DE102004024651A1 - Method and radio station for transmitting data over packet-switched transmission links - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten über paketvermittelte Übertragungsstrecken, wobei die Daten mittels eines Multiratencodierers in Datenpakete codiert werden. Der Multiratencodierer ist hinsichtlich seiner Ausgangsdatenrate variabel. Die Daten eines Datenpaketes werden auf Datensegmente aufgeteilt und die Ausgangsdatenrate des Multiratencodierers derart dynamisch eingestellt, dass die Anzahl der resultierenden Datensegmente minimiert wird und/oder dass der nicht mit Daten eines Datenpaketes belegte Teil eines Datensegments minimiert wird.The invention relates to a method for the transmission of data over packet-switched transmission links, the data being encoded into data packets by means of a multirate coder. The multi-rate encoder is variable in its output data rate. The data of a data packet is divided into data segments and the output data rate of the multirate coder is adjusted dynamically such that the number of resulting data segments is minimized and / or that part of a data segment not occupied by data of a data packet is minimized.
Description
Verfahren und Funkstation zur Übertragung von Daten über paketvermittelte Übertragungsstreckenmethod and radio station for transmission of data over packet-switched transmission links
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten über paketvermittelte Übertragungsstrecken und eine entsprechende Funkstation, insbesondere eine Mobilstation oder eine Basisstation eines Mobilfunknetzes.The The invention relates to a method of transmitting data over packet-switched transmission links and a corresponding radio station, in particular a mobile station or a base station of a mobile network.
Ein wesentliches Ziel zukünftiger Datenübertragungsverfahren ist die Zurverfügungstellung flexibler paketvermittelter übertragungsmodi, insbesondere über die Luftschnittstelle eines Mobilfunksystems.One essential goal of future Data transmission method is the provision flexible packet-switched transmission modes, especially about the air interface of a mobile radio system.
Zur Codierung von Daten sind flexible Multiratencodierer bekannt, die hinsichtlich ihrer Ausgangsdatenrate variabel sind. Auch ist es bekannt, Daten mittels solcher Multiratencodierer in Datenpakete zu codieren und die derart paketierten Daten in Datensegmente aufzuteilen.to Coding of data is known as flexible multirate coder are variable in terms of their output data rate. It is too known, data by means of such multi-rate coder in data packets to code and split the data so packetized into data segments.
Insbesondere dann, wenn die Größe der Datenpakete und/oder der Datensegmente gerasterte vordefinierte Datengrößen aufweisen, wird die Übertragungskapazität paketvermittelter Übertragungsstrecken nicht bei jeder Kombination von Ausgangsdatenrate, Datengröße der verwendeten Datenpakete und Datengröße der verwendeten Datensegmente gleich effizient ausgenutzt.Especially then, if the size of the data packets and / or the data segments have rasterized predefined data sizes, becomes the transmission capacity of packet-switched transmission links not with every combination of output data rate, data size of the used Data packets and data size of the used Data segments exploited equally efficiently.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine technische Lehre anzugeben, die eine effiziente Übertragung von Daten über paketvermittelte Übertragungsstrecken ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the problem, a technical teaching indicate that an efficient transmission of data over packet-switched transmission links allows.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche bestimmt. Im Rahmen der Erfindung liegen auch Weiterbildungen des Vorrichtungsanspruchs, die den abhängigen Ansprüchen des Verfahrensanspruchs entsprechen.The Invention is solved by the features of the independent claims. advantageous and appropriate training The invention is defined by the features of the dependent claims. in the The invention also relates to developments of the device claim, the dependent claims correspond to the method claim.
Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, die Ausgangsdatenrate eines Multiratencodierers derart dynamisch einzustellen, dass die Anzahl der – für die Übertragung der anfallenden Datenpakte erforderlichen – resultierenden Datensegmente minimiert wird und/oder dass der nicht mit Daten eines Datenpaketes belegte Teil eines Datensegments minimiert wird.The The invention is therefore based on the idea of the output data rate of a multirate encoder so dynamically adjust that the Number of - for the transfer the resulting data packets required - resulting data segments is minimized and / or that does not match data in a data packet Part of a data segment is minimized.
Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis liegt darin, dass die Kapazität paketvermittelter Übertragungsstrecken dann besonders effizient ausgenutzt werden kann, wenn die Datenpakete in möglichst wenige Datensegmente umgesetzt werden und/oder wenn der Teil der Datensegmente, der nach einer Umsetzung der zum Übertragen des Datenpaketes in Datensegmente freibleibt, möglichst klein ist.The The underlying realization of the invention is that the capacity packet-switched transmission links then can be exploited particularly efficiently when the data packets in as possible few data segments are implemented and / or when the part of the Data segments, after a conversion of the transmission of the data packet in data segments, if possible is small.
Aufwendige, der Erfindung zugrundeliegende Simulationen ergaben, dass diese Ziele durch eine dynamische Einstellung der Ausgangsdatenrate des Multiratencodierers erreicht werden können.elaborate, The invention underlying simulations showed that this Targets by dynamically setting the output data rate of the Multirate encoder can be achieved.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung dann Anwendung finden, wenn die Datenpakete und/oder die Datensegmente jeweils eine Datengröße aufweisen, die aus einer Vielzahl von vordefinierten Datengrößen entnommen ist. Die Datenpakete und/oder Datensegmente können also nur bestimmte vordefinierte gerasterte Datengrößen einnehmen, wobei die Datengrößen für die Datenpakete und die Datensegmente insbesondere verschieden sind.Especially Advantageously, the invention can then be applied when the data packets and / or the data segments each have a data size consisting of a Variety of predefined data sizes is taken. The data packets and / or data segments So only occupy certain predefined rasterized data sizes, where the data sizes for the data packets and the data segments are different in particular.
Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den Datenpaketen vor einer Aufteilung in Datensegmente noch ein Kopffeld hinzuzufügen, das insbesondere noch einer Kopffeldkompression unterzogen werden kann.Of course it lies it also in the context of the invention, the data packets before splitting in data segments to add a header field, especially still a head field compression can be subjected.
Eine bevorzugte Realisierung zur Erreichung der obengenannten Optimierungen, insbesondere Minimierungen, liegt darin, die Ausgangsdatenrate des Multiratencodierers in Abhängigkeit von einer Fehler-Verwurfsrate derart einzustellen, dass die Fehler-Verwurfsrate minimiert wird; die Fehler-Verwurfsrate beschreibt dabei insbesondere die Häufigkeit oder Frequenz, mit der empfangsseitig fehlerhafte oder als fehlerhaft detektierte Datenpakete verworfen werden.A preferred realization for achieving the above-mentioned optimizations, In particular minimizations, lies in the output data rate of Multi-rate coder depending from an error throw rate such that the error throw rate is minimized; in particular, the error-discarding rate is described here the frequency or frequency, with the receiving side faulty or as faulty detected data packets are discarded.
Ergänzend oder alternativ dazu können obengenannte Optimierungen, insbesondere Minimierungen dadurch erreicht werden, dass die Ausgangsdatenrate in Abhängigkeit von einer Verzögerungs-Verwurfsrate derart eingestellt wird, dass die Verzögerungs-Verwurfsrate minimiert wird. Die Verzögerungs-Verwurfsrate beschreibt dabei wieder die Häufigkeit und/oder Frequenz der Datenpakete, die empfangsseitig aufgrund eines über einen Verzögerungsschwellwert hinaus verzögerten Eintreffens verworfen werden. Die Verzögerungsdauer kann beispielsweise auf einer Zeitdauer, die zwischen dem Eintreffen zweier aufeinander folgender Datenpakte liegt, basieren.Complementary or Alternatively, you can the above optimizations, in particular minimizations achieved thereby be such that the output data rate depending on a delay throw rate is set that the delay throw rate is minimized. The delay throw rate describes again the frequency and / or frequency of the data packets, the receiving side due to a via a deceleration threshold delayed beyond Incoming be discarded. The delay period can be, for example on a period of time between the arrival of two consecutive based on the following data packages.
Besonders bevorzugten Einsatz findet die Erfindung in einer AMR(Adaptive Multrate)-Sprachübertragung in Echtzeit über paketvermittelte Übertragungskanäle, insbesondere eines Mobilfunknetzwerks. In diesem Fall erfolgt die Auswahl des AMR- Modus (Codecmodus), also die Einstellung der Ausgangsdatenrate des Multiratencodierers, bevorzugt in der Art, dass die durch das Mobilfunknetzwerk für den aktuellen Übertragungskanal ausgewählte Datengröße der Datensegmente optimal ausgenutzt wird. Ziel ist auch dabei insbesondere die Minimierung der benötigten Anzahl an Datensegmenten und des Segmentierungsoverheads des letzten Datensegmentes für ein AMR-Datenpaket, also die Minimierung des nicht mit Daten eines AMR-Datenpakets belegten Teils eines Datensegments.Especially preferred use of the invention in an AMR (Adaptive Multrate) speech transmission in real time packet-switched transmission channels, in particular a mobile network. In this case, the selection of the AMR mode (codec mode), ie the setting of the output data rate of the multirate coder, preferred in the way that by the mobile network for the current transmission channel selected Data size of the data segments optimally utilized. The goal is also to minimize the needed Number of data segments and the segmentation overhead of the last one Data segment for an AMR data packet, that is, the minimization of the data not occupied by data of an AMR data packet Part of a data segment.
Die Erfindung ist aber keinesfalls auf die AMR-Sprachübertragung begrenzt, sondern auch allgemein für Paketübertragungen von anderen Multiraten bzw. variabelratigen Signalen (Sprach-, Bild-, Multimedia-Signalen) einsetzbar.The However, the invention is by no means limited to AMR voice transmission, but rather also generally for packet transmissions from other multi-rate or variable-rate signals (voice, video, Multimedia signals) can be used.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher ` erläutert, zu deren Veranschaulichung nachstehend angeführte Figuren dienen:Below will be explained embodiments of the invention in more detail `, serve to illustrate the undermentioned figures:
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Realisierung von niederratigen Multimediaappliaktionen, wie Voice oder IP, über GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), über paketvermittelte Übertragungsstrecken erläutert, welche insbesondere auf dem GPRS(General Packe Radio Service) Protokoll basieren.in the The invention will now be described by way of example with reference to the realization low-level multimedia applications, such as voice or IP, via GERAN (GSM / EDGE Radio Access Network) over packet-switched transmission links explains which are based in particular on the GPRS (General Pack Radio Service) protocol.
Sprachsignale werden zunächst einer flexiblen Multiratencodierung unterzogen und dabei in Datenpakete umgesetzt. Als Multiratencodierer wird ein adaptiver Multiratencodierer (AMR) eingesetzt, wie er in "ETSI, GSM 06.90, version 7.2.1, Release 1998", beschrieben ist. Der gewählte AMR Codec modus bestimmt die Ausgangsdatenrate und die Datengröße der von dem Multiratencodierer ausgegebenen Datenpakete, wobei die Datengröße einer von mehreren vorgegebenen diskreten Datengrößen entspricht.voice signals be first subjected to a flexible multi-rate coding and thereby in data packets implemented. As a multi-rate coder, an adaptive multi-rate coder (AMR), as described in "ETSI, GSM 06.90, version 7.2.1, Release 1998. "The chosen AMR Codec mode determines the output data rate and the data size of data packets output to the multi-rate encoder, the data size of one of several predetermined discrete data sizes.
Diese in der Netwerkschicht (Network Layer) generierten Datenpakete werden in einer anderen Protokollschicht, insbesondere der RLC(Radio Link Control)/MAC (Medium Access Control)-Schicht in Datensegmente umgesetzt, welche schließlich nach eventuellen weiteren Verarbeitungsschritten über einen Funkkanal übertragen werden. Die Datengröße der Datensegmente entspricht dabei ebenfalls einer von mehreren vorgegebenen diskreten Datengrößen und wird von einem Radio Network Controller in Abhängigkeit von den Kanalbedingungen eingestellt.These in the network layer generated data packets in another protocol layer, in particular the RLC (Radio Link Control) / MAC (Medium Access Control) layer converted into data segments, which finally after any further processing steps via a Transmit radio channel become. The data size of the data segments also corresponds to one of several predefined discrete Data sizes and is controlled by a Radio Network Controller depending on the channel conditions set.
Die Erfindung optimiert dabei die Übertragungsqualität dadurch, dass der RMR Codec Modus so gewählt wird, dass die Anzahl der für die Übertragung der anfallenden Datenpakete erforderlichen Datensegmente minimiert wird, und/oder dass der nicht mit Daten eines Datenpaketes belegte Teil eines Datensegments minimiert wird.The Invention thereby optimizes the transmission quality, that the RMR codec mode is chosen that way will that number of for the transfer the required data packets required data segments minimized is and / or that does not match data in a data packet Part of a data segment is minimized.
Hierfür wird in
einem ersten Schritt
Überschreitet
dagegen die ermittelte Verzögerungszeit
den vorgegebenen Verzögerungsschwellwert nicht,
so wird zur Einstellung des Codecmodus in Schritt
Sind sowohl die Verzögerungs-Verwurfsrate als auch die Fehler-Vverwurfsrate vernachlässigbar, so wird versucht, unter Veränderung des aktuellen Codec Modus die vom Data Link Layer verwendete Segmentierung optimal auszunutzen. Dazu wird zunächst überprüft, ob durch eine Reduzierung des Codec Modus auf ein Datensegment verzichtet werden kann. Ist der Verzicht auf ein Datensegment auch bei Verwendung des niederratigsten Codec Modus nicht möglich, so wird das Datensegment optimal aufgefüllt. Optimal bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Codes Modus erhöht wird solange kein zusätzliches Datenseg ment verwendet werden muss. Im günstigsten Fall ist das Datensegment also komplett gefüllt.are both the delay-throw rate as well as the error-discard rate negligible, it is tried under change of the current codec mode, the segmentation used by the Data Link Layer optimally exploit. To do this, it first checks whether by reducing it of the codec mode can be dispensed on a data segment. is the abandonment of a data segment even when using the lowest-rate Codec mode not possible This optimally fills the data segment. Optimal means in this Related that the codes mode is increased as long as no additional Data segment must be used. In the best case, the data segment So completely filled.
Um ein optimales Füllen der Datensegmente zu ermöglichen, wird folgende Differenz-Matrix eingeführt. To allow optimal filling of the data segments, the following difference matrix is introduced.
Diese
hat die Größe 8 × 8 und
beinhaltet die Änderung
der Größe der Nutzdaten
beim Wechsel von einem Codecmodus zum an deren Codecmodus. Beispielsweise
beinhaltet Zeile
Die
Verwendung dieser Differenz-Matrix wird im Folgenden anhand eines
Beispiels kurz erklärt:
Mit
jedem Datenpaket, das der Multiratendecodierer empfangsseitig empfängt und
decodiert, werden auch Informationen über den aktuell verwendeten
Codecmodus und das aktuell verwendete Codierschema empfangen. Dabei
wird allerdings nicht explizit die Nummer des aktuellen Codierschemas übertragen,
sondern lediglich die Größe der aktuell
verwendeten Datensegmente und der Grad deren Belegung. Aus diesen
beiden Werten wird ermittelt, wieviele Bytes innerhalb eines Datensegmentes
ungenutzt sind und damit noch zur Verfügung stehen. Es wird versucht,
einen Codecmodus zu finden, der entweder einen Verzicht auf dieses
nicht komplett gefüllte
Datensegment zulässt,
oder falls dies nicht möglich
sein sollte, einen anderen Codecmodus zu finden, mit dem alle Datensegmente
optimal gefüllt
werden. Dabei kommt die oben beschriebene Differenz-Matrix zum Einsatz.
Ist das soeben empfangene Datenpaket beispielsweise mit dem Codecmodus
With each data packet that the multirate decoder receives and decodes on the receiving side, information about the currently used codec mode and the currently used coding scheme are also received. However, the number of the current coding scheme is not explicitly transmitted, but only the size of the currently used data segments and the degree of their occupancy. From these two values it is determined how many bytes within a data segment are unused and thus still available. An attempt is made to find a codec mode which either allows to dispense with this incompletely filled data segment or, if this is not possible, to find another codec mode with which all data segments are optimally filled. Here, the difference matrix described above is used. Is the data packet just received, for example, with the codec mode
Ein
Sprung vom Codecmodus
Die Funkstation weist eine Prozessoreinrichtung PE auf, die beispielsweise programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Daten mittels eines Multiratencodierers in Datenpakete codiert werden, wobei der Multiratencodierer hinsichtlich seiner Ausgangsdatenrate variabel ist. Die Daten eines Datenpaketes werden auf Datensegmente aufgeteilt, und die Ausgangsdatenrate des Multiratencodierers derart dynamisch eingestellt, dass die Anzahl der resultierenden Datensegmente minimiert wird, und/oder dass der nicht mit Daten eines Datenpaketes belegte Teil eines Datensegments minimiert wird.The Radio station has a processor device PE, for example program technically is set up such that the data by means of a multirate coder are coded into data packets, wherein the multirate coder is variable in terms of its output data rate. The data of a Data packets are split into data segments, and the output data rate the multirate coder set so dynamically that the number the resulting data segments is minimized, and / or that the not part of a data segment occupied by data packet data is minimized.
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