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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Sprachcodierung einsetzende Mobilkommunikationssysteme
und insbesondere eine Übertragungseinrichtung
für Zwischenvermittlungsverbindungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Mobilkommunikationsnetzwerke
bieten einen Dienst üblicherweise
in einem seht weit reichenden Bereich, was auf einer von einem terrestrischen Basisstationsnetzwerk
oder von Satellitenverstärkern angebotenen
Funkabdeckung basiert. Basisstationssysteme oder terrestrische Satellitenstationen
sind mit Mobildienstevermittlungsstellen verbunden. Die WO-A-930078 offenbart
ein ATM-Übertragungsnetzwerk
zwischen Basisstationen und einer Mobilvermittlungsstelle. Ein Netzwerkbetreiber
kann mehrere miteinander verbundene Mobildienstevermittlungsstellen
einsetzen. Außerdem
müssen
die Mobildienstevermittlungsstellen Verbindungen zum öffentlichen
Telefonnetz PSTN und zu anderen Mobilkommunikationsnetzwerken in
verschiedenen Ländern aufweisen.
Normalerweise sind digitale Zwischenvermittlungsverbindungen bereitgestellt, über die
Sprache und Daten in 64 kbit/s-PCM-(Pulscodemodulation) Kanälen übermittelt
werden. Diese Verbindungen können
fest oder halbfest sein, oder sie können für jeden Ruf einzeln hergestellt
werden. Die festen oder halbfesten Verbindungen sind gekaufte oder
gemietete Verbindungen. In jedem Fall ist es für die Betreiber wichtig, die Ausnutzung
der Verbindungskapazität
zu optimieren und die sich daraus ergebenden Kosten zu minimieren.
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Eine
Art und Weise, dies zu realisieren, besteht im Multiplexen mehrerer
Rufe in einem PCM-Kanal. Da zwischen den Vermittlungen eine standardmäßige PCM-Schnittstelle
besteht, über
die z. B. Sprache in der Form von 64 kbit/s-PCM-Abtastwerten übermittelt wird, erfordert
dies an den Enden der Verbindung eine Sprachkomprimierung, d. h. eine
Sprachcodierung auf eine niedrigere Rate, sowie eine Dekomprimierung.
Komprimierungseinrichtungen sind komplex und verursachen Kompatibilitäts- und
Signalisierungsprobleme an den Zwischenvermittlungsschnittstellen.
Außerdem
verschlechtert eine Sprachcodierung auf eine niedrige Rate unweigerlich
die Sprachqualität
im Vergleich zu einer 64 kbit/s-PCM-Codierung und ist daher nicht
immer eine akzeptable Lösung.
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Bei
digitalen Mobilkommunikationssystemen ist auch die gesamte Sprach-
und Datenübertragung digital.
Was das Mobilkommunikationsnetzwerk betrifft ist der Funkpfad zwischen
den Mobilstationen und den Basisstationen die am meisten begrenzte Ressource.
Um die Bandbreitenanforderungen einer Funkverbindung im Funkpfad
zu reduzieren, verwendet eine Sprachübertragung eine Sprachcodierung, die
eine niedrigere Übertragungsrate
gestattet, zum Beispiel 16 oder 18 kbit/s anstelle der typischerweise bei
Telefonnetzwerken verwendeten Übertragungsrate
von 64 kbit/s. Eine Sprachcodierung, die auf einer Darstellung von
Sprache als Parameter beruht, wird hierin zur Unterscheidung zu
einer PCM-Codierung im Allgemeinen als Vocodierung (Sprachcodierung)
bezeichnet. Beide Seiten der Funkschnittstelle, d. h. sowohl die
Mobilstation als auch das Festnetzende, weisen einen Sprachcodierer
und einen Sprachdecodierer auf. Der Sprachcodierer auf der Netzwerkseite
wird manchmal auch als Codeumsetzer bezeichnet. Der Codeumsetzer
kann an mehreren alternativen Orten angeordnet sein, zum Beispiel an
der Basisstation oder in der Mobildienstevermittlungsstelle. Der
Codeumsetzer ist oft entfernt von der Basisstation in einer „Fern-Codeumsetzereinheit" angeordnet. Im letzteren
Fall werden Sprachcodierungsparameter zwischen der Basisstation
und der Codeumsetzereinheit in speziellen Rahmen gesendet.
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Bei
jedem an einem Mobilgerät
abschließenden
oder von einem Mobilgerät
abgehenden Sprachruf ist ein Codeumsetzer mit der Sprachverbindung auf
der Netzwerkseite verbunden. Die Schnittstelle des Codeumsetzers
in Richtung der Mobildienstevermittlungsstelle beträgt 64 kbit/s.
Der Codeumsetzer decodiert das vom Mobilgerät abgehende Sprachsignal (Uplink-
bzw. Aufwärtsstreckenrichtung),
das in einen 8/16 kbit/s-Übertragungskanal
vocodiert ist, auf eine Rate von 64 kbit/s und codiert das am Mobilgerät abschließende 64
kbit/s-Sprachsignal (Downlink- bzw. Abwärtsstreckenrichtung) auf eine
Rate von 8/16 kbit/s. Daher ist auch die Sprachqualität niedriger
als bei einem normalen Telefonnetzwerk.
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Komprimierungseinrichtungen
an Zwischenvermittlungsverbindungen würden die Sprachqualität jedoch
noch weiter verschlechtern. Dies beruht auf einer Tandem- bzw. Reihensprachcodierung:
Codierung an der Mobilstation, Decodierung im Codeumsetzer, Codierung
in einer ersten Komprimierungseinrichtung und Decodierung in einer
zweiten Komprimierungseinrichtung. In einem solchen Fall ist zum Beispiel
ein Teilnehmer des Rufs eine Mobilstation und der andere ein Teilnehmer
eines öffentlichen
Telefonnetzes (PSTN: „public
switched telephone network").
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Erfolgt
der Ruf zwischen zwei Mobilstationen (Mobil-zu-Mobil-Ruf, MMC), kann sogar eine mehrfache
Sprachcodierung durchgeführt
werden. In einem solchen Fall existiert ein Codeumsetzer auf der
Verbindung zwischen der rufenden Mobilstation und der Mobildienstevermittlungsstelle
sowie entsprechend ein zweiter Codeumsetzer zwischen dem gerufenen Mobilteilnehmer
und (der gleichen oder einer anderen) Mobildienstevermittlungsstelle.
