisインターフェイスの場合には、新規な形式の16kビット/sのTRAUフレーム408が発生され、これは、ここでは、Ｎ−TRAUフレームと称する。トランスコード化ユニットにおいては、Ｎ−TRAUフレームは、32kビット/sの中間レートのV.110仕様に基づいて（404）、64kビット/sのレートに分解される（406）。上記において、ベースステーション200に32kビット/sの中間レートを使用することは強制されない。
TRAUフレームは、20msの間隔でAbisインターフェイスを経て送信され、そして全部で320ビットを含む。所望のユーザデータレートが14.4kビット/sである場合は、288ビットのデータビットを20ms以内に送信しなければならない。GSMシステムには４つの異なる既知のトランスコード化フレームが使用されており、その１つを図１に示す。これらのフレームの中で、16kビット/sの容量を考えられる最良の仕方で利用するものは皆無である。スペアの制御ビットを除き、既知のフレームの全ての使用可能なデータビットが使用される場合には、270ビットが得られる。データフレームの制御フィールドから９個のスペアビットが含まれる場合には、279ビットが得られるが、これでは充分でない。
本発明による方法は、同期に意図されたビットがデータ送信に使用されるような２つの新規な形式のトランスコード化フレーム形態を使用する。更に、本発明の方法では、トランスコード化フレームの同期は、少数の実際の同期ビットとの同期を得るように変更される。
図５は、２つのTRAUフレームから発生される新規なフレームを示す。同期のために指定されたビットは、文字Ｓで示され、ユーザデータに指定されたビットは、文字Ｄで示され、制御及びスペアビットは、空白のままにされる。従来の各TRAUフレームは、フレームの始めに位置する４オクテット長さの同期及び制御部を有する。多数のフレームを結合するときには、制御部を比較的に減少することができる。２つのフレームが結合されそして一緒に送信される場合には、14.4kビット/sのレートは、40ms当たりに２＊288即ち576ビットを必要とする。従来の２つの相次ぐフレームは、２＊270ビットを与え、即ち36ビットの不足となる。本発明による解決策では、結合されるべき後方のフレームの制御部がデータ送信に使用される。更に、最初のフレームの未使用の制御ビットから、６ビットがデータ送信に使用される。従って、全部で576ビットとなり、まだ３つの未使用の制御ビットがある。本発明による解決策では、図５に示すように、二重長さのフレームは、始めに、２つの全オクテットの同期ビットを有し、第３オクテットの始めに１つの同期ビットを有し、その後、８つの制御ビットが続く。その後は、１つおきのオクテットの第１ビットを除いて全てのビットがデータビットであり、この第１ビットは、同期のために指定される。
図６は、新規な20msのTRAUフレームを示す。同期に指定されたビットは、文字Ｓで示され、ユーザデータに指定されたビットは、文字Ｄで示され、そして制御及びスペアビットは、空白のままである。この実施形態による解決策では、制御部に続き、各オクテットの第１ビットを含む全てのビットがデータ送信に使用される。このように、充分な数のビットがデータ送信のために得られる。この解決策に伴う欠点は、実際の同期ビットが全てフレームの始めに配置されることである。本発明の解決策では、既知の値を有するフレームのビットを使用することによりトランスコード化フレームが同期されるように同期を改善することができる。このようなビットは、フレーム形式指示ビット（４ビット）、チャンネル形式指示子（１ビット）及び中間レート適応指示子（２ビット）により表される。これらのビットを使用することにより、同期の機能が確保される。本発明による第２の方法は、送信されるべき情報を転送するのに使用されるデータオクテットの幾つかに対して短いチェック和をカウントし、このようにして得たCRC値をスペア制御ビットの使用により転送し、そしてCRC値をトランスコード化フレームの同期に使用することを含む。
同じビットより成る充填ビット対ブレークビットシーケンスを使用するための本発明の方法の更に別の実施形態では、このようなシーケンスをTRAUフレーム同期パターンとして解釈することができる。その１つの仕方は、ITU推奨勧告V.42に基づくフレーム又はこれをベースとして変更されたフレームを使用することである。V.42フレームは、１の長いシーケンスを含まないように構成されるので、ユーザデータは、０の長いシーケンスを含まないようにするために、送信の前に反転しそして送信の後に反転解除しなければならない。
以下、本発明の方法を、チャンネルコード化に関連して検討する。図７は、本発明によるチャンネルコード化の実施を示すブロック図である。20msフレーム700と、二倍長さのフレーム702の２つの本発明のトランスコード化フレームが図示されている。20msフレームにおいては、20ms間に320ビットが送信され、そして288のペイロードビットが14.4kビット/sのレートにレート適応される（408）。同様に、二倍長さフレームは、40msの間に640ビットを含み、576のペイロードビットが14.4kビット/sのレートにレート適応される（408）。次いで、ブロックコード化704が、本発明の解決策においてブロックのサイズとして288ビットを使用する子とにより行われる。ブロックコード化において、４つのテイルビットが追加される。9.6kビット/sのデータレートの場合と同じGSM畳み込みコード化多項式を用いることにより、1/2のコード化レートにおいて畳み込みコード化706が行われる。
