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JP2005122699A - 通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】無線機をリアルタイムに構成変更できるようにする。
【解決手段】ソフトウエアコンポーネント(201、202、203、204)はそれぞれ1組の属性を持ち、その属性はそれぞれ、構成データが記憶されるメモリの特定のロケーションへのポインタであり、これらの構成データはソフトウエアコンポーネントの特徴を規定し、少なくとも1つの実行属性がソフトウエアコンポーネント内のデータを処理するための実行時処理を規定するとともに、1つの属性のリンクを上記メモリ内の初期ロケーションから上記メモリ内の最終ロケーションに切り替えるようになっている構成変更方法とを含み、さらにソフトウエアコンポーネント毎に、必要に応じて構成変更方法をトリガするための手段と、所定のスケジュールに従って各ソフトウエアコンポーネントの実行属性によって規定される実行時処理を起動するための手段とを備える通信システム。
【選択図】図2

Description

[発明の詳細な説明]
本発明は構成変更可能な通信ユニットに関する。
技術およびコストに関する制約に起因して、現在の無線通信システムは1つの通信標準規格あるいは通信方法専用である。それは、現在のシステムの物理層処理の大部分が依然として、専用の予め配線された機能(ASIC)から構成されていることによる。ある特定の自由度を持ち続けるため(多くの場合にASICの不完全な部分を補うため)に、設計の便宜上、いくつかのプログラム可能な機能が導入されることもある。
これはシステムの設計および利用時にある種の自由度のなさがあることを暗示する。
ソフトウエア無線(Software Radio)という新たな手法が現われてきた。その第1の理由は、設計コストおよび製品化に要する時間である。これは、通信システムの設計における現在の流れの自然に発展したものと見なすことができる。過去数年の間に、物理層よりも上位の層は益々デジタル技術およびソフトウエアで実施されるようになっている。ソフトウエア無線は、この流れを物理層にまで一般化することを意図している。ところが、物理層についてのリアルタイムでの組み込みという強い制約があるために、これは新たなパラダイムおよび方法を必要とする。デジタルであることは容易に変更可能であることを意味するので、それらの方法は主にデジタル技術を(できる限り)利用することに基づく。
[先行技術]
国際公開第01/90890号パンフレット MEHTA M等「Reconfigurable Terminals: An Overview of Architectural Solutions」 IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, US, vol.39, no. 8, August 2001 (2001-8), pages 82-89, XP002223682 ISSN: 0163-6804 MEHTA M「TRUST Approach to Software Defined Radio - Baseband Considerations」PRESENTED AT IST MOBILE COMMUNICATIONS SUMMIT 2000, Online! 1 October 2000 (2000-10-1), XP002285763 GALWAY, IRELAND Retrieved from the Internet:URL:ftp://ftp.cordis.lu/pub/ist/docs/ka4/mehtatrust.zip> retrieved on 2004-06-23!
本発明は、無線移動局あるいは無線基地局の無線機のリアルタイムの構成変更を目的とする。
本明細書において「リアルタイム」の構成変更は、通信中に、その通信によってサポートされるサービスを中断することなく、通信システムを構成変更するための能力と理解されたい。
性能の向上、欠陥の修正、環境への適応、自動的な最適化などのある特定の状況において、無線機のリアルタイムの構成変更が必要になるかもしれない。
解決されるべき問題は、データ処理そのものを実行中に、データを処理する通信システムをリアルタイムに構成変更できるようにするソフトウエアアーキテクチャを規定することにある。
本明細書で関心のある構成変更可能な処理要素は、もたらされる情報の内容によって、通信動作中に情報輸送手段そのものが構成変更されるという性質を有する。
したがって、本発明の要旨は請求項1に規定される。
特定の実施形態によれば、本発明は1つまたは複数の従属請求項の特徴を含む。