Diese Codeumsetzer sind dann als Ergebnis einer normalen Rufvermittlung über die
Verbindung zwischen den Mobildienstevermittlungsstellen miteinander
verbunden. Mit anderen Worten gibt es für jeden MMC-Ruf zwei Codeumsetzereinheiten
in Reihenschaltung, und Sprachcodierung sowie -decodierung werden
für den Ruf
zweimal durchgeführt.
Bislang hat eine Tandem-Codierung kein wesentliches Problem dargestellt,
weil relativ wenige Rufe MMC-Rufe waren. Mit steigender Anzahl von
Mobilstationen wird jedoch auch die Anzahl von MMC-Rufen immer größer. Eine Sprachkomprimierungsfunktion
auf der Zwischenvermittlungsverbindung würde die Situation durch Erhöhen der
Anzahl von Sprachcodierungsoperationen auf drei verschlechtern.
Muss der Ruf über
mehrere Mobildienstevermittlungsstellen und über komprimierte Zwischenverbindungen
geleitet bzw. geroutet werden, kann die Anzahl von Sprachcodierungsoperationen
vervielfacht sein.
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Die
EP-A-332345 und die US-A-5301190 offenbaren Übertragungs- oder Komprimierungsvorrichtungen
mit einem Codierer/Decodierer zur Codierung eines hochratigen Sprachsignals
in ein niederratiges Signal, das zur Übertragung zwischen den Vorrichtungen
mit anderen ähnlichen
Signalen zeitlich zu multiplexen ist. Die EP-A-332345 offenbart weiter eine Anordnung
zur Unterdrückung
mehrfacher Codierungen/Decodierungen über eine Verbindung hinweg.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist eine neue Übertragungseinrichtung zur
Optimierung von Zwischenvermittlungsverbindungen.
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Die
Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung
gemäß Anspruch
1.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäß Anspruch 10.
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Bei
der Erfindung sind beide Enden der Verbindung zwischen Netzwerkelementen
in einem Telekommunikationsnetzwerk, wie etwa Vermittlungen oder
Basisstationssteuerungen, mit einer Übertragungseinrichtung versehen,
die mit dem jeweiligen der Netzwerkelemente mittels PCM-Kanälen verbunden
ist. Vorzugsweise ist zumindest eine der Vermittlungen eine Mobildienstevermittlungsstelle.
Zwischen der Vermittlung und der Komprimierungseinrichtung transportierte
Sprache ist entweder reine PCM-codierte Sprache oder PCM-codierte
Sprache, bei der ein oder mehrere niederstwertige Bits des PCM-Abtastwerts
einen Unterkanal für
vocodierte Sprache niedrigerer Rate bereitstellen. Dieser Unterkanal
enthält
die gleichen Sprachinformationen wie die PCM-Abtastwerte, aber in Form von Sprachparametern
des vom Mobilkommunikationssystem eingesetzten Vocodierungsverfahrens.
Zwischen den Übertragungseinrichtungen
trägt ein
PCM-Kanal mehrere Unterkanäle.
Die sendende Komprimierungseinrichtung analysiert das von der Vermittlung empfangene
Sprachsignal. Enthält
das Sprachsignal einen Unterkanal vocodierter Sprache, wird der
Inhalt dieses Unterkanals in einen der Unterkanäle im PCM-Kanal zwischen den Übertragungseinrichtungen
gemultiplext. Für
einen Fall, bei dem das Sprachsignal nur PCM-codierte Sprache enthält, umfasst die Übertragungseinrichtung
eine Codeumsetzereinheit, die die PCM-codierte Sprache durch das
Vocodierungsverfahren des Mobilkommunikationssystems codiert. Dies
ergibt ein vocodiertes Sprachsignal niedrigerer Rate, das dann in
einen der Unterkanäle
im PCM-Kanal zwischen den Komprimierungseinrichtungen gemultiplext
wird.
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Die
empfangende Übertragungseinrichtung weist
einen Codeumsetzer auf, der das von jedem Unterkanal in PCM-Abtastwerten empfangene
vocodierte Sprachsignal gemäß dem vom
Mobilkommunikationssystem eingesetzten Vocodierungsverfahren decodiert.
Zusätzlich
fügt die Übertragungseinrichtung
den vocodierten Sprachinhalt des Unterkanals in ein oder mehrere
niederstwertige Bits der PCM-Abtastwerte ohne Decodierung ein. Danach werden
die PCM-Abtastwerte und der darin enthaltene vocodierte Unterkanal über einen
dedizierten PCM-Kanal an die Vermittlung übermittelt.
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Die
Erfindung gestattet erhebliche Einsparungen bei Zwischenvermittlungsverbindungen. Setzt
zum Beispiel ein Unterkanal ein Bit in einem PCM-Abtastwert ein,
können
8 Sprachsignale in den PCM-Abtastwert gemultiplext werden. Die Anzahl
erforderlicher verbindender PCM-Streckenabschnitte wird
daher erheblich reduziert, z. B. von 7 auf 1, da einige der Zeitschlitze
zur Signalisierung eingesetzt werden.
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Da
zwischen der Vermittlung und der Übertragungseinrichtung der
Erfindung eine normale PCM-Schnittstelle
besteht, ist die Einrichtung ohne jegliche Kompatibilitätsprobleme
für alle
Zwischenvermittlungs-PCM-Streckenabschnitte
geeignet. Die Einsparung bei der Anzahl verbindender Streckenabschnitte
wird erreicht, obwohl der in der PCM-codierten Sprache „versteckte" vocodierte Unterkanal
niedrigerer Rate nicht andernorts eingesetzt wird. In diesem Fall
wird eine Komprimierung jedoch eine Verschlechterung der Sprachqualität verursachen,
wie es vorstehend beschrieben wurde.
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In
jedem Fall ermöglicht
der in der PCM-codierten Sprache „versteckte" vocodierte Unterkanal eine
Vermeidung mehrfacher Sprachcodierung, falls der Codeumsetzer des
Mobilkommunikationssystems fähig
ist, ihn einzusetzen. Die gleichzeitig anhängige PCT-Anmeldung WO-96/32823
der Anmelderin offenbart einen derartigen Codeumsetzer mit einer
Vermeidung von „Tandem-Codierung". Ein MMC-Ruf wird
mittels normaler Vorgänge
derart hergestellt, dass die Verbindung zwei Codeumsetzer in Tandem-Konfiguration
aufweist. Die zwischen einem Codeumsetzer und einer Mobilstation übermittelte Sprache
wird durch ein Vocodierungsverfahren codiert, das die Übertragungsrate
verringert. Beide Codeumsetzer führen
die normalen Codeumsetzungsfunktionen auf der Sprache durch, decodieren
sie in einem Codeumsetzer in normale digitale, pulscodemodulierte
(PCM-) Sprachabtastwerte, die an den zweiten Codeumsetzer weitergeleitet
werden und in diesem durch das Vocodierungsverfahren codiert werden.
