DE19813502C1 - Verfahren zum Weiterleiten digitaler, in einem TDMA-System erzeugter Information über eine ATM-Übertragungsstrecke - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Weiterleiten digitaler, in einem TDMA-System erzeugten Information, bei welchem die Übertragungsrahmen jeder Verbindung in ATM-Zellen verpackt und diese Zellen über eine ATM-Übertragungsstrecke übertragen werden, wobei die Zeitpunkte der Fertigstellung der Übertragungsrahmen der Verbindungen für die einzelnen Trägerfrequenzen des TDMA-Systems mit einer solchen zeitlichen Versetzung gewählt werden, daß diese Zeitpunkte über jeden einzelnen Zeitrahmen des TDMA-Systems weitgehend gleichmäßig verteilt sind. Weiters eine Basisstation (FP1) eines nach einem TDMA-Verfahren arbeitenden Mobilfunksystems, die ein Ausgangsdatenfeld (ADF) aufweist, welches zur Bereitstellung der Übertragungsrahmen für jede Verbindung eingerichtet ist, das Ausgangsdatenfeld mit einer ATM-Paketierung (ATP) verbunden ist, die zum Verpacken der Übertragungsrahmen in ATM-Zellen eingerichtet ist, welche zur Weiterleitung an eine Steuer- und Verarbeitungseinheit (BSC) des Mobilfunknetzes (NET) bestimmt sind, und das Ausgangsdatenfeld dazu eingerichtet ist, die Übertragungsrahmen der Verbindungen entsprechend dem obengenannten Verfahren fertigzustellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Weiterleiten digitaler, in einem TDMA-System erzeugter Information, bei welchem die Übertragungsrahmen jeder Verbindung in ATM-Zellen verpackt und diese Zellen über eine ATM-Übertragungsstrecke übertragen werden.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf eine Basisstation eines nach einem TDMA-Verfahren arbeitenden Mobilfunksystems, die zum Empfang von Informationen mobiler Teilnehmer und zur Weiterleitung dieser Informationen zu Steuer- und Verarbei­ tungseinheiten des Mobilfunknetzes eingerichtet ist.

Die bekannten GSM-Mobilfunksysteme (Global System for Mobile Communication) verwenden ein TDMA-Übertragungsverfahren (Time Division Multiple Access), bei welchem in gleichmäßigen Zeit­ abständen, hier z. B. 20 ms, für jede aktive Verbindung in einer Basisstation ein Übertragungsrahmen erzeugt und sodann in Richtung des BSC (Base Station Controller) übertragen wird, was üblicherweise über eine PCM 30-Strecke mit z. B. 2 MBit/s erfolgt. Die Übertragungsrahmen sind z. B. 260 Bit lang, wovon alle 125 µs zwei Bit in jeden von 130 PCM-Rahmen eingefügt werden. In diesem Fall dauert der vollständige Abtransport eines Übertragungsrahmens 16,25 ms.

ATM, die Kurzform für "Asynchronous Transfer Mode" ist eine Netzwerktechnologie, die zum Transport aller bekannten Si­ gnaldaten, wie reine Daten, Sprach- und Videodaten etc. ge­ eignet ist, wobei die Bezeichnung ATM gelegentlich als Syn­ onym für B-ISDN (= Broadband Integrated Services Digital Network) verwendet wird. Charakteristisch für ATM ist die Strukturierung in Zellen gleicher Länge. Die zu vermittelnde Information wird auf ATM = Zellen aufgeteilt, nämlich in Packets zu 53 Byte, die einen Zellenkopf (Header) mit 5 Byte und Nutzinformation (Payload) zu 48 Byte tragen. Dabei iden­ tifiziert die Kopfinformation eine bestimmte virtuelle Ver­ bindung. Im Gegensatz zu einem TDMA-Verfahren, bei welchem Zeitschlitze verschiedenen Typen von Datenverkehr im vorhin­ ein zugeordnet sind, wird der bei einer ATM-Schnittstelle an­ kommende Datenverkehr in die erwähnten 53-Byte-Zellen segmen­ tiert und diese Zellen werden sequentiell, so wie sie erzeugt wurden, weitergesandt. Nähere Einzelheiten zu ATM sind der Literatur entnehmbar. Beispielsweise sei hier genannt: "ATM- Networks, Concepts, Protocols and Applications", von Händel, Huber und Schröder, Verlag Addison-Wesley-Longman, 2. Aufl. 1994 (ISBN 0-201-42274-3).

Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Umsetzung von TDMA-Signalen in ATM-Zellen aus der EP 0 544 217 A1 bekannt, bei dem die zur Bildung der Zellen benötigte Aufbauzeit verkürzt werden kann.

Ein breitbandiges Mobilfunksystem ist aus der DE 195 37 044 A1 bekannt, bei dem Basisstationen mit Mobilstationen über gerichtete Funkstrec­ ken verbunden sind. Eine Umsetzung von TDMA-Signalen in ATM- Zellen erfolgt nicht in der Basisstation, sondern bereits vor der Funkübertragung. Die Kombination von Gleichwellenfunk, Richtfunk und ATM-Übertragung ermöglicht einen Einsatz vor­ zugsweise im Bahnmobilfunk.

Will man die Übertragung der Information aus dem oben genannte TDMA-System statt über eine PCM 30-Strecke über eine ATM-Strecke durch­ führen, so steht die volle Übertragungsbandbreite, ggf. ab­ züglich der Overheads für ATM-Headers, zur Verfügung und ein 260 Bit-Rahmen kann bei vergleichbarer Übertragungsgeschwin­ digkeit von 2 MBits/s mit ca. 126,95 µs, zuzüglich der er­ wähnten ATM-Overheads, übertragen werden.

Werden nun mehrere Übertragungsrahmen im TDMA-System gleich­ zeitig erzeugt oder werden Übertragungsrahmen erzeugt, solan­ ge noch andere Übertragungsrahmen auf den Abtransport warten, so entsteht eine Wartezeit, die im schlechtesten Fall 15 ms betragen kann, falls sämtliche Übertragungsrahmen zum selben Zeitpunkt für die ATM-Übertragung fertiggestellt werden, wo­ bei das oben genannte Beispiel mit seinen Zahlenwerten ange­ nommen wird. Derartige Wartezeiten machen aber die Vorteile, die eine ATM-Übertragung bietet, zum Teil zunichte.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches den soeben beschriebenen Nachteil besei­ tigt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß die Zeitpunkte der Fertigstellung der Übertragungsrahmen der Verbindungen für die einzelnen Trägerfrequenzen des TDMA-Systems mit einer solchen zeitlichen Versetzung gewählt werden, daß diese Zeit­ punkte über jeden einzelnen Zeitrahmen des TDMA-Systems weit­ gehend gleichmäßig verteilt sind.

Dank der Erfindung geht der durch die ATM-Technik erreichbare Zeitgewinn beim Abtransport der Übertragungsrahmen nicht durch eine Verlängerung der Wartezeit zwischen der Fertig­ stellung des Übertragungsrahmens und dem Beginn des Abtrans­ ports verloren, sodaß tatsächlich eine Verringerung der Ver­ zögerungszeiten erzielbar ist.

Die Erfindung zeigt besondere Vorteile, falls die Information in einem GSM-Mobilfunksystem erzeugt und von einer Basissta­ tion zu Steuer- und Verarbeitungseinheiten des Mobilfunknet­ zes in ATM-Zellen übertragen wird.

Die Erfindung eignet sich besonders für GSM-Mobilfunksysteme, daher sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung in gleicher Weise für derzeit in Ent­ wicklung befindliche, geplante Systeme, wie UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) bzw. Systeme der "Dritten Generation" eignet.

Zweckmäßigerweise kann dabei die Information in ATM-Zellen zu einer Basisstationssteuerung übertragen werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung, nämlich die bereits er­ wähnten Probleme in Zusammenhang mit einem Mobilfunksystem zu meistern, wird - ausgehend von einer Basisstation der oben erwähnten Art - dadurch gelöst, daß die Basisstation ein Ausgangsdatenfeld aufweist, welches zur Bereitstellung der Übertragungsrahmen für jede Verbindung eingerichtet ist, daß das Ausgangsdatenfeld mit einer ATM-Paketierung verbunden ist, die zum Verpacken der Übertragungsrahmen in ATM-Zellen einge­ richtet ist, welche zur Weiterleitung an eine Steuer- und Verarbeitungseinheit bestimmt sind, und daß das Ausgangsdatenfeld dazu eingerichtet ist, die Übertragungsrahmen der Verbindun­ gen für die einzelnen Trägerfrequenzen des TDMA-Systems mit einer solchen zeitlichen Versetzung zu Zeitpunkten fertigzu­ stellen, die über jeden einzelnen Zeitrahmen des TDMA-Systems weitgehend gleichmäßig verteilt sind.