本発明による通信ユニットは、たとえば、無線移動局あるいは無線基地局の無線機である。その無線機として、送信機あるいは受信機のみを用いることもできる。本発明は、ポジショニングシステム、インテリジェントトランスポーテーションシステムあるいは放送システムにも適用されることができる。
図1に示されるように、通信システムハードウエアは送信側または受信側あるいはその両方において、以下の要素のうちの、ある場合には一部を、あるいは場合によっては少なくとも1つを備える。
たとえばアンテナ(1つまたは複数)、アナログフィルタ(1つまたは複数)、電力増幅器(1つまたは複数)、ダイプレクサ(1つまたは複数)、混合器(1つまたは複数)、発振器(1つまたは複数)などを含むアナログ入力10と、
受信側にあるアナログ/デジタル変換ステージ(conversion stage)12、あるいは送信側にあるデジタル/アナログ変換ステージと、
処理デバイス14、たとえば、プロセッサ(1つまたは複数)、および/または構成変更可能なハードウエアおよび/またはASIC
本発明によれば、通信システムの全体的な処理機能は、個別の処理(機能的)要素に分割される。それら要素のうちの少なくとも1つは、ソフトウエアコンポーネントによって実施され、そのソフトウエアコンポーネントは、特有の方法によって構成変更可能である。そのような構成変更可能なソフトウエアコンポーネントは、ソフトウエア規定無線コンポーネントすなわちSDRコンポーネントと呼ばれる。
各SDRコンポーネントは、以下のものにおいて実行し得る。
変更可能性に対応しない、ASICのような純粋に専用のハードウエア、
パラメータ値を変更することにより挙動を相対的に変更することができる、デジタルあるいはアナログASICのようなパラメータ化可能なハードウエア、
ビットストリームを用いることにより構成変更可能性に対応する、FPGAあるいはCPLDのような構成変更可能なハードウエア、
実行可能コードの形のソフトウエアに対応する、GPP、μCあるいはDSPのような任意の種類のプロセッサのようなプログラム可能なソフトウエア。
本発明によれば、各SDRコンポーネントは複数の属性および1つの方法から構成される。
SDRコンポーネントの属性は、メモリに記憶され、データを処理するためにソフトウエアコンポーネントによって実施される処理を規定する構成データへの参照である。それらは、以下の4つのタイプからなることが有利である。
実行
初期化
パラメータ
インターフェース
実行および初期化属性は、SDRコンポーネントの実行時処理あるいは初期化処理を規定する処理属性である。各実行あるいは初期化属性は、それぞれ実行時処理あるいは初期化処理のコードのロケーションへの参照を含む。それらは、プロセッサのためのコード、構成変更可能なハードウエアのためのビットストリームを含む。コードのロケーションへの参照は、たとえばポインタである。
パラメータ属性は、処理ユニットに依存する、ソフトウエアコード演算、ビットストリームあるいは予め配線された挙動に影響を及ぼすことができるデータへの参照を含む。
インターフェース属性は、処理連鎖全体におけるSDRコンポーネントの接続への参照を含む。インターフェース属性は、そのデータがもたらされる起点と、処理されたデータが出力されなければならない宛先とを規定する。
実行属性は実行時処理をポイントしており、対応するインターフェースを通して処理されることになるデータを消費あるいは生成するための対応するパラメータに関連付けられる。
初期化属性は同様に、実行属性と同じインターフェースによる、処理属性およびその対応するパラメータの初期化処理において機能する。必要な場合には、異なるインターフェースを用いて独立したSDRコンポーネントを構成するために、SDRコンポーネントの残りの部分から初期化属性を切り離すことができる。
SDRコンポーネントの機能的な挙動は、実行および初期化属性ならびにパラメータおよびインターフェース属性のポイントするアドレスによって決定される。
その実行および初期化属性が指示するアドレスが規定されないSDRコンポーネントは、メモリ空間を任意の現在のSDRコンポーネントに帰属させることなく、将来の拡張のためにのみそのメモリ空間を予約するので、ホワイトコンポーネントと呼ばれる。
図2は、SDRコンポーネントを含む通信ユニットのソフトウエア構成の一例を示す。
明瞭にするために、各SDRコンポーネントは、ある特定の処理ユニット上で実施されるものと仮定される。
SDRコンポーネント201、202、203、204が処理連鎖のサブセットを形成するようにリンクされる。SDRコンポーネント201および203はDSP上で実施され、SDRコンポーネント202および204はそれぞれFPGA上およびASIC上で実施される。