In dem Unterkanal, der durch ein oder zwei niederstwertige Bits
der PCM-Sprachabtastwerte bereitgestellt ist, werden gleichzeitig
Sprachinformationen gemäß dem Vocodierungsverfahren übermittelt, die
von der Mobilstation empfangen werden. Die Informationen weisen
Sprachparameter auf, auf denen in keinem der in Reihe verbundenen
Codeumsetzer Codeumsetzungsfunktionen (Codierung und Decodierung)
durchgeführt
werden. Der empfangende Codeumsetzer wählt vornehmlich die Sprachinformationen
aus, die diesem Vocodierungsverfahren entsprechen, um über die
Funkschnittstelle zur empfangenden Mobilstation übertragen zu werden. Demzufolge wird
eine Vocodierung hauptsächlich
nur in den Mobilstationen durchgeführt, und die vocodierten Sprachinformationen – d. h.
Sprachparameter – durchlaufen
das Mobilkommunikationsnetzwerk ohne eine Tandem-Codierung, was die Sprachqualität verbessert.
Kann der empfangende Codeumsetzer in den niederstwertigen Bits der
PCM-Sprachabtastwerte keine vocodierten Sprachinformationen finden,
werden die über
die Funkschnittstelle zu übertragenden Sprachinformationen
von den PCM-Sprachabtastwerten auf die normale Art und Weise codiert.
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Empfängt die Übertragungseinrichtung
der Erfindung PCM-Abtastwerte
mit vocodierten Sprachinformationen in den niederstwertigen Bits
von einem Codeumsetzer des vorstehenden Typs, leitet die Übertragungseinrichtung
diese vocodierten Sprachinformationen ohne eine Codeumsetzung an
einen Unterkanal auf der verbindenden PCM-Strecke weiter. Die zweite Übertragungseinrichtung
decodiert die PCM-Abtastwerte von den vom Unterkanal empfangenen
vocodierten Sprachinformationen, und die vocodierten Sprachinformationen
werden ohne Decodierung in die niederstwertigen Bits dieser PCM-Abtastwerte
eingefügt.
Unterstützt
auch der zweite Codeumsetzer eine Tandem-Vermeidung, leitet er die vocodierten Sprachinformationen
ohne Decodierung oder Codierung an die Mobilstation weiter. Die Übertragungseinrichtung
gemäß der Erfindung
wird daher keine zusätzliche
Vocodierung oder Verschlechterung der Sprachqualität bei einem
MMC-Ruf verursachen. Unterstützt
die andere Seite, z. B. ein Teilnehmer in einem PSTN-Netzwerk, eine
Tandem-Vermeidung
nicht, verwendet er von der anderen Übertragungseinrichtung decodierte
PCM-Abtastwerte. In der entgegengesetzten Richtung vocodiert die
zweite Übertragungseinrichtung
vom PSTN-Netzwerk empfangene PCM-Abtastwerte
und überträgt die vocodierten
Sprachinformationen an die verbindende PCM-Strecke. Die erste Übertragungseinrichtung und
der erste Codeumsetzer leiten die vocodierten Sprachinformationen
als solchen an die Mobilstation weiter. Auch bei diesem Fall verursacht
die Übertragungseinrichtung
keine zusätzliche
Vocodierung, da die Codierung und Decodierung nur an der Mobilstation
und in der zweiten Übertragungseinrichtung durchgeführt werden.
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Die Übertragungseinrichtung
gemäß der Erfindung
beeinträchtigt
weder Vermittlungs-Nachrichtenaustausch noch abgehende Sprachspeicherungsrufe.
Dies beruht auf der Tatsache, dass diese normale PCM-Signale beinhalten,
auf denen für
die Zwischenvermittlungsübertragung
eine Komprimierung gemäß der Erfindung
durchgeführt
wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung unterstützt
die Übertragungseinrichtung
der Erfindung zwei oder mehr Vocodierungstypen, die vom Mobilkommunikationssystem
eingesetzt werden. Die Übertragungseinrichtung
gemäß der Erfindung
kann das auf dem verbindenden PCM-Streckenabschnitt einzusetzende Vocodierungsverfahren
durch Identifizieren des im Unterkanal auf der PCM-Schnittstelle zwischen
der Vermittlung und der Übertragungseinrichtung
eingesetzte Vocodierungsverfahren auswählen. Weist diese PCM-Schnittstelle
keine codierte Sprache auf, kann die Übertragungseinrichtung ein vorausgewähltes Vocodierungsverfahren
als Voreinstellung verwenden. Haben zum Beispiel zwei Mobilstationen
bei einem Ruf unterschiedliche Vocodierungsverfahren ausgewählt, kann
die Übertragungseinrichtung
in zumindest einer Übertragungsrichtung auf
der codierten Sprache eine Konvertierung von einem Vocodierungsverfahren
zu einem anderen durchführen.
Es ist möglich,
dass die Konvertierung in der anderen Übertragungsrichtung durch eine TRAU-Einheit
durchgeführt
wird. Es sei beispielhaft angenommen, dass der erste Vocodierungstyp,
der an der PCM-Schnittstelle der Vermittlung eingesetzt wird, anders
ist als das auf der verbindenden PCM-Strecke eingesetzte Vocodierungsverfahren.
In einem solchen Fall wird die Übertragungseinrichtung die
von der Vermittlung empfangenen Sprachinformationen, die dem ersten
Vocodierungsverfahren entsprechen, in einen linearen PCM-Abtastwert decodieren
oder die empfangenen PCM-Abtastwerte direkt
anwenden, wobei die Abtastwerte dann gemäß dem zweiten Vocodierungsverfahren
in Sprachinformationen codiert werden. Unterschiedliche Vocodierungsverfahren
weisen oft unterschiedliche Bitraten auf, siehe zum Beispiel GSM-Vollraten-Vocodierung (Übertragungsrate
von typischerweise 16 kbit/s) und Halbraten-Vocodierung (Übertragungsrate
von typischerweise 8 kbit/s). In diesem Fall können die verbindenden PCM-Strecken
zum Beispiel vier 16 kbit/s-Unterkanäle aufweisen,
die zum Beispiel Sprachinformationen mit 8 kbit/s oder 16 kbit/s übermitteln können. Es
ist ebenfalls möglich,
dass auf den Zwischenvermittlungsverbindungen einige der Übertragungseinrichtungen
und der verbindenden Strecken angepasst werden, um nur eine Vollraten-Vocodierung einzusetzen,
und einige der Übertragungseinrichtungen
und der verbindenden Strecken angepasst werden, nur eine Halbraten-Vocodierung
einzusetzen.
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Durch Übertragungseinrichtungen
gemäß der Erfindung
können
auch Daten übermittelt
werden. In diesem Fall sind die Übertragungseinrichtungen
mit den erforderlichen Ratenanpassungsfunktionen versehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, bei
denen zeigen:
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1 ein
Mobilkommunikationssystem gemäß der Erfindung,
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2 einen
TRAU-Sprachrahmen gemäß GSM-Empfehlung
8.60,
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3a und 3b die
Bildung von Unterkanälen
in niederstwertigen Bits eines PCM-Abtastwerts,
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4 die
erfindungsgemäße Einfügung des TRAU-Rahmens
gemäß 2 in
160 aufeinander folgende 8 Bit-PCM-Abtastwerte,
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5 ein
Blockschaltbild der Übermittlung von
Signalen von sieben PCM-Kanälen über eine verbindende
PCM-Strecke mittels einer Übertragungseinrichtung
der Erfindung,
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6a und 6b die
Bildung von Unterkanälen
in niederstwertigen Bits eines PCM-Abtastwerts in einem PCM-Kanal zwischen den Übertragungseinrichtungen,
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7 und 8 Blockschaltbilder
des Betriebs der Übertragungseinrichtungen
an den unterschiedlichen Enden der verbindenden PCM-Strecke.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung ist auf jedes Mobilkommunikationssystem anwendbar, das
digitale Sprachübertragungs-
und Sprachcodierungstechniken einsetzt, die die Übertragungsrate verringern.
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Ein
Beispiel ist das europäische
digitale zellulare Mobilkommunikationssystem GSM („Global System
for Mobile Communications"),
welches zu einem weltweiten Standard für Mobilkommunikationssysteme
wird. Die grundlegenden Elemente des GSM-Systems sind in den GSM-Empfehlungen
beschrieben. Für
eine genauere Beschreibung des GSM-Systems wird Bezug genommen auf die GSM-Empfehlungen
und „The
GSM System for Mobile Communications" von M. Mouly & M-B. Pautet, Palaiseau, Frankreich
1992, ISBN: 2-9507190-0-7.
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Das
GSM-System und seine Modifikation DCS 1800 („Digital Communication System"), das im Frequenzbereich
von 1800 MHz arbeitet, sind die primären Ziele für die Erfindung, aber es ist
nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf diese Systeme beschränkt ist.
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1 beschreibt
sehr kurz die grundlegenden Elemente des GSM-Systems. Eine Mobildienstevermittlungsstelle
MSC handhabt die Verbindung ankommender und abgehender Rufe. Sie
führt Funktionen
durch, die ähnlich
zu denjenigen einer Vermittlung eines Festnetzes sind. Zusätzlich zu
diesen führt sie
auch Funktionen durch, die nur für Mobilkommunikationen
charakteristisch sind, wie etwa eine Teilnehmerstandortverwaltung.
Mobile Funkstationen MS, d. h. Mobileinheiten, sind durch Basisstationssysteme
mit der Vermittlung MSC verbunden. Ein Basisstationssystem besteht
aus einer Basisstationssteuerung BSC und Basisstationen BTS. Eine
Basisstationssteuerung BSC wird zum Steuern mehrerer Basisstationen
BTS verwendet.
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Das
GSM-System ist vollständig
digital und Sprach- sowie Datenübertragungen
werden auch vollständig
digital durchgeführt,
was zu einer gleichmäßigen Sprachqualität führt. Bei
einer Sprachübertragung
ist das momentane, in Verwendung befindliche Sprachcodierungsverfahren
RPE-LTP („Regular Pulse
Excitation – Long
Term Prediction"),
das sowohl kurzfristige als auch langfristige Vorhersage einsetzt.
Die Codierung erzeugt LAR-, RPE- und LTP-Parameter, die anstelle der tatsächlichen
Sprache gesendet werden. Eine Sprachübertragung wird in den GSM-Empfehlungen in Kapitel
6 behandelt, und Sprachcodierung insbesondere in Empfehlung 06.10.
In naher Zukunft werden andere Codierungsverfahren wie etwa Halbraten-Verfahren
und eine Codierung mit reduzierter Vollrate eingesetzt; mit diesen
kann die Erfindung als solche verwendet werden. Da sich die Erfindung
nicht auf das eigentliche Sprachcodierungsverfahren bezieht und
unabhängig von
diesem ist, wird hierin kein Sprachcodierungsverfahren ausführlicher
beschrieben. Bei der vorliegenden Anmeldung wird das Sprachcodierungsverfahren
zur Unterscheidung von einer normalen PCM-Codierung als Vocodierung
(Sprachcodierung) bezeichnet.
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Natürlich muss
die Mobilstation einen Sprachcodierer und -decodierer zur Sprachcodierung
aufweisen. Da die Implementierung der Mobilstation weder wesentlich
für die Erfindung
noch einheitlich ist, wird sie in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben.
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Auf
der Netzwerkseite sind verschiedene Funktionen in Bezug auf eine
Sprachcodierung und Ratenanpassung in einer Codeumsetzereinheit TRAU
(„Transcoder/Rate
Adaptor Unit") eingebunden.
Die TRAU kann gemäß einer
vom Hersteller getroffenen Auswahl an mehreren alternativen Orten
im System angeordnet sein. Die Schnittstellen der Codeumsetzereinheit
umfassen eine 64 kbit/s-PCM-(Pulscodemodulation)
Schnittstelle in Richtung der Mobildienstevermittlungsstelle MSC (A-Schnittstelle)
sowie eine 16- oder 8 kbit/s-Abis-Schnittstelle in Richtung der
Basisstation BTS.
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In
Fällen,
bei denen die Codeumsetzereinheit TRAU entfernt von einer Basisstation
BTS platziert ist, werden Informationen auf der Abis-Schnittstelle
zwischen der Basisstation und der Codeumsetzereinheit TRAU in „TRAU-Rahmen" gesendet. Ein TRAU-Rahmen
enthält
320 Bits gemäß Empfehlung 08.60
und 160 Bits gemäß Empfehlung
0.61. Derzeit gibt es vier unterschiedliche Rahmentypen, die gemäß dem Informationsinhalt
des Rahmens definiert sind: Sprache, Betrieb/Wartung, Daten, und „freier Sprachrahmen". Eine entfernt von
der Basisstation BTS platzierte Codeumsetzereinheit muss für eine effiziente
Decodierung Informationen über
die Funkschnittstelle empfangen. Für eine solche Steuerung und
Synchronisation des Codeumsetzers wird eine spezielle Art von bandinterner
Signalisierung auf dem 8- oder 16 kbit/s-Kanal zwischen der Basisstation und
der Codeumsetzereinheit verwendet. Dieser Kanal wird auch für Sprach-
und Datenübertragungen
verwendet. Eine solche Fernsteuerung einer Codeumsetzereinheit ist
in GSM- Empfehlungen
08.60 (16 kbit/s-Kanal) und 08.61 (8 kbit/s-Kanal) beschrieben.
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Normalerweise
wird nur PCM-codierte Sprache auf der A-Schnittstelle zwischen dem Codeumsetzer
TRAU und der MSC übertragen.
In diesem Fall kann der Codeumsetzer TRAU die Codeumsetzung zwischen
vocodierter Sprache und PCM-codierter Sprache
durchführen.
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Die
gleichzeitig anhängige
PCT-Anmeldung WO-96/32823 der Anmelderin offenbart einen verbesserten
Codeumsetzer TRAU, der neben einer Durchführung der normalen Codeumsetzungsoperationen
von vocodierter Sprache in PCM-codierte Sprache
auch von der Mobilstation empfangene Sprachinformationen überträgt, die
dem Vocodierungsverfahren entsprechen, d. h. Sprachparameter, auf
denen keine Codeumsetzungsoperation (Decodierung) durchgeführt wird,
auf dem durch ein (Kapazität
von 8 kbit/s) oder zwei (Kapazität
von 16 kbit/s) niederstwertige Bits der PCM-Sprachabtastwerte gebildeten
Unterkanal. Gleichermaßen
empfängt
der Codeumsetzer in der anderen Übertragungsrichtung vocodierte
Sprache von dem in den PCM-Abtastwerten der A-Schnittstelle enthaltenen
Unterkanal, wobei die Sprache ohne jegliche Codeumsetzungsoperation
(Codierung) an die Abis-Schnittstelle übertragen wird.
Wird ein MMC-Ruf vermittelt, der zwei derartige Codeumsetzer in
Tandem-Konfiguration
einbezieht, gibt jeder Codeumsetzer tatsächlich nur vocodierte Sprache
weiter, wobei er möglicherweise
Parameter modifiziert oder ersetzt, aber keine zusätzliche
Vocodierung durchführt.
Folglich wird eine Vocodierung normalerweise nur in der Mobilstation
MS durchgeführt,
wodurch eine Tandem-Codierung vermieden und die Sprachqualität verbessert
wird. Die Implementierung und der Betrieb dieses verbesserten Codeumsetzers
wurde in der vorstehenden PCT-Anmeldung ausführlicher offenbart.
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Daher
können
an der A-Schnittstelle zwei Signaltypen auftreten: 1) normale 64
kbit/s-PCM-Signale, 2) PCM-Signale,
bei denen ein oder zwei niederstwertige Bits der PCM-Abtastwerte
einen Unterkanal für
vocodierte Sprache (oder Daten) bereitstellen. Die Übertragung
vocodierter Sprache in den niederstwertigen Bits eines PCM-Abtastwerts ist gemäß 3A und 3B veranschaulicht. 4 veranschaulicht
weiter eine mögliche
Art und Weise zum Einfügen
des TRAU-Rahmens gemäß 2 in
160 aufeinander folgende 8 Bit-PCM-Abtastwerte. Zwei Bits des TRAU-Rahmens
werden gemäß 3A anstelle
von zwei niederstwertigen Bits des PCM-Abtastwerts in jeden PCM-Abtastwert eingefügt. PCM-Abtastwerte
1 bis 8 enthalten Synchronisations-Nullen, PCM-Abtastwerte 9 bis
18 Steuerbits C1 bis C15, PCM-Abtastwerte 19 bis 155 Datenbits und PCM-Abtastwerte
156 bis 160 Steuerbits C16 bis C21 und T1 bis T4. Die sechs höchstwertigen
Bits der PCM-Abtastwerts sind ursprüngliche Bits des PCM-Sprachabtastwerte
(die mit dem Symbol x markiert sind). Bei dem Beispiel gemäß 3A beträgt die Übertragungsrate
der PCM-codierten Sprache 48 kbit/s und diejenige des Unterkanals
16 kbit/s. Wird der Unterkanal wie gemäß 3B mit
einem Bit implementiert, beträgt
die Übertragungsrate
der PCM-codierten Sprache 56 kbit/s und diejenige des Unterkanals
8 kbit/s.
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Die
Mobildienstevermittlungsstelle MSC schaltet die Rufe mit einer normalen Übertragungsrate
von 64 kbit/s, ohne Rücksicht
darauf, ob das zu verbindende Signal von Typ 1) oder von Typ 2)
ist.
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Bei
einem herkömmlichen
Mobilkommunikationsnetzwerk weisen auch die Zwischenvermittlungsstrecken
für jedes
Signal der A-Schnittstelle einen 64 kbit/s-PCM-Kanal auf. Zwischenvermittlungsstrecken
sind in diesem Zusammenhang sowohl Strecken zwischen Mobildienstevermittlungsstellen MSC
als auch Strecken zwischen einer Mobildienstevermittlungsstelle
MSC und einer Gateway-Mobildienstevermittlungsstelle
GW in einem öffentlichen Telefonnetz.
Wie vorstehend erwähnt
wäre es
aus wirtschaftlichen Gründen
vorteilhaft, die erforderliche Kapazität auf den Zwischenvermittlungsverbindungen
zu optimieren.
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Gemäß der Erfindung
sind die Vermittlungen mit einem Paar von Übertragungseinrichtungen derart
miteinander verbunden, dass an beiden Enden der Verbindung eine
Einrichtung vorhanden ist, wie es gemäß 1 und 5 gezeigt
ist. Diese Übertragungseinrichtungen
werden in der vorliegenden Beschreibung Komprimierungseinrichtungen
TRACU („Transcoding
and Rate Adaptation Compressor Unit") genannt. Zwischen der MSC (GW) und
der TRACU wird Sprache ähnlich
wie auf der A-Schnittstelle übertragen,
d. h. entweder als reine PCM-codierte Sprache (Typ 1) oder als PCM-codierte
Sprache, die einen Unterkanal vocodierter Sprache enthält. Zwischen
den TRACUs ist zumindest ein 64 kbit/s-PCM-Kanal bereitgestellt,
auf dem Sprache immer als vocodierte 8 kbit/s- oder 16 kbit/s-Sprache
in einem oder zwei Bits des PCM-Abtastwerts übertragen wird. Das Prinzip
ist das Gleiche wie es für Schnittstelle
A gemäß 3 gezeigt ist, aber nun werden alle Bits
des PCM-Abtastwerts
als Unterkanäle
verwendet und es wird keine PCM-codierte Sprache übertragen.
Daher bilden zum Beispiel zwei niederstwertige Bits einen 16 kbit/s-Unterkanal, zwei nächsthöherwertige
Bits einen zweiten 16 kbit/s-Unterkanal, zwei nächsthöherwertige Bits einen dritten 16
kbit/s-Unterkanal und die zwei höchstwertigen Bits
einen vierten Unterkanal, wie es gemäß 6B dargestellt
ist. Entsprechend kann jedes PCM-Bit einen 8 kbit/s-Unterkanal bilden,
wie es gemäß 6A gezeigt
ist. Der gleiche PCM-Kanal kann auch sowohl 8 kbit/s- als auch 16
kbit/s-Unterkanäle
enthalten. Auf diese Art und Weise können die TRACUs zur Kommunikation
zwischen den TRACUs 1 bis 8 PCM-Bitströme der A-Schnittstelle in einen
PCM-Bitstrom multiplexen. Bei dem Beispiel gemäß 5 multiplexen
TRACU1 und TRACU2 7 PCM-Leitungen der A-Schnittstelle in eine PCM-Leitung (Komprimierungsverhältnis 1
: 8, Übertragungsverhältnis 1
: 7).
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Zwischen
der Vermittlung MSC und der Komprimierungseinrichtung TRACU übermittelte
Sprache ist entweder reine PCM-codierte Sprache oder PCM-codierte
Sprache, bei der ein oder mehr niederstwertige Bits der PCM-Abtastwerte
einen Unterkanal vocodierter Sprache niedrigerer Rate bilden, wie
es gemäß 3A und 3B gezeigt
ist.
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Das
Folgende beschreibt den Betrieb von Komprimierungseinrichtungen
gemäß der Erfindung beim Übertragen
eines Sprachsignals in einer Richtung MSC1-TRACU1-TRACU2-MSC2. In der entgegengesetzten
Richtung erfolgt die Übermittlung
auf eine ähnliche
Art und Weise.
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TRACU1
analysiert das von der Vermittlung MSC1 in jedem PCM-Kanal empfangene
Sprachsignal. Enthält
das Signal einen Unterkanal für
vocodierte Sprache, wird der Inhalt des Unterkanals in einen der
Unterkanäle
im PCM-Kanal zwischen den TRACUs gemultiplext. Enthält das Sprachsignal
nur PCM-codierte Sprache, codiert TRACU1 die PCM-codierte Sprache
durch das Vocodierungsverfahren des Mobilkommunikationssystems.
Dies ergibt ein vocodiertes Sprachsignal niedrigerer Rate, das in
einen der Unterkanäle
im PCM-Kanal zwischen den TRACUs gemultiplext wird.
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7 zeigt
ein Blockschaltbild, das die Funktionen eines Codeumsetzers TRACU1
darstellt. Gemäß GSM-Empfehlung 8.60 oder
8.61 sucht ein Synchronisationsblock 71 von TRACU1 fortlaufend nach
einer Synchronisation im Unterkanal in den PCM-Abtastwerten, die
von der A-Schnittstelle
empfangen werden, d. h. in dem einen oder den zwei niederstwertigen
Bits. Eine Synchronisation mit den TRAU-Rahmen erfolgt mit Hilfe
der Synchronisations-Nullen
und -Einsen in den Rahmen. Zu Beginn des Rufs, wenn noch keine Synchronisation
gefunden wurde, oder während
des Rufs, wenn eine Synchronisation verloren gegangen ist, wird
ein Empfang einer ausreichenden Anzahl von TRAU-Rahmen erwartet,
um sicherzustellen, dass wirklich ein TRAU-Rahmen enthaltender 8-
oder 16 kbit/s-Unterkanal
gefunden wurde, und nicht lediglich ein auf zufällige Weise durch die niederstwertigen
Bits eines normalen PCM-Abtastwerts erzeugtes Synchronisationsmuster.
Eine Synchronisation mit den Rahmen wird fortlaufend durchgeführt.
-
Ein
Trennungsblock 72 trennt die PCM-Sprachabtastwerte zum
Codierungsblock 73 und die TRAU-Rahmen zum Verarbeitungsblock 74.
-
Der
Codierungsblock 73 führt
eine Codierung der PCM-Sprachabtastwerte
in Sprachcodierungsparameter des Sprachcodierungsverfahrens niedrigerer
Rate in vollständiger Übereinstimmung mit
den GSM-Empfehlungen durch. Die Codierung der PCM-Abtastwerte erfolgt
fortlaufend ohne Rücksicht
darauf, ob eine Synchronisation mit TRAU-Rahmen erreicht wurde oder
nicht.
-
Wurde
keine Synchronisation mit TRAU-Rahmen erzielt, oder wird eine Verifikation oder
Synchronisation erwartet, werden die Sprachcodierungsparameter,
die von den PCM-Sprachabtastwerten
codiert wurden, vom Codierungsblock 73 zu einem Rahmenbildungsblock 75 weitergeleitet. Der
Bildungsblock 75 fügt
die Sprachcodierungsparameter zur Übermittlung zu TRACU2 gemäß GSM-Empfehlung
08.60 oder 08.61 in TRAU-Rahmen ein.
-
Ist
eine Synchronisation mit TRAU-Rahmen erfolgt, werden die Sprachcodierungsparameter
nicht vom Codierungsblock 73 zum Rahmenbildungsblock 75 weitergeleitet.
Stattdessen wird der Bildungsblock 75 mit den von der A-Schnittstelle
empfangenen TRAU-Rahmen versorgt, wobei diese TRAU-Rahmen möglicherweise
in einem zusätzlichen
bzw. ergänzenden
Verarbeitungsblock 74 verarbeitet wurden. Der Bildungsblock 75 erzeugt
TRAU-Rahmen gemäß GSM-Empfehlung
08.60 oder 08.61, die an TRACU2 weiterzuleiten sind. Da keine Sprachcodierung
durchgeführt
wird, enthalten die weiterzuleitenden TRAU-Rahmen im Wesentlichen
die gleichen Sprachparameter und Steuerdaten wie die über die A-Schnittstelle
empfangenen TRAU-Rahmen. Der zusätzliche
Verarbeitungsblock 74 überprüft jedoch die
Steuerbits und andere Bits des TRAU-Rahmens, der von der A-Schnittstelle
empfangen wurde, und kann abhängig
von ihrem Inhalt zusätzliche
Funktionen durchführen,
die den Inhalt der TRAU-Rahmen verändern können, die an TRACU2 gesendet
werden.
-
Die
vom zusätzlichen
bzw. ergänzenden
Verarbeitungsblock 74 durchgeführten Funktionen sind für die eigentliche
Erfindung nicht wesentlich. Sie können für den Tandem- Vermeidungsbetrieb
der Codeumsetzereinheiten TRAU1 und TRAU2 erforderlich sein. Die
möglicherweise
benötigte
Verarbeitung ist ähnlich
zu der bei der vorstehenden Anmeldung beschriebenen.
-
Die
vorstehend beschriebenen Blöcke 71 bis 75 dienen
zur Verarbeitung eines Sprachsignals eines ankommenden PCM-Kanals der A-Schnittstelle. Entsprechende
Blöcke 71 bis 75 existieren
für jeden ankommenden
PCM-Kanal der A-Schnittstelle.
-
Von
Rahmenbildungsblöcken 75 werden
die TRAU-Rahmen an einen Multiplexblock 76 weitergeleitet.
Der Multiplexblock 76 fügt
die von den unterschiedlichen Bildungsblöcken empfangenen TRAU-Rahmen
zum Beispiel gemäß 6A in
unterschiedliche Unterkanäle
Ch1 bis Ch7 der verbindenden PCM-Strecke ein, d. h. in Bits des
PCM-Abtastwerts. Die gebildeten PCM-Abtastwerte werden an TRACU2
gesendet.
-
TRACU2
decodiert das von jedem Unterkanal empfangene vocodierte Sprachsignal
gemäß dem vom
Mobilkommunikationssystem eingesetzten Vocodierungsverfahren in
PCM-Abtastwerten. Außerdem
fügt TRACU2
den vocodierten Sprachinhalt des Unterkanals in ein oder mehr niederstwertige
Bits der PCM-Abtastwerte ohne Decodierung ein. Danach werden die
PCM-Abtastwerte und der darin enthaltene vocodierte Unterkanal über den
dedizierten PCM-Kanal der A-Schnittstelle an die Vermittlung MSC2 übermittelt.
-
8 zeigt
ein Blockschaltbild der Funktionen von TRACU2. Ein Demultiplexblock 81 empfängt PCM-Abtastwerte
von TRACU2 über
die verbindende PCM-Strecke. Der Demultiplexblock 81 demultiplext
die TRAU-Rahmen, d. h. die unterschiedlichen PCM-Bits, der unterschiedlichen
Unterkanäle
Ch1 bis Ch7 in jeweilige Verarbeitungsblöcke 82. Der einfachste
Aufbau für
den Verarbeitungsblock 82 ist eine Teilereinrichtung, der
die TRAU-Rahmen in eine Sprachdecodierung 83 und eine zusätzliche
bzw. ergänzende
Verarbeitung 84 aufteilt. Die Funktion von Block 82 kann
jedoch auch einige oder alle der Funktionen enthalten, die in den
GSM-Empfehlungen für die
Codeumsetzereinheit TRAU beim Empfang von TRAU-Rahmen von der Basisstation
BTS festgelegt sind.
-
Eine
Sprachdecodierung 83 erfolgt gemäß den GSM-Empfehlungen und erzeugt aus den Sprachcodierungsparametern
ein digitales Sprachsignal, das auf einen Pulscodemodulations- (PCM) Block 85 angewandt
wird, der das digitale Sprachsignal mit Hilfe einer Pulscodemodulation
(PCM) z. B. gemäß CCITT-Empfehlungen G.711
bis G.716 auf eine Bitrate von 64 kbit/s konvertiert. Die Pulscodemodulation
(PCM) mit einer Rate von 64 kbit/s funktioniert derart, dass das
Sprachsignal alle 125 Mikrosekunden abgetastet wird, d. h. die Abtastrate
beträgt 8
kHz, und die Amplitude jedes Abtastwerts durch Verwendung einer
Codierung nach A-Gesetz
oder μ-Gesetz
in einen 8 Bit-Code quanitisiert wird.
-
Der
zusätzliche
bzw. ergänzende
Verarbeitungsblock 84 erzeugt einen TRAU-Rahmen gemäß GSM-Empfehlung
08.60 oder 08.61, der an Block 85 weiterzuleiten ist. Da
keine Decodierung durchgeführt
wird, enthalten die TRAU-Rahmen, die an Block 85 weitergeleitet
werden, im Wesentlichen die gleichen Sprachparameter und Steuerdaten
wie die von TRACU1 empfangenen TRAU-Rahmen. Block 84 kann
jedoch die Steuerbits und andere Bits des empfangenen TRAU-Rahmens überprüfen und
abhängig von
ihrem Inhalt zusätzliche
bzw. ergänzende
Funktionen durchführen,
die den Inhalt der TRAU-Rahmen verändern können. Die vom zusätzlichen
Verarbeitungsblock 84 durchgeführten Funktionen sind für die eigentliche
Erfindung nicht wesentlich. Sie können für den Tandem-Vermeidungsbetrieb
der Codeumsetzereinheiten TRAU1 und TRAU2 erforderlich sein. Die
möglicherweise
benötigte
Verarbeitung ist ähnlich
zu derjenigen, die bei der vorstehend erwähnten Patentanmeldung beschrieben
wird.
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Block 85 kombiniert
die TRAU-Rahmen mit dem PCM-Block in die PCM-Sprachabtastwerte durch
Einfügen
der TRAU-Rahmen in einen „Unterkanal", der gemäß 3A und 3B durch
das niederstwertige Bit (8 kbit/s) oder zwei niederstwertige Bits
(16 kbit/s) gebildet wird. Block 85 leitet die PCM-Abtastwerte über den
jeweiligen PCM-Kanal der A-Schnittstelle an MSC2 weiter.
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TRACU2
weist getrennte Blöcke 82 bis 85 für jeden
PCM-Kanal der A-Schnittstelle
auf.
-
Für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung
MSC2-TRACU2-TRACU1-MSC1
weist TRACU2 Blöcke
gemäß 7 auf
und TRACU1 weist Blöcke
gemäß 8 auf.
-
Beim
grundlegenden Ausführungsbeispiel der
Erfindung handhaben die TRACUs entweder Vollraten- (16 kbit/s) oder
Halbraten- (8 kbit/s) Vocodierungsoperationen, von denen bei der
gleichen Rate mehrere existieren können.
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TRACUs
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind fähig,
beide Vocodierungsraten des GSM-Netzwerks
zu bearbeiten. Die TRACU wählt
die Vocodierung, die sie einsetzt, auf Grundlage der Vocodierung
der TRAU-Rahmen der
A-Schnittstelle aus. Eine Ausnahme ist eine Situation, bei der die
Vocodierung von TRAU-Rahmen, die von der A-Schnittstelle empfangen
werden, anders ist als die Vocodierung von TRAU-Rahmen, die von
der zweiten TRACU empfangen werden. Dies bedeutet, dass die Teilnehmer
am Ruf unterschiedliche Vocodierungsverfahren einsetzen. In diesem
Fall wechselt die TRACU, die Halbraten-TRAU-Rahmen von der A-Schnittstelle
empfängt, über zu einer
Vollraten-Vocodierung und führt
die notwendige Decodierung von einer Vollraten-Vocodierung zu PCM-Abtastwerten
sowie eine Codierung von PCM-Abtastwerten
zu einer Vollraten-Vocodierung durch. Dies wird jedoch eine Tandem-Vocodierung
zwischen den unterschiedlichen Vocodern bzw. Sprachcodierungseinrichtungen
verursachen, was die Sprachqualität verschlechtern wird. Daher
markiert die TRACU den von den TRAU-Rahmen der A-Schnittstelle eingesetzten
Vocodierungstyp auf den Steuerbits der Vollraten-TRAU-Rahmen, die
sie an die andere TRACU sendet. Auf diese Art und Weise wird die
andere TRACU und TRAU über
das bevorzugte Vocodierungsverfahren informiert. In diesem Fall
kann die TRACU die Vocodierung verändern, falls die Codierung
in den TRACU-Einheiten auf die gleiche geändert wird, als Folge wovon
eine Konvertierung und eine sich ergebende Tandem-Codierung vermieden werden
können.
Wegen ihrer besseren Tandem-Eigenschaften
wurde eine Vollraten-Codierung als das grundlegende Codierungsverfahren
zwischen den TRACUs ausgewählt.
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Empfängt ein
Block 71 in der TRACU keine TRAU-Rahmen von der A-Schnittstelle
(mit anderen Worten empfängt
er nur PCM-codierte Sprache), setzt die TRACU eine Vollraten-Vocodierung als Voreinstellung
ein.
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Beim
grundlegenden Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann die TRACU auch einen Zeitgeber 87 einbinden,
der den PCM-Block 85 zum
unstetigen Bilden eines Unterkanals und Senden von TRAU-Rahmen an
die A-Schnittstelle steuert (8), falls
der Synchronisationsblock 71 dieser TRACU (7)
während
eines vorbestimmten Zeitraums keine TRAU-Rahmen von der A-Schnittstelle empfangen
hat. Genauer gesagt sendet Block 85 der TRACU (ebenso wie
die TRAU-Einheit) zu Beginn jedes Rufs jedes Mal dann TRAU-Rahmen in einem PCM-Unterkanal
an die A-Schnittstelle (in Richtung der MSC), wenn die TRAU-Synchronisation
der A-Schnittstelle
verloren geht, und jedes Mal dann, wenn das Sprachcodierungsverfahren
geändert
wird, d. h., wenn zum Beispiel ein Übergang von einer Vollraten-Vocodierung
zu einer Halbraten-Vocodierung oder umgekehrt durchgeführt wird.
Zur gleichen Zeit, wenn Block 85 mit einem Senden von TRAU-Rahmen
beginnt, startet er den Zeitgeber 87. Der Synchronisationsblock 71 überwacht,
ob TRAU-Rahmen in einem Unterkanal der A-Schnittstelle in der Aufwärtsstreckenrichtung
empfangen werden. Empfängt der
Synchronisationsblock 71 der TRACU (oder TRAU) TRAU-Rahmen im PCM-Unterkanal,
bevor die vom Zeitgeber 87 überwachte Zeitüberschreitung abgelaufen
ist, wird der Zeitgeber 87 erneut gestartet. Als Folge
davon bleibt sein Steuersignal zu Block 85 in einem Modus,
der ein fortgesetztes Senden von TRAU-Rahmen an den Unterkanal auf
der A-Schnittstelle erlaubt. Empfängt die Synchronisationseinheit 71 andererseits
vor dem Ablauf der vom Zeitgeber 87 überwachten Zeitüberschreitung
keine TRAU-Rahmen im Unterkanal, wird der Modus des Steuersignals
des Zeitgebers 87 in einen Sperr- bzw. Abschaltmodus geändert. Ist
das Steuersignal im Sperr- bzw. Abschaltmodus,
beendet Block 85 ein Senden von TRAU-Rahmen im Unterkanal an die A-Schnittstelle. In
dieser Situation werden normale PCM-Abtastwerte an die A- Schnittstelle gesendet.
Der Zeitgeber 87 wird verwendet, damit die an die A-Schnittstelle
zu sendenden PCM-Abtastwerte
in solchen Fällen
nicht unnötigerweise
gestört
bzw. beschädigt
werden, bei denen es nicht angemessen ist, einen Unterkanal zu senden
(da das andere Ende keine Einrichtung zum Empfangen von TRAU-Rahmen
aufweist). Die Synchronisationseinheit 71 überwacht
jedoