CN1379570A - 同步双向分组传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种在无线电通信网络的一个基站和一个包括至少两个代码转换器,形成一个固定电话网络或类似物并连接到基地收发机台站的代码转换器单元之间的同步双向分组传输方法,特别涉及发送话音或声音信息或数据,该方法使用帧时隙的下行链路优先次序,其相对于应用或存在于上行链路的部分被反转。

Description

同步双向分组传输方法
相关申请的交叉参考
本申请基于2001年3月29日申请的法国专利申请0104253，其公开内容在此被完全合并参考，并且其优先权根据35U.S.C§119被要求。
技术领域
本发明涉及电信网络间的传输，特别是在一个固定的电信网络和一个用于移动通信的全球系统(GSM)或类似的无线电通信系统间的语音及声音的传输，并且主要在于用在以最小化传输时延为特征的网络中的一种双向分组传输方法，特别是由分组传输到无线电通信网络的数据和信息引起的时延。
背景技术
无线电通信网络本质上包括两种类型的部分，即，一方面是基地收发机台站(BTS)，分布于被有关网络覆盖并构成细分为小区的整个地域，以及另一方面是代码转换器单元(TC)，彼此互连或者连接到通过所述基地收发机台站连接于网络的其他系统或设备。
移动无线电通信网络通常被连接到固定的电话网络，其必需将语音及声音从适合一种网络类型的格式变码为适合另一种类型的格式且反之亦然。
在本文中，术语“上行链路”指从固定电话网络的一个终端到无线电通信网络，也就是到基地收发机台站的任何连接或传输，且术语“下行链路”指相反方向的任何连接或传输。
本发明的目的特别在于分组和去分组在一个基地收发机台站及固定电话网络的一个或多个终端之间的双向呼叫期间被发送的数据或信息的操作。
这些操作一般基于通过应用互联网协议(IP)被发送的分组数据和信息。
在特殊情况下，被作为可选择的例子，GSM电路的基站子系统(BSS)，话音时延定义在GSM规范03.05之内。从电路到IP协议的通路将有效改变时延的平衡。
附图1概略及象征地表示用于固定电话网络和无线电通信网络间语音和声音传输的典型体系结构。
“合成IP路由”块具有下列功能：
-上行链路：它打开合成IP帧并再发送每个分组给合适的代码转换器TC；
-下行链路：它收集合成IP帧中来自代码转换器TC的话音IP分组并将它们发给合适的BTS。
除了分组本文中涉及的分组时延，下列时延可被标识：
-TBTS：这是在天线接收时隙的最后比特和在Abis接口(其提供BTS和基站控制器(BSC)之间的陆地通信)的第一解码比特之间的时延。存在一个相应的下行链路时延。
-Troute：这是在一个IP合成帧到BTS的传输末端和合成IP路由关系中那个帧的接收之间的时延。可存在一个不同的下行链路时延。
-TTC代表在接收合成IP路由关系中的一个IP合成帧和接收包含在那个IP帧的字段TC中的一个TCH话音帧之间的时延。可存在一个不同的下行链路时延。
图2A和2B表明下行链路传输时序安排(使用取自GSM规范03.05的缩写)，分别在Abis接口和无线电接口层面处。
两种情况下，注意TRAU帧被少量置于时间之前以最小化传输时间：所有的报头比特，其独立于编码或解码结果，被预先发送。
依赖于传输原理的时延为下行链路的时延Tdl和上行链路的时延Tul。时延Td1包括由编码器带来的传送第一编码话音比特的时间和在Abis接口发送所有比特的时间。时延Tu1包括发送足够的编码话音给变码器以使它能将其解码并开始产生话音的时间。
全速率的时间分配可以是例如由前面提到的规范03.05定义。
关于下行链路，本申请上下文中所感兴趣的时延部分是Tsps+Tabisd＝19ms(16kbit/s Abis接口)。
时延Tsps代表变码器所需的时间以在Abis接口产生第一话音信息比特。
注意在实际应用中，时延Tsps的定义可以不同于上面所给出的，其中规范03.05预示着话音编码器能够提供两个两个的比特给传输控制模块。事实上，软件约束条件是这样的，编码器能够通过增加时延Tsps的值以此方式传送更长的比特串。
同样，这一用于电路模式的技术不能用于IP传输：话音编码必须在将其提供给控制传输的模块之前被全部完成。这意味着时延Tsps(1.6ms)必须被时延Ttransc(8ms)所取代。
由于数字信号处理器(DSP)的巨大进步，时延Tsps和Ttransc目前具有的值大约为：Tsps＝0.2ms以及Ttransc＝0.8ms。
并且，在基站控制器中存在1ms的容限，其能够被用于其他目的。
关于上行链路，且涉及前面提到的规范，所感兴趣的时延部分为Tabisu＝4ms。
总之，依赖于传输原理的时延是从编码器的输入到解码器的输入，也就是Tabisd+Tabisu+Ttransc。
时延的其他部分独立于传输原理。
还存在4ms的容限(BTS和BSC)。
对半速率来说，规范03.05不规定任何值。下列假定是有效的：
-Ttransc＝7ms
-Tsps＝1.4ms(Ttransc的20％)
-TAbisd＝16.9ms
-TAbisu＝9.6ms
传输时延的其他来源联系于无线电接口约束条件。
话音被在无线电接口以物理信道上的下列逻辑信道的时序安排发送(提取自GSM技术规范05.02，见章节6-3、6-4和6-5)。
信道设计 子信道数  方向  特许时隙分配 TDMA帧重复长度 TDMA帧交错块时序安排
TCH/FS  D&U2  0…7  13 B0(0…7)B1(4…11)B2(8…11，0…3)
TCH/FS  0  D&U2  0…7  13 B0(0，2，4，6)，B1(4，6，8，10)，B2(8，10，0，2)，B0(1，3，5，7)，B1(5，7，9，11)，B2(9，11，1，3)
附图3表明在Abis接口的上行链路传输是如何作为话音块(FN：帧数目；FN+4：帧数目+4-4th后面的帧)最后发射的接收的一个函数被安排的。
附图4表明在Abis接口下行链路话音块是如何作为在无线电接口相应的第一串传输的一个函数被安排的。
注意在这些图中假定不存在BTS的处理时延。
图3和4显示在无线电接口话音块的时序安排是高度分散的：所有的信息被BTS使用或者在所提供时间的四分之一期间是可用的。这一分散的时序安排在Abis接口的电路模式中被掩码，因为所有的业务信道使用独立的物理信道。
下面分析涉及使用互联网协议的GSM网络中的呼叫引起的上行链路和下行链路时延。假定BTS能够产生数据流而没有由于内部结构的任何限制，并且下面的描述涉及3×4收发机(TRX)的BTS。
一个合成IP帧被构成为传送多个业务信道(TCH)。
例如，假定它包含12个业务信道。
假定一个全速率话音块含有37字节并且互联网协议服务业务量由6字节组成，这表示一个486字节的IP帧，在1.96ms内被发送。一个半速率话音块含有18字节。两种情况下，假定存在一个4字节的服务业务量用于寻址子信道及控制代码转换器。
  话音字节  控制+路由  信道总数   IP帧(字节)    传输时延
  全速率     32.5     4.5     37     450     1.84ms
  半速率     14     4     18     222     0.91ms
传输时间包括一个HDLC协议填充比特的1.6％服务业务量过载。上行链路时延
最简单的原理是按其中它们被解码的次序发送IP帧，如附图5所表示的全速率。
就给定的输入数字，传输时间从1.84ms(t0)到10.71ms(t7)变化。
平均起来，传输时间为6.3ms，其多于电路模式(4ms)。
可以看到在IP7末端和下一块IP0：3.6或8.2ms(依赖于技术规范05.02中定义的序列4/4/5)之间一直存在一个保留时间。
附图6显示了图5应用半速率情况的原理。
在此例中，时延从0.91至5.80ms变化。平均(3.4ms)少于电路模式。
下行链路时延
各种问题排除了下行链路上的时序安排：
-精细的时间排列在呼叫建立时间是不可能的，因为不知道到代码转换器的完整行程时间；第一IP帧随机到达，在连接建立上引入未预料的时延；
-因为负责产生合成IP帧的设备部分通常不知道无线电时隙的组织构成，当来自下行链路的话音分组到达时它收集它们，它们和不需要在无线电接口进行相同传输时间时序安排的话音块混在一起，引入了高电平抖动；
-如果BTS不被警告由Abis接口瓶颈引起的传输时延，它试图对所有时隙优化时延为0。
由于这些问题，所有分组以无序方式到达，导致高电平抖动的产生，等同于所有IP帧的传输时间(对全速率或半速率大约14.6ms)。
同样，代码转换器必须在发送话音信息(Ttransc)之前执行全部的编码。
这表示对全速率0.8ms及对半速率7ms并且使整个Tdl等于发送所有下行链路IP合成帧需要的时间(对全速率14.7ms，半速率14.6ms)加上代码转换时间(对全速率0.8ms及对半速率7ms)。
获得的全部值在下表中列出：
    全速率     半速率
    min     max     min     max
  Tul     1.8     10.7     9     5.8
  Tdl     14.7     14.7     14.6     14.6
  Ttransc     0.8     0.8     7     7
  Total     17.3     26.2     22.5     27.4
与前面相比，本发明的目的一般在于最小化分组传输关系中的传输时延且特别是前面提到的类型应用中的关系。
发明内容
为此，本发明提供了一种在无线电通信网络的一个基站和一个包括至少两个代码转换器，形成一个固定电话网络或类似物并连接到基地收发机台站的代码转换器单元之间的同步双向分组传输方法，特别涉及发送话音或声音信息或数据，该方法使用帧时隙的下行链路优先次序，其相对于应用或存在于上行链路的部分被反转。
前面提到的配置因此通过相关补偿避免了时隙的过度时延，其通常在连续的上行链路和下行链路传输中遭受最大性能损失。
由优化最后上行链路时隙的时序安排所获得的这一结果补偿最长的上行链路时延。
在本说明书介绍部分所描述的应用的情况下，传输如附图7所示全速率的时序安排。
结果，与现有技术相比，传输时间刚好被反转了：从t0的10.71ms到t7的1.84ms。好处是不再有任何最好的情况/最坏的情况：对于上行链路和下行链路所有的TCH具有相同的传输时间10.71+1.84＝12.65ms。
考虑到代码转换时延(0.8ms)，时延中的这一结果为：UL(上行链路)+DL(下行链路)＝13.5ms。
与电路模式相比，这表示节约了大约10ms。
半速率传输时序安排表示在附图8当中。
如图所示，情况与全速率的相同：对所有时隙UL+DL为6.7ms。
考虑到代码转换时延(7ms)，时延中的这一结果为：UL+DL＝13.7ms。
与电路模式相比，这表示节约了大约14ms。
关于上面提出的方案“同步”IP分组，图1中的“合成IP路由”功能块还具有若干时隙数目的知识以构造合适的IP帧。
上述同步传输意味着负责产生下行链路合成IP帧的设备具有BTS时隙组织结构的正确知识。
这表示所述设备在Abis接口包括一个关于BTS时间排列的程序以获得准确的传输时间信息。在与代码转换器的接口，它能够使用更传统的时间排列(TA)程序，等同于用在GSM的BTS和TC之间或者用在通用移动电信系统(UMTS)的无线电网络控制器(RNC)和TC之间的程序。
本领域技术人员会注意到本发明避免了任何当运行一个新的信道时由时间排列程序所引起的额外抖动。
通过减少IP帧的大小能够获得时延的进一步改进。例如，仅组成六个TCH，而不是12个，一个IP帧的持续时间可被节约(全速率1.9ms，半速率0.45ms)。然而，这将使下行链路时序安排更加困难，因为必须使用对应于相同无线电时隙的IP帧之间的正确优先权。一种简单的改进可以单独限于上行链路。这不会在下行链路中引起问题，但是达到了0.9或0.2ms的更多节约，以带宽的略微增加(0.2％)为代价。
根据本发明的另一特征，提供额外的时延补偿，时间偏移被引入网络的每个基地收发机台站的上行链路和/或下行链路扇区。
例如，在上述特别实施例的关系(特别参考图1)中，通过在一个地点的三个扇区之间引入时间移位能够获得显著的节约。
如果仅仅三分之一的TRX被同步，Abis接口的全带宽只可用以发送三分之一的信息。
理想地，三个扇区被偏移时分多址(TDMA)帧的4/3时间，也就是6.13ms。实际上，建议它们被偏移10/10/12时隙以保持时隙的同步时钟。
由4个TCH组成的一个IP帧的传输时间为0.63ms。时隙的一个IP帧的传输时间为1ms。
以上时间偏移情况的全速率传输时序安排示于图9中。
时延UL+DL为0.64ms。
与规范03.05相比，这对应于Tabisu+Tabisd+Ttransc的1.5ms。
这导致了21ms的节约，跟规范03.05相比。
关于半速率传输，情形看来复杂，因为三个扇区产生16个话音块，其部分地过载。
当认为合成IP帧包含时隙的相同数期间在无线电链路上接收的所有TCH时看来更加简单(见图10)。
最坏的情况对应于，例如(见图10)，扇区2的时隙15：0.74ms，其相应于一个极好的传输时间。
当然，相同的偏移时延补偿技术能够用在下行链路上。简明起见，它没有示于附图中。
传输时延UL+DL是1.1ms级。考虑代码转换器时延，这表示8.1ms。
一个BTS的各扇区之间时间偏移的引入具有一定的系统结果。
由此不可能再使用其中之一的序列。实际上，这源自三个扇区中共同频率组的使用，通过使用相同的序列数(HSN)和一个不同的定位偏移(MAIO)避免冲突。由于减少了在一个地点可利用的TRX数，时间偏移可以被认为是可选择的。
时隙同步不足以用于完全同步的传送。这能够通过将扇区偏移8时隙(＝1帧)取代10(有效稍少)或者使用在源及目标小区(仅适用于相位2移动，除了相位1移动的数，被迫使用异步传送，现在是很小的)中与相同时间排列(TA)预同步的传送来解决。
本发明还提供了一种使用分组传输且包括多个基地收发机台站的无线电通信网络，其中的每个台站可以被连接到构成一个固定电话网络或一个类似网络部分的多个代码转换器或代码转换器模块，无线电通信网络使用上面描述的传输方法。
本发明因此将无线电通信网络和固定电话网络之间的传输时延最小化并且使传输时延对于所有连接到所述无线电通信网络及与所述固定网络的一个终端通信的移动终端一致。
于是，通过选择被优化的分组和传输算法，具有前述特征的分组传输明显减少了话音时延。若代码转换器和BTS(3×4TRX)之间没有IP设备，则在全速率及半速率可获得20ms的节约。
当然，本发明不仅限于附图表示的所述实施例，其能够被修改，在不脱离本发明保护范围的情况下，特别是从其组成部分或以等价技术来取代的观点。

Claims (5)

1.一种无线电通信网络的基站和代码转换器单元之间的同步双向分组传输方法，其中代码转换器单元包括至少两个代码转换器，构成一个固定电话网络或类似网络的部分并连接到所述基地收发机台站，特别是发送话音或声音信息或数据，该方法使用帧时隙的下行链路优先次序，其相对于应用或存在于上行链路的部分被反转。
2.如权利要求1的方法，其中一个时间偏移被引入网络的每个基地收发机台站的上行链路和/或下行链路扇区之间。
3.一种使用分组传输并包括多个基地收发机台站的无线电通信网络，其中每个基地收发机台站可被连接到构成一个固定电话网络或一个类似网络部分的多个代码转换器或代码转换器模块，该无线电通信网络使用权利要求1所述的传输方法。
4.一种使用权利要求1所述方法的基地收发机台站。
5.一种使用权利要求1所述方法的代码转换器单元。
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