DE19826584A1

DE19826584A1 - Method for correcting transmission errors in a communication connection, preferably an ATM communication connection

Info

Publication number: DE19826584A1
Application number: DE1998126584
Authority: DE
Inventors: Klaus Huenlich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-12-16
Also published as: WO1999066760A1

Abstract

The invention relates to a method for correcting transmission errors in a communication link, preferably an ATM communication link, comprising the following steps: (a) reception of the data transmitted via the communication link; (b) continuous detection and storage of prediction data derived from the received data; (c) detection of data failure in the data stream received on the reception side of the communications link; and (d) replacement of failed received data with the prediction data if a data failure is detected. In this way, in case of data failure lost information is replaced with statistically modeled prediction data, which ensures the greatest possible intelligibility during voice communication and, in particular, prevents clicking sounds or such like.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur von Übertragungsfehlern bei einer ATM-Kommunika tionsverbindung.The invention relates to a method and an apparatus for Correction of transmission errors in an ATM communication tion connection.

Im asynchronen Transfermodus (ATM) werden Daten unabhängig von der durch sie repräsentierten Information (Sprachkommu nikation, Datenkommunikation, Multimedia) in Zellen zu 53 Byte (48 Byte Nutzdaten, 5 Byte Steuerdaten) übertragen. Die Netzressourcen des Kommunikationssystems werden dabei von Verbindungen mit unterschiedlichen Dienstgüte- und Bitraten anforderungen gemeinsam benutzt.In asynchronous transfer mode (ATM), data becomes independent from the information they represent (Sprachkommu nication, data communication, multimedia) in cells of 53 Byte (48 bytes of user data, 5 bytes of control data). The Network resources of the communication system are used by Connections with different quality of service and bit rates requirements shared.

In einem ATM-Netz sind verschiedene Verbindungstypen möglich, die sich durch ihre Bitratenstatistik unterscheiden. Eine Verbindung mit einer konstanten Bitrate oder deterministi schen Bitrate weist über die gesamte Verbindungsdauer eine feste Übertragungsbitrate (-Zellrate) auf. Diese Bitrate muß vom Netz ständig zur Verfügung gestellt werden. Dieser Ver bindungstyp ist besonders geeignet für Echtzeitanwendungen wie beispielsweise Sprachkommunikation oder Bildtelefonie, bei denen strenge Anforderungen an Zellverzögerungsschwankun gen gestellt werden, und die eine vergleichsweise konstante Senderate aufweist.Different connection types are possible in an ATM network, which differ in their bit rate statistics. A Connection with a constant bit rate or deterministi bitrate shows a over the entire connection duration fixed transmission bit rate (cell rate). This bit rate must are constantly made available by the network. This ver Binding type is particularly suitable for real-time applications such as voice communication or video telephony, where there are strict requirements for cell delay fluctuation be placed, and the a comparatively constant Has transmission rate.

Ein weiterer Verbindungstyp ist die verfügbare Bitrate, wobei die Daten je nach momentan verfügbarer Netzkapazität übertra gen werden. Dieser Verbindungstyp eignet sich nicht für Echt zeitanwendungen, aber als preiswerte Datenübertragung wie beispielsweise Email. Another connection type is the available bit rate, where transfer the data depending on the currently available network capacity be. This type of connection is not suitable for real time applications, but as inexpensive data transmission like for example email.

Bei dem Verbindungstyp variable Bitrate werden die zu über tragenden Daten einer virtuellen Verbindung mit einer zeit lich schwankenden Senderate übertragen. Beispiele eines sol chen Verbindungstyps sind Videoverbindungen, bei denen die Videosignale mit variabler Bitrate kodiert werden und Sprach kommunikation mit Pausenunterdrückung sowie bestimmte Daten übertragungsdienste.With the connection type variable bit rate, the are over carrying data of a virtual connection at a time transmitted fluctuating transmission rate. Examples of a sol Chen connection types are video connections, in which the Video signals are encoded with variable bit rate and voice communication with pause suppression as well as certain data transmission services.