先に説明されたように、各SDRコンポーネントは実行および初期化処理属性、パラメータ属性およびインターフェース属性を含む。図面上では、それらの属性は、それらが属するSDRコンポーネントに応じた番号を付けられる。
各SDRコンポーネントは、その特有の構成変更方法も含む。
SDRコンポーネントはASIC上で実施されるので、パラメータ属性のみが示される。実際に、他の属性は、対応する機能が構成変更できないので、存在しない。
いくつかの構成に対応するために、SDRコンポーネント毎に1組のメモリロケーションが予約される。これらのメモリロケーションは、L−Cst1と呼ばれる第1のレベルのメモリ210内にある。これらのメモリロケーションの数は、そのシステムが同時に保持すべきである構成の数による。これらのロケーションはそれぞれ、SDRコンポーネント毎の処理、パラメータおよびインターフェース属性のうちの1つあるいはいくつかの新しいバージョンを含む。これらのロケーションは設計時に規定される。
それぞれ予約されたメモリロケーションは、その通信ユニットのある特定の構成のための構成データを含む。各メモリロケーションの配列は構成データテーブルによって規定される。
構成データ(ConfigDATA)は、1つあるいは1組のSDRコンポーネントを構成変更できるようにする実際のデータを含むメモリ領域への参照を含む構造である。実際のデータは、そのコンポーネントの初期化および実行処理属性、パラメータ、インターフェースのための二値情報あるいはコードである。図2では、第1の構成変更動作(構成データ#0)は3つのカテゴリのデバイス上で変更可能な全てのフィールドに関係するのに対して、第2および第3の構成変更動作は部分的にしか関係しない。
構成切替テーブル(ConfigSwitchTable)212は内部のブックキーピングのために規定される。このテーブルは、これらの構成それぞれの場合に、構成データを含む構造への参照を指示する。
各SDRコンポーネントにおいて、各属性は、実行および初期化処理方法の実施態様、パラメータあるいはインターフェースを含む、LCst−1内のメモリロケーションへのポインタである。
図2では、構成データ#0が用いられるものと仮定されており、それゆえ、全ての属性が構成データ#0の対応するロケーションを指示している。
通信ユニット内の記憶手段はマルチレベルキャッシュとして編成される。3つのレベルが規定される。
第1のレベル(L−Cst1)は実行メモリ、すなわち、たとえばプロセッサ内部メモリに記憶される構成に対応する。これらの構成はプリインストールされており、いくつかの初期化の後に実行可能な状態になる。そのような構成間の切替えは、パラメータ値を関係するコンポーネントに供給し、ソフトウエアコンポーネント機能のポインタ参照を決定することによってのみ実行される。
第2のレベル(L−CSt2)は二次メモリ、すなわち、たとえばプロセッサの外部にあるメモリに記憶される構成に対応する。これらの構成への切替えは、何らかのデータ転送機構(たとえばバックグラウンドDMA)を用いて、最初に構成データを実行メモリ(第1のレベル)に移すことにより実行される。転送されたデータは何らかの他の第1のレベルの構成の代わりに用いられるか、あるいは空き領域に記憶される。その後、先に記載されたように、切替えが続けられる。
第3のレベル(R−CSt)は、何らかの遠隔のサイトに記憶される構成に対応する。そのような構成は、構成変更が要求された場合にL−CSt1に直に転送されることができるか、あるいはローカルに記憶される構成の更新のみが要求される場合にはL−CSt2に転送されることができる。この転送は、誤りのないデータ送出を保証するいくつかの転送プロトコルに基づいて無線通信リンクを確立することにより実行されることができる。
L−CSt1、L−CSt2およびR−CStにおける構成は、システムによって提供される構成に対応する。キャッシュ内に構成が配置されたことを追跡するために、データベース編成に関連してなんらかのブックキーピングが実施される。このブックキーピングは、構成識別子によって索引を付けられるシリアルテーブルあるいは他のランダムアクセスデータ構造によって効率的に実現されることができる。
LCst‐1メモリに記憶される構成データは、通信ユニットのLCst−2で示される第2のレベルのメモリからもたらされる他の構成データによって置き換えられることができる。
構成テーブル(ConfigTable)として示される構成テーブル218が、構成データのロケーションを指示するために設けられる。
構成テーブルは、それぞれ提供される構成、すなわち実行メモリにインストールされる構成および外部メモリに記憶される構成の両方のためのエントリを収容する。構成識別子(ConfigID)は、構成エントリに、そして最終的には構成データにアクセスするためのインデックスキーである。ある簡単な実施態様では、構成テーブルはシリアルテーブルとして実施され、構成識別子は構成テーブルに索引を付けるために用いられる。
構成テーブルは、それぞれ提供される構成のためのステータスを含む。ステータスは、その構成が記憶される場所と、それらが用いられるか否かとを示す。
取り得るステータスは、
構成データがSDRコンポーネントによって実施されていることを意味するActive(アクティブ)のためのA、
構成データがL−Cst2に記憶されていることを意味するLoaded(ロード済み)のためのL、
構成データがL−Cst1に記憶されていることを意味するInstalled(インストール済み)のためのI、
構成データがR−Cst2に記憶されていることを意味するRemoteLoaded(遠隔のサイトにロード済み)のためのR、
それらが転送中であり、結果として利用できないことを意味するTransfer(転送)のためのTである。
プロセッサスケジューラ210および実行スケジュールテーブル(ExecutionSchedulingTable)212が、通信ユニットの完全な処理を管理するために設けられる。プロセッサスケジューラは、無限ループに従って、SDRコンポーネントとなることができる各処理要素をトリガするか、あるいはトリガしないようになっている。特定のSDRコンポーネントのためのループのステップは図3に照らして開示されるであろう。
実行スケジュールテーブル212は、順に実行されることになるSDRコンポーネントのリストを実行順に含む。プロセッサスケジューラは実行スケジュールテーブルの範囲にわたって、処理を計算する。
実行スケジュールテーブルは、応用形態に関連付けられるデータ従属性によって決定される。
構成変更によってSDRコンポーネントを削除するときの穴に、あるいは構成変更によってSDRコンポーネントを追加するときに、連鎖内に新たなSDRコンポーネントを挿入することによって引き起こされるシフトに効率的に対処するために、実行スケジュールテーブルはリンクリストとして実施されるが、他のオプションも実現可能である。
構成変更を管理するために、その通信ユニットはCManで示される構成マネージャ214を備える。
構成マネージャ(CMan)は、構成変更を開始し、管理する役割を果たす。CManは自ら、あるいはネットワークの別の要素の要求に基づいて構成変更を開始することを決定する。適当な構成は、CManによって制御される構成変更過程(RP)によって実施される。この過程は、ハードウエアパラメータを設定し、ソフトウエアパラメータを設定し、指定された順序で必要とされるソフトウエア更新を実行する。またその過程は、構成変更過程中あるいは後に一貫性のあるシステム動作も保証する。CManは、各システムコンポーネント(ハードウエアまたはソフトウエア)によって提供される明確な制御インターフェースによって、この過程を制御することができる。またCManは、ある構成がL−CStにおいてローカルで利用できない場合には、転送過程を開始し、遠隔の構成記憶部(R−CSt)から必要とされるデータを入手する役割も果たすことができる。一般的に、構成変更過程は、ダウンロード−インストール−切替えの段階のうちの少なくとも1つあるいはそのサブセットの組み合わせからなる。厳密な組み合わせは、必要とされる構成の利用可能性(ローカルに存在するか否かであって、それは構成テーブル内のステータスフィールドの検査によって判定することができる)、およびシステムの構成(変更)可能性を制限するかもしれない特定のシステム構成による。
その通信ユニットは以下に説明されるように動作している。
実行時に、処理要素はそのインターフェース(入力、出力など)を通して通信し、プロセッサスケジューラ210の駆動の下で、処理全体が繰返し行われる。無限ループの繰返し時毎に、入力サンプルのブロックが処理され、出力サンプルのブロックが生成される。各繰返しのはじめに、CMan過程が実行される。
繰返し毎に、図3のアルゴリズムが、実行スケジュールテーブルにおいて示されるようなアクティブであるSDRコンポーネントを含む処理連鎖全体に適用される。
CMan過程は構成データ内に存在する全てのSDRコンポーネントの構成を変更する。
以前の構成から次の構成への切替えは、次の構成データがL−Cst1に予め記憶されていた場合にのみ行うことができる。
以下の説明では、次の構成データがL−Cst1であるものと仮定しており、L−Cst1、L−Cst2、R−Cst間の構成の動きを如何に管理するかは後に開示されるであろう。
処理ユニット上で実施されるSDRコンポーネントにおいて繰返し行われる過程が左側に示される。それは、入力サンプルのブロックが処理されて出力サンプルのブロックが生成される度に、通信ユニットにおいて実行される無限ループの各繰返しを表す。さらに正確に述べると、ステップ302において、入力サンプルが読み出され、実行属性によって規定されるようなSDRコンポーネントによって現時点で用いられている実行時過程に従って処理されたサンプルを生成するために、ステップ304において、その入力サンプルが処理ユニットによって処理される。処理されたサンプルはステップ306において出力される。
各繰返しのはじめに、ステップ310において、CMan過程が実行される。その詳細が図3の右側の流れ図に示される。CMan処理は簡単なもの(elementary)である。CManは、たとえばユーザあるいはローカルマネージャによって起動されている構成変更フラグに従って、ステップ314において構成変更が必要とされるか否かを判定する。
構成変更が不要である場合には、CManオーバーヘッドは単に、構成変更条件を評価することにすぎない。したがって、処理ユニットの送信機/受信機動作は中断されない。
構成変更が必要とされる場合には、被ったオーバーヘッド遅延の長さは主に、ハードウエアステージのインターフェースがどの位高速であるかによる。R/Tの中断は、入力ブロックが利用できるようになる時間と以前のブロックの処理が完了した時間との間の差として規定されるスラック時間(slack time)の長さによる。
ステップ318では、L−Cst1内の構成データロケーションがCManによって判定される。
構成データを見つけた後に、その属性が構成データ内にあるSDRコンポーネントの構成変更方法が、CMan過程の要求に基づいてトリガされる。ステップ320では、SDRコンポーネントの構成変更が実施される。構成変更のために、各属性のポインタが、新たな構成データ内のこれらの属性のために規定されるようなポインタによって置き換えられる。
さらに、構成変更が生じるとき、新たな構成データと一致させるために、CManによって実行スケジュールテーブルが更新される。
構成変更がデータ従属性およびSDRコンポーネント相互接続において変化をもたらさない場合には、SDRコンポーネントは、実行スケジュールテーブル内の同じ場所にとどまる。構成変更がデータ従属性およびSDRコンポーネント相互接続において変化をもたらす場合には、SDRコンポーネントは実行スケジュールテーブル内で動かされる。
必要な場合には、新たなSDRコンポーネントが実行スケジュールテーブルに挿入される。
削除されたSDRコンポーネントは実行スケジュールテーブルから消去される。そのような場合に、コードの挿入あるいは削除は行われない。レベルを変更されるのはリンクのみである。
構成変更の一例が図4に示される。
通信ユニットが構成データ#0から構成データ#1に切り替えられているものと仮定する。したがって、構成データ#1属性が記載されている場合、構成データ#1からの全ての属性が、以前の属性の代わりに、SDRコンポーネントによって保持されている。構成データ#1内に属性が存在しない場合には、構成データ#0によって規定されるような、以前の対応する属性がそのまま用いられる。
図4に示されるように、SDRコンポーネントからのポインタが構成データ#1に対応する第2の列のパラメータに向けられており、もはや第1の列のパラメータには向けられていない。
図4において検討される例では、構成データ#1はSDRコンポーネント201のための使用、パラメータおよびインターフェース属性を変更する。SDRコンポーネント202の場合、インターフェース属性を除く全ての属性が変更される。SDRコンポーネント203の場合、パラメータおよびインターフェース属性が変更される。したがって、SDRコンポーネント201によって処理されるデータがSDRコンポーネント203によってそのまま用いられるので、SDRコンポーネント201と203との間に新たな関係が確立される。
SDRコンポーネント204の場合、パラメータ属性が変更される。SDRコンポーネント204はASICであるので、この属性のみが変更されることができる。
本発明は、例示にすぎないが、図面を参照しながら、これまでに記載された説明を読む際に、より理解が深まるであろう。
本発明による通信装置の機能図である。 第1の構成による、構成変更のためのデータ構造と、その構成のために実施される機能的要素との概略図である。 通信装置の構成変更のためのシステム動作の流れ図である。 第2の構成による、本発明による通信装置の機能図である。

Claims (11)

  1. 通信システムであって、
    少なくとも1つの処理ユニット(201、202、203、204)と、
    少なくとも1つのメモリ(L−Cst1)と、
    1つの処理ユニット上で実施され、前記メモリを用いる少なくとも1つのソフトウエアコンポーネント(201、202、203、204)であって、各ソフトウエアコンポーネントは、
    1組の属性であって、前記属性はそれぞれ、構成データが記憶されるメモリの特定のロケーションへのポインタであり、これらの構成データはソフトウエアコンポーネントの機能を規定し、少なくとも1つの実行属性がソフトウエアコンポーネント内のデータを処理するための実行時処理を規定する、前記1組の属性と、
    1つの属性のリンクを前記メモリ内の初期ロケーションから前記メモリ内の最終ロケーションに切り替えるようになっている構成変更方法とを含む、ソフトウエアコンポーネントと、
    前記1つのまたは各ソフトウエアコンポーネント毎に、要求に応じて前記構成変更方法をトリガするための手段と、
    所定のスケジュールに従って前記各ソフトウエアコンポーネントの前記実行属性によって規定される前記実行時処理を起動するための手段と
    を備える通信システム。
  2. 前記1つのまたは各ソフトウエアコンポーネントは、前記実行属性によって規定される前記実行時処理に対して前記ソフトウエアコンポーネントを準備するようになされる初期化属性を含むことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記1組のまたは各組の属性は、データを処理するように前記処理ユニットによって実施される1組の連続ステップでできたアルゴリズムを規定する処理属性を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の通信システム。
  4. 前記1組のまたは各組の属性は、データを処理するように前記処理ユニットによって実施される前記処理の少なくとも1つの特定の機能を規定するパラメータ属性を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の通信システム。
  5. 前記1組または各組の属性は、処理されることになるデータがもたらされる起点と、処理されたデータが出力されなければならない宛先とを規定するインターフェース属性を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の通信システム。
  6. 前記所定のスケジュールを変更するための手段(210、212)を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の通信システム。
  7. 前記メモリは前記各ソフトウエアコンポーネントのために予約されるメモリロケーションを含み、
    前記各ソフトウエアコンポーネントの前記属性は前記予約されたメモリロケーションに記憶されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の通信システム。
  8. 前記各ソフトウエアコンポーネントのための少なくとも2組の構成データを前記メモリに記憶するための手段を備え、
    前記実行属性方法は前記各ソフトウエアコンポーネントのための1組の構成データのみにリンクされることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の通信システム。
  9. 前記メモリに記憶される前記1組または各組の構成データは設計時に規定される特定のメモリインプランテーション内に配置されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の通信システム。
  10. データを処理するために用いられる前記各ソフトウエアコンポーネントを含む前記システムの全ての処理要素を含むテーブル(実行スケジュールテーブル)を備え、
    所定のスケジュールに従って前記各ソフトウエアコンポーネントの前記実行属性によって規定される前記実行時処理を起動するための前記手段は、前記テーブル内にある前記ソフトウエアコンポーネントの前記実行属性によって規定される前記実行時処理を起動するようになっていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の通信システム。
  11. ソフトウエアコンポーネント(201、202、203、204)の連鎖を備え、
    前記ソフトウエアコンポーネントのための前記構成変更方法をトリガするための前記手段および前記ソフトウエアコンポーネントの前記実行時処理を起動するための前記手段は、前記システムが通信している間に、リアルタイムに構成変更するように前記ソフトウエアコンポーネントの同じ連鎖において適用されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の通信システム。
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