G0＝１＋D3＋D4
G1＝１＋Ｄ＋D3＋D4
従って、コード化の後に、584ビットが得られるが、そのうちの128ビットは、次いで、パンクチャーされ（708）、残りの456ビットが更にインターリーブされ（710）、バーストフォーマットされ（712）、変調され（714）、そして更に無線経路716へ送られる。パンクチャーは、図８の例に示されており、文字Ｐで示されたビットが、畳み込みコード化により得られた584ビットから削除され、456ビットが残される。
次いで、本発明による第２の好ましい実施形態について検討する。この実施形態では、送信されるべき情報は、全長640ビットのトランスコード化フレームを発生することにより転送システムにおいて転送され、そしてそれにより搬送された情報は、長さ290ビットの２つのブロックとしてチャンネルコーダへ供給される。これは、図9aに示されている。同期に指定したビットは、文字Ｓで示され、ユーザデータに指定されたビットは、文字Ｄで示され、そして制御及びスペアビットは、空白のままにされている。それ故、フレームは、第１ブロック900及び第２ブロック902より成る。
両方のブロックには、フレームの第１又は第２のいずれのブロックが問題かを指示する識別子が挿入される。このブロック識別子は、ブロックの所定の位置にあり、そして第２ブロックの識別子は、第１ブロックの識別子を反転することにより形成されるのが好都合である。識別子が図9bに示されている。これら識別子は、ビット１及び３に配置されるのが好都合である。又、ベースステーションにおいてエアインターフェイスに送信される信号のみに識別子を挿入することもできる。
フレームの両方のブロックの第１ビット１、２、３及び４は、エアインターフェイスを経て補足情報を転送するのに使用されるのが好都合である。このような補足情報は、半フレームの同期、サブチャンネルのナンバリング、又はエアインターフェイスを経てのネットワーク間同期情報の転送を含む。又、補足情報ビットは、不連続送信の信号に使用することもできる。
ベースステーションにおいて、不連続送信を指示するフレームの第１ブロックのビットは、チャンネルコード化の前に、後方のブロックの同じ位置の送信されるべきビットの逆数である固定値ビットに置き換えられるのが好都合である。
本発明の好ましい実施形態によれば、チャンネルコード化は、送信されるべきビットを、290ビットのサイズのブロックにグループ分けし；これらブロックに４つのテイルビットを追加し;GSM畳み込み多項式を使用することによって1/2のコードレートで上記ブロックに対する畳み込みコード化を行って、コード化の後に、ブロックサイズが588ビットとなるようにし；そして各ブロックから132ビットを削除することにより、得られたコード化ビットをパンクチャーすることを含む。
次いで、GSM型のセルラー無線システムの構造を示す図10について検討する。この図は、ベースステーションBTSと通信する移動ステーションMSを示している。ベースステーションBTSは、デジタル送信リンクを経てベースステーションコントローラBSCと通信し、このコントローラは、その制御のもとに１つ以上のベースステーションを有する。ベースステーションコントローラBSCは、次いで、デジタル送信リンクを経て、移動サービス交換センターMSCと通信し、このセンターは、ネットワークインターワーキング接続1000を経てネットワークの他の部分へ至る接続222を有する。
上記したように、ベースステーションBTSとベースステーションコントローラとの間のインターフェイスは、Abisインターフェイスと称する。ベースステーションコントローラBTSと移動サービス交換センターMSCとの間のインターフェイスは、Ａインターフェイスと称する。本発明の好ましい実施形態による解決策では、転送フレームがネットワークインターワーキングユニット1000において発生される。このフレームは、Ａインターフェイスを経て転送され、TRAUは、フレームを更に受信及び送信し、そしてフレームは、Abisインターフェイスを経て転送され、ベースステーションがフレームを受信する。公知の解決策では、フレームは、ベースステーションコントローラにおいてTRAUでのみ発生された。本発明による解決策では、フレームは、無線リンクプロトコルフレーム（RLPフレーム）を含む。これは、効果的な解決策である。というのは、オーバーヘッドの量が減少するときに、TRAUフレームが同じサイズである場合に専用のフレームセパレータでRLPフレームを分離する必要がないからである。
添付図面を参照して本発明を以上に説明したが、請求の範囲に述べた本発明の考え方の中で種々の変更がなされ得ることが明らかである。
【図２】
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【図１】
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【図６】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図１０】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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