Die Erfindung ist dabei besonders für die Basisstation eines GSM-Netzes zu empfehlen.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im folgenden anhand beispielsweiser Ausführungen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen Ausschnitt eines Mobil­ funknetzes mit einer Basisstation, einem Mobilteil und einer Basisstationssteuerung,

Fig. 2 in einem Diagramm die Fertigstellungszeitpunkte der Übertragungsrahmen innerhalb eines Zeitrahmens des TDMA- Systems nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 in einem zu Fig. 2 analogen Diagramm die Fertigstel­ lungszeitpunkte gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt zwei Basisstationen FP1, FP2 eines Mobilfunknet­ zes, z. B. eines GSM-Netzes, wobei sich in der Zelle der Ba­ sisstation FP1 ein Mobilteil MTE befindet. Den Basisstationen FP1, FP2 sowie anderen Basisstationen ist eine Basisstations­ steuerung BSC zugeordnet und dieser ist eine Mobilfunkschalt­ einheit MSC übergeordnet, die Zugriff zu anderen, hier nicht näher gezeigten Einheiten des Netzes NET hat. Die Basissta­ tionssteuerung BSC steht über eine geeignete Schnittstelle mit einem Festnetz, z. B. mit einem ISDN-Netz ISDN in Verbin­ dung.

Der Aufbau einer Basisstation ist am Beispiel der Basissta­ tion FP1 näher gezeigt, wobei die Pfeile den Weg einer über die Antenne ANT einlangenden Information bezeichnen. Nach der Antenne erfolgt ein analoges und digitales Filtern in einer Einheit ADF, eine Kanalschätzung und Störbefreiung in einer darauffolgenden Einheit KSS, eine gemeinsame Detektion in einer Einheit GDE, die Demodulation in einer Einheit DEM, eine Entschachtelung in einer Einheit ENS und eine Decodie­ rung in einer Einheit DEC. Auf die Einheit DEC, den Decodie­ rer, folgt ein Ausgangsdatenfeld ADF, welches die Verbindun­ gen bereitstellt, im vorliegenden Beispiel bis zu 80 Verbin­ dungen, und diese einer ATM-Paketierung ATP zuführt. Von dieser ATM-Paketierung ATP gelangen die Nachrichten über eine Leitung mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von beispiels­ weise 2 MBit/s zu der Basisstationssteuerung BSC.

Die Erfindung ist zwar im Zusammenhang mit einem für GSM- Mobilfunksysteme verwendeten TDMA-Übertragungsverfahren be­ schrieben, doch sollte klar sein, daß es sich hier lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt und andere Multiplexver­ fahren in Verbindung mit einer ATM-Übertragung gleichfalls den Gegenstand der Erfindung bilden.

Bei den nun hier betrachteten GSM-Mobilfunksystemen werden in der Basisstation alle 20 ms Übertragungsrahmen für jede akti­ ve Verbindung erzeugt und gegenwärtig in Richtung der Basis­ stationssteuerung BSC, d. h. uplink, mit Hilfe eines PCM 30 Submultiplexing übertragen, wobei die Übertragungslei­ tung wie bereits erwähnt üblicherweise für eine Übertragungs­ geschwindigkeit von 2 MBit/s eingerichtet ist. Bei Anwendung einer "Fullrate"-Codierung sind die Übertragungsrahmen je 260 Bits lang, wozu gegebenenfalls noch Kontrollinformationen kommen, und durch das PCM 30 Submultiplexing werden diese 260 Bits für die Übertragung auf 130 aufeinanderfolgende PCM- Rahmen verteilt. Die PCM-Rahmen sind alle 125 µs getaktet und alle 125 µs werden 2 Bits des Übertragungsrahmens abtranspor­ tiert, sodaß der Abtransport eines vollständigen Übertra­ gungsrahmens 16,25 ms benötigt.