Verbindungen mit variabler Biträte, bei denen die mittlere Bitrate deutlich unter der maximalen Bitrate liegt, eignen sich zum statistischen Multiplexen. Dabei werden viele Ver bindungen mit variabler Bitrate über eine gemeinsame Leitung oder über ein gemeinsames Koppelfeld geführt, wobei es nicht notwendig ist, für jede einzelne Verbindung die maximale Bitrate zu reservieren, da viele unkorrelierte Verbindungen mit im Vergleich zur maximalen Bitrate niedriger mittlerer Bitrate die vorhandene Übertragungskapazität im Mittel tei len. Es ist so möglich, die Leitung zu einem gewissen Grad zu "überbuchen". Die Netzwerkinfrastruktur kann so insgesamt besser ausgenutzt werden.Variable bit rate connections where the middle Bitrate is well below the maximum bitrate statistical multiplexing. Many ver Variable bit rate connections over a common line or led over a common switching network, whereby it is not the maximum is necessary for each individual connection Reserve bit rate because of many uncorrelated connections with lower mean compared to the maximum bit rate Bit rate the average available transmission capacity len. It is possible to lead to a certain extent "overbook". The network infrastructure can be total be better exploited.

Die ATM-Anpassungsschicht (ATM Adaption Layer, AAL) erweitert den von der ATM-Schicht angebotenen Dienst, damit die spezi ellen Anforderungen der Protokolle erfüllt werden können. Eine wichtige Aufgabe der AAL ist dabei auch die Anpassung der unterschiedlichen Datenformate der höheren Protokoll schichten an das ATM-Zellformat.The ATM adaptation layer (AAL) expanded the service offered by the ATM layer so that the speci The requirements of the protocols can be met. Adaptation is also an important task for AAL of the different data formats of the higher protocol layers on the ATM cell format.

Es gibt dabei verschiedene Typen von ATM-Anpassungsschichten (Typ 0 bis Typ 5), die durch internationale Standardisierung spezifiziert sind. Der durch die International Telecommunica tion Union in der Empfehlung I.363.2 definierte ATM-Anpas sungsschicht-Typ 2 ist für die bandbreiteneffiziente Übertra gung von Diensten geringer Bitrate und kurzen Datenpaketen variabler Länge in verzögerungssensitiven Anwendungen, d. h. Echtzeitanwendungen gedacht. Dabei kann durch eine einzige ATM-Verbindung der Datenstrom mehrerer AAL-Typ 2-Benutzer un terstützt werden. Die typische Anwendung der AAL Typ 2- Schicht ist die gleichzeitige Übertragung mehrerer Telefonge spräche mit Pausenunterdrückung.There are different types of ATM adaptation layers (Type 0 to type 5) by international standardization are specified. The through the International Telecommunica tion Union defined in the I.363.2 recommendation ATM adaptations Solution layer type 2 is for bandwidth-efficient transmission service of low bit rate and short data packets variable length in delay sensitive applications, i. H. Real-time applications thought. It can be done by a single ATM connection of the data stream of several AAL type 2 users be supported. The typical application of the AAL Type 2- Shift is the simultaneous transmission of several telephone lines talk to break suppression.

In Fig. 2 ist die AAL Typ 2-Subschicht schematisch darge stellt. Sie besteht aus einer Gemeinschaftssubschicht (Common Part Sublayer, CPS) und einer dienstspezifischen Konvergenz subschicht (Service Specific Convergence Sublayer SSCS). Die SSCS-Subschicht ist nicht zwingend vorgesehen und kann je nach genutztem Dienst auch Weggelassen werden.In Fig. 2 the AAL type 2 sublayer is shown schematically. It consists of a common sub-layer (CPS) and a service-specific convergence sub-layer (Service Specific Convergence Sublayer SSCS). The SSCS sublayer is not mandatory and can also be omitted depending on the service used.

In Fig. 3 ist die Struktur eines CPS-Paketes dargestellt. In einem Kopfabschnitt (Header) befinden sich Kanalidentifika tionsdaten (CID), Längenidentifikationsdaten (LI); Benutzer- Benutzer-Zuordnungsdaten (UUI) und Fehlerkorrekturdaten (HEC). Das Nutzinformationsfeld kann beispielsweise 64 Byte aufnehmen, über die beispielsweise fünf Sprachkommunikations kanäle zu je 12 Byte übertragen werden können.In Fig. 3 the structure of a CPS packet is shown. In a header section there are channel identification data (CID), length identification data (LI); User-user mapping data (UUI) and error correction data (HEC). The user information field can accommodate, for example, 64 bytes, via which, for example, five voice communication channels of 12 bytes each can be transmitted.

In einer ATM-Kommunikationsverbindung muß durch eine soge nannte Verkehrssteuerung gewährleistet werden, daß trotz der gemeinsamen Übertragung von Datenzellen verschiedener Her kunft, verschiedener Bitraten und verschiedener Bitratensta tistiken die erforderliche Übertragungsgüte der ATM-Schicht sichergestellt ist. Insbesondere soll die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Zellverlusten gering gehalten werden. Trotzdem lassen sich in einer ATM-Kommunikationsverbindung Zellverluste nie ganz ausschließen.In an ATM communication connection, a so-called called traffic control can be ensured that despite the joint transmission of data cells from different manufacturers future, different bit rates and different bit rate states statistics the required transmission quality of the ATM layer is ensured. In particular, the probability should the occurrence of cell losses can be kept low. Nevertheless, in an ATM communication link Never completely rule out cell losses.

In der Sprachkommunikation wird der Verlust einzelner Zellen bislang dadurch korrigiert, daß entweder die letzte Informa tion wiederholt wird oder aber eine Leerzelle (Idle) einge blendet wird. In vielen Fällen geschieht dies solange, bis wieder gültige Daten empfangen werden. Beide Verfahren führen im allgemeinen zu Knackgeräuschen im Datenstrom, die mit der Häufigkeit der Verluste zunehmen und die Qualität der Verbin dung beeinträchtigen können. In speech communication, the loss of individual cells corrected so far by either the last informa tion is repeated or an empty cell (idle) is inserted is dazzled. In many cases, this happens until valid data is received again. Both procedures result in general to crackling noises in the data stream associated with the Frequency of losses increase and the quality of the conn can adversely affect.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur von Übertragungsfehlern einer ATM-Kommunmunika tionsverbindung vorzuschlagen, bei der die durch die Übertra gungsfehler hervorgerufene Beeinträchtigung der Übertragungs qualität minimiert ist.The invention is therefore based on the object of a method for the correction of transmission errors of an ATM communication tion connection to propose, in which the through the transfer transmission errors quality is minimized.

Insbesondere sollen durch Zellverluste bei einer Sprachkommu nikationsverbindung auftretende Knackgeräusche vermieden wer den. Gelöst wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 defi nierte Verfahren und die in Anspruch. 12 definierte Vorrich tung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.In particular, due to cell losses in a speech commu nikationsverbindung occurring cracking noises avoided the. The task is solved by the defi in claim 1 nated procedures and those in claim. 12 defined device tung. Advantageous developments of the invention are in the Sub-claims explained.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur von Übertra gungsfehlern bei einer Kommunikationsverbindung, insbeson dere einer ATM-Kommunikationsverbindung weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
The method according to the invention for correcting transmission errors in a communication connection, in particular an ATM communication connection, has the following method steps:

a) Receiving the through the of the communication link carried data,
b) continuous determination and storage of from the Receive data derived forecast data
c) Detection of data failures at the receiving end of the ATM communication link received data stream,
d) Replacement of failed reception data by the previous forecast data if a data loss is detected.

Ausgefallene Zellen werden so durch die Vorhersagedaten er setzt, die kontinuierlich aus den zuletzt empfangenen Daten abgeleitet werden. Die Vorhersagedaten sind den statistischen Charakteristika der zuletzt empfangenen Daten nachgebildet, wodurch eine bessere Verständlichkeit von Sprachdaten er reicht wird. Insbesondere werden durch Leerzellen erzeugte Knackgeräusche vermieden. Failed cells are thus identified by the prediction data sets that continuously from the last received data be derived. The forecast data is statistical Reproduced characteristics of the data last received, thereby making speech data easier to understand is enough. In particular, are generated by empty cells Crackling noises avoided.

Die Ersetzung ausgefallener Empfangsdaten kann vorzugsweise in Einheiten von AAL2-Paketen erfolgen. Andere Datenlängen der jeweiligen Vorhersagedaten, beispielsweise 12 Byte sind ebenfalls möglich.The replacement of failed reception data can preferably done in units of AAL2 packets. Other data lengths of the respective prediction data, for example 12 bytes also possible.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Sprachinformation in Subkanälen der ATM-Anpassungs schicht 2 (AAL 2) übertragen.According to a preferred embodiment of the invention becomes speech information in subchannels of ATM adaptation layer 2 (AAL 2) transmitted.

Im Verfahrensschritt (b) werden die Empfangsdaten vorzugs weise gewichtet und aus den gewichteten Werten ein Statistik vektor S ermittelt, wobei die Gewichtung der Empfangsdaten in einem zweistufigen Verfahren erfolgen kann.In step (b), the received data are preferred wise weighted and a statistic from the weighted values vector S determined, the weighting of the received data in a two-stage process can be carried out.

Als Vorhersageverfahren wird vorzugsweise ein lineares Prä diktionsverfahren eingesetzt. Ein Beispiel dafür ist das Low- Delay Code Excited Linear Prediction-Verfahren.A linear pre is preferably used as the prediction method diction method used. An example of this is the low Delay Code Excited Linear Prediction.

Vorzugsweise können Vorhersagedaten für einen Zeitraum von ungefähr 3 ms abgespeichert werden. Ein kürzerer oder länge rer Zeitraum ist jedoch je nach Anwendungsbereich und Häufig keit von Zellausfällen ebenso im Rahmen der Erfindung mög lich.Prediction data can preferably be used for a period of about 3 ms can be saved. A shorter or longer However, the period depends on the area of application and the frequency speed of cell failures also possible within the scope of the invention Lich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrie ben, in derThe invention is based on preferred Ausfüh Example described with reference to the drawing ben in the

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur von Übertragungsfehlern einer ATM- Kommunikationsverbindung ist; Fig. 1 is a schematic block diagram of the device of the invention is communication link for the correction of transmission errors of an ATM;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Struktur der ATM- Anpassungsschicht Typ 2 ist; und Fig. 3 die schematische Darstellung eines CPS-Pakets der AAL Typ 2-Subschicht ist. Figure 2 is a schematic representation of the structure of the Type 2 ATM adaptation layer; and Figure 3 is a schematic representation of a CPS packet of the AAL type 2 sublayer.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 die erfindungsge mäße Vorrichtung zur Korrektur von Übertragungsfehlern bei einer ATM-Kommunikationsverbindung erläutert. Von einer (nicht dargestellten) Empfangseinrichtung der ATM-Kommunika tionsverbindung gelangen die Datenzellen zu der Datenausfall- Erfassungseinheit 1, in der der empfangene Datenstrom überptüft wird. Wenn die Information der vorhergehenden Zelle vollständig weitergegeben ist, muß jedesmal wieder eine neue ATM-Zelle vorhanden sein. Ist innerhalb eines vorgegebenen Toleranzzeitintervalls keine neue Zelle eingetroffen, wird eine Signalausfallmeldung an den Multiplexer 5 weitergelei tet.First, the device for correcting transmission errors in an ATM communication link according to the invention is explained with reference to FIG. 1. From a (not shown) receiving device of the ATM communication link, the data cells arrive at the data loss detection unit 1 , in which the received data stream is checked. If the information of the previous cell is completely passed on, a new ATM cell must be present each time. If no new cell has arrived within a predetermined tolerance time interval, a signal failure message is forwarded to the multiplexer 5 .

Eine zweistufige Statistikeinheit 2, 3 ist mit der Datenaus fall-Empfangseinheit 1 verbunden und empfängt die Empfangsda ten und ermittelt die statistischen Gewichte des Datenstroms. Aus diesen gewichteten Werten werden die jeweiligen Empfangs daten kennzeichnende statistische Vektoren V ermittelt und an die Vorhersageeinheit 4 weitergeleitet. Die Vorhersageeinheit 4 ermittelt aus den Statistikvektoren V eine Vorhersage oder Extrapolation der den zuletzt empfangenen Daten nachfolgenden Daten, beispielsweise über eine Zeitdauer von 3 ms. Die Vor hersageeinheit 4 verwendet vorzugsweise ein lineares Prädik tionsverfahren. Ein Beispiel dafür ist das Low-Delay-Code Excited Linear Prediction-Verfahren (LD-CELP), das in der CCITT-Empfehlung G.728 der International Telecommunication Union aus dem Jahre 1992 im Detail beschrieben ist.A two-stage statistics unit 2 , 3 is connected to the data-out receiving unit 1 and receives the receive data and determines the statistical weights of the data stream. The statistical vectors V characterizing the respective received data are determined from these weighted values and forwarded to the prediction unit 4 . The prediction unit 4 determines from the statistical vectors V a prediction or extrapolation of the data following the data last received, for example over a period of 3 ms. The prediction unit 4 preferably uses a linear prediction method. An example of this is the Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP), which is described in detail in the CCITT recommendation G.728 of the International Telecommunication Union from 1992.

Die Vorhersagedaten für ein festgelegtes Zeitintervall werden in einem Speicher abgespeichert, der beispielsweise der Vor hersageeinheit 4 oder dem Multiplexer 5 zugeordnet sein kann. Empfängt der Multiplexer 5 von der Datenausfall-Erfassungs einheit 1 eine Mitteilung, daß ein Datenausfall erfaßt wurde, so ersetzt der Multiplexer 5 die ausgefallene Zelle durch eine Zelle der Vorhersagedaten.The prediction data for a defined time interval are stored in a memory which can be assigned to the prediction unit 4 or the multiplexer 5 , for example. If the multiplexer 5 receives a notification from the data loss detection unit 1 that a data loss has been detected, the multiplexer 5 replaces the failed cell with a cell of the prediction data.

Verwendet man zur Übertragung beispielsweise Subkanäle der ATM-Adaption Layer 2 (Fig. 2 und 3) und beschränkt die In formationslänge eines Subkanalelements, die einen Teil der CPS-Nutzdaten (Fig. 3) bilden, so benötigt man auch 12 Byte Information, um den Inhalt eines Subkanalelements näherungs weise zu ersetzen. Wendet man das erwähnte und in der Empfeh lung G.728 der International Telecommunication Union be schriebene Verfahren an, muß man die Schritte der Gewichtung und der Bildung des Statistikvektors V zweimal nacheinander anwenden. Man verfügt dann über 5 mal 5 Byte Information, um in diesem Falle gemäß dem Verfahren in G.728 25 fehlende Zy klen zu je 125 µs, d. h. insgesamt 3,125 ms durch die Vorher sagedaten zu korrigieren.If, for example, subchannels of ATM adaptation Layer 2 ( FIGS. 2 and 3) are used for transmission and the information length of a subchannel element which forms part of the CPS user data ( FIG. 3) is limited, 12 bytes of information are also required in order to to approximately replace the content of a subchannel element. If one uses the method mentioned and described in Recommendation G.728 of the International Telecommunication Union, the steps of weighting and formation of the statistical vector V have to be used twice in succession. You then have 5 by 5 bytes of information to correct 25 missing cycles of 125 µs each, ie a total of 3.125 ms, using the prediction data in accordance with the procedure in G.728.

Vorzugsweise enthält der Multiplexer 5 einen Pufferspeicher für den Zeitausgleich der Laufzeiten zwischen dem empfangenen direkten Datenstrom und den Korrekturdaten.The multiplexer 5 preferably contains a buffer memory for the time compensation of the transit times between the received direct data stream and the correction data.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführten Kor rekturen der ausgefallenen Daten entsprechen aufgrund der Vorhersagemodellierung der Daten dem natürlichen Verlauf bei spielsweise einer Sprachkommunikation wesentlich besser als bekannte Verfahren, bei denen entweder Leerzellen eingefügt oder bisherige Zellen wiederholt werden. Dadurch wird die Qualität der Kommunikationsverbindung verbessert und Knackge räusche oder dergleichen können vermieden werden.The Kor performed by the inventive method corrections of the failed data correspond to the Predictive modeling of the data in the natural course for example a voice communication much better than known methods in which either empty cells are inserted or previous cells can be repeated. This will make the Improved communication link quality and crack Noises or the like can be avoided.

Es sei festgehalten, daß die Erfindung nicht auf die Anwen dung mit der AAL 2-Schicht und auch nicht auf die Verwendung des in der ITU-Empfehlung G.728 beschriebenen linearen Prä diktionsverfahrens beschränkt ist. Die Erfindung kann selbst verständlich auch andere Übertragungsarten und geeignete Vor hersageverfahren nutzen.It should be noted that the invention does not apply to the user with the AAL 2 layer and also not for use of the linear pre described in ITU recommendation G.728 diction is limited. The invention itself understandable also other types of transmission and suitable pre use the prediction process.

Reference list

11

Datenausfall-Erfassungseinheit
Data loss detection unit

22nd

Statistikeinheit
Statistical unit

33rd

Statistikeinheit
Statistical unit

44th

Vorhersageeinheit
Prediction unit

55

Multiplexer
multiplexer

Claims

1. A method for correcting transmission errors in a communication connection, comprising the method steps:

a) receiving the data transmitted by the communication link,
b) continuous determination and storage of prediction data derived from the received data
c) detection of data failures of the data stream received at the receiving end of the ATM communication link,
d) Replacement of failed reception data with the prediction data if a data loss is detected.

2. The method according to claim 1, characterized, that the communication link is an ATM communication connection is.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the forecast data is dependent on statistical Properties of the received data are derived.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized, that the replacement of failed receive data in units of AAL2 packets.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that voice information over the ATM communication link is transmitted.

6. The method according to claim 5, characterized, that the speech information in subchannels of ATM adaptation layer 2 (AAL 2) is transmitted.

7. The method according to claim 6, characterized, that the information length of a subchannel element, which at a data failure is replaced by a prediction sub-element is 12 bytes.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that in step (b) the received data is weighted and a statistical vector V is determined from the weighted values becomes.

9. The method according to claim 8, characterized, that the weighting of the received data in a two-stage Procedure is carried out.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized, that in step (b) a linear prediction method ver is applied.

11. The method according to claim 10, characterized, that a low delay code excited linear prediction predictor ge procedure is used.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized, that in process step (b) forecast data for a Period of approximately 3 ms can be saved.

13. Device for correcting transmission errors in a communication connection, comprising:

1. a receiving unit for receiving data transmitted through the communication link,
2. a statistical unit ( 2 , 3 ) for the continuous determination of statistical properties characterizing the received data,
3. a prediction unit ( 4 ) connected to the statistical unit ( 2 , 3 ) for deriving prediction data as a function of the results supplied by the statistical unit ( 2 , 3 ),
4. a storage device for storing the prediction data,
5. a data loss detection unit ( 1 ) for detecting data failures in the received data supplied by the receiving device,
6. a multiplexer ( 5 ) for replacing failed reception data with the prediction data if the data loss detection unit ( 1 ) detects a data loss.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the multiplexer ( 5 ) has a buffer memory for the predicted data for the timely insertion of the prediction data in the received data stream.

15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that the statistical unit ( 2 , 3 ) determines a characteristic vector characterizing the received data.