Will man dagegen die Übertragungsrahmen in ATM-Zellen, z. B. in sogenannte AAL2-Minizellen einpacken und zum Abtransport in uplink-Richtung, etwa von der Basisstation zur Basis­ stationssteuerung bereitstellen, um die Technologie von ATM- Übertragungstrecken zu nutzen, so ist folgendes zu beachten: Da die volle Übertragungsbandbreite für den Transport auf einer ATM-Übertragungsstrecke zur Verfügung steht, benötigt der Abtransport eines Übertragungsrahmens mit 260 Bits ca. 126,95 µs, nämlich 32,5 Bytes . 3, 90625 µs/Byte, wozu noch der ATM-Overhead kommt. Ausgegangen wird dabei von einer vergleichbaren Geschwindigkeit der Übertragungsleitung von 2 MBit/s.

Die Zeitdauer des Abtransports ist ein wichtiger Anteil für die beim Transport des Übertragungsrahmens entstehende Verzö­ gerungszeit. Ein weiterer wichtiger Anteil der Verzögerungs­ zeit ist die variable Wartezeit, die jeder Übertragungsrahmen auf seinen Abtransport warten muß. Bei dem Abtransport der Übertragungsrahmen mit dem erwähnten PCM 30 Submultiplexing entsteht in derzeitigen GSM-Systemen keine Wartezeit, da der Übertragungsrahmen unmittelbar vor Beginn des Abtransports erzeugt wird. Will man jedoch Übertragungsrahmen über ATM- Zellen abtransportieren, so entsteht eine Wartezeit, wenn mehrere Übertragungsrahmen gleichzeitig zum Abtransport er­ zeugt werden oder wenn Übertragungsrahmen erzeugt werden, solange noch andere Übertragungsrahmen auf den Abtransport warten.

Dabei werden im schlechtesten Fall sämtliche Übertragungsrah­ men zum selben Zeitpunkt für die ATM-Übertragung fertigge­ stellt. Dann ist die Verteilung der Wartezeit für die Über­ tragungsrahmen diskret gleich verteilt vom 0-ten bis zum (n-1)-ten Vielfachen der Abtransportdauer eines Übertragungs­ rahmens, wobei n die Anzahl der gleichzeitig zum Abtransport erzeugten Übertragungsrahmen ist. Die mittlere Wartezeit beträgt dann das n/2 Vielfache der Abtransportdauer eines Übertragungsrahmens und die maximale Wartezeit ist das (n-1)- fache der Abtransportdauer.

Im besten Fall werden alle Übertragungsrahmen zu unterschied­ lichen Zeitpunkten für die ATM-Übertragung fertiggestellt und es gibt dann keine Wartezeiten zwischen der Fertigstellung der Übertragungsrahmen zum Abtransport und dem Beginn des Abtransports. Von dem oben genannten Beispiel, bei welchem die Übertragungsrahmen 260 Bit lang sind und mit 2 MBit/s übertragen werden, ausgehend, kann die mögliche Einsparung an Verzögerung für die Übertragungsrahmen im Mittel bis zu ca. 7,6 ms und im höchsten Fall bis zu ca. 15 ms betragen.

In einer GSM-Basisstation liegen bei einer Fullrate Codierung bis zu 120 Verbindungen je PCM 30 Leitung vor und die Über­ tragungsrahmen der verschiedenen Verbindungen der acht TDMA Zeitschlitze einer bestimmten Trägerfrequenz werden in Ab­ ständen von 577 µs am Beginn eines jeden 20 ms langen Zeitrahmens zum Abtransport fertiggestellt. In der 6-ten bis zur 20-ten Millisekunde des Zeitrahmens werden keine Übertra­ gungsrahmen mehr zum Abtransport fertiggestellt.

Obiges wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 besser veranschaulicht, wobei ein 20 ms-Zeitrahmen gezeigt ist und hier zur Vereinfachung lediglich 10 Trägerfrequenzen angenom­ men werden, die mit f1 bis f10 bezeichnet sind. Die Zeitpunk­ te für die Fertigstellung von Übertragungsrahmen sind mit einem Pfeil angedeutet und Fig. 2, welche sich auf den Stand der Technik bezieht, zeigt, daß der Beginn der Zeitrahmen für die unterschiedlichen Trägerfrequenzen synchronisiert ist, was zu dem bereits erwähnten Problem mit der Verzögerung des Abtransportes führt.

Die Erfindung sieht daher ein Verfahren vor, das in Fig. 3 veranschaulicht ist, wobei ebenso von 8 Zeitschlitzen und 10 Trägerfrequenzen somit 80 möglichen Verbindungen ausgegangen wird. Demnach wird der jeweilige Beginn des 20 ms-Zeitrahmens für eine Trägerfrequenz so versetzt, daß die Zeitpunkte für die Fertigstellung der Übertragungsrahmen möglichst gleichmä­ ßig über den gesamten Zeitrahmen verteilt sind. Die Darstel­ lung nach Fig. 3 zeigt natürlich nur eine mögliche Verteilung innerhalb des Zeitrahmens und es ist klar, daß zur Steuerung des Ausgangsdatenfeldes ADF in der Basisstation FP1 zur Fer­ tigstellung der Übertragungsrahmen unterschiedliche Algorith­ men verwendet werden können, die auch auf stochastischen oder pseudostochastischen Grundsätzen beruhen können. Dabei ist es dem Fachmann klar, daß das "Verteilungsmuster" der Fertig­ stellungszeitpunkte auch dann befriedigende Ergebnisse lie­ fern kann, wenn es anders aussieht als in Fig. 3 gezeichnet, und in diesem Sinne ist auch der Begriff "weitgehend gleich­ mäßig verteilt" zu verstehen.

Die Erfindung ermöglichst es, daß der Zeitgewinn beim Ab­ transport der, Übertragungsrahmen, der sich durch die ATM- Technik erreichen läßt, erhalten bleibt und nicht wieder durch eine Verlängerung der Wartezeit zwischen dem Fertig­ stellen der Übertragungsrahmen und dem Beginn ihres Abtrans­ ports verloren geht.

Claims (5)

1. Verfahren zum Weiterleiten digitaler, in einem TDMA- System erzeugter Information, bei dem

• 1. die Übertragungsrahmen jeder Verbindung in ATM-Zellen verpackt und diese Zellen über eine ATM-Übertragungsstrecke übertragen werden,
• 2. die Zeitpunkte der Fertigstellung der Übertragungsrahmen der Verbindungen für die einzelnen Trägerfrequenzen des TDMA- Systems mit einer solchen zeitlichen Versetzung gewählt wer­ den, daß diese Zeitpunkte über jeden einzelnen Zeitrahmen des TDMA-Systems weitgehend gleichmäßig verteilt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Information in einem Mobilfunksystem erzeugt und von ei­ ner Basisstation zu Steuer- und Verarbeitungseinheiten des Mobilfunknetzes in ATM-Zellen übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Information in ATM-Zellen zu einer Basisstationssteuerung übertragen wird.

4. Basisstation (FP1) eines nach einem TDMA-Verfahren arbei­ tenden Mobilfunksystems,

• 1. die zum Empfang von Informationen mobiler Teilnehmer und zur Weiterleitung dieser Informationen zu Steuer- und Verar­ beitungseinheiten des Mobilfunknetzes (NET) eingerichtet ist,
• 2. die ein Ausgangsdatenfeld (ADF) aufweist, das zur Bereit­ stellung der Übertragungsrahmen für jede Verbindung einge­ richtet und mit einer ATM-Paketierung (ATP) zum Verpacken der Übertragungsrahmen in ATM-Zellen verbunden ist, welche zur Weiterleitung an eine Steuer- und Verarbeitungseinheit (BSC) bestimmt sind, und
• 3. wobei das Ausgangsdatenfeld dazu eingerichtet ist, die Übertragungsrahmen der Verbindungen für die einzelnen Träger­ frequenzen des TDMA-Systems mit einer solchen zeitlichen Ver­ setzung zu Zeitpunkten fertigzustellen, die über jeden ein­ zelnen Zeitrahmen des TDMA-Systems weitgehend gleichmäßig verteilt sind.

5. Basisstation (FP1) nach Anspruch 4, die als Basisstation eines GSM-Netzes ausgebildet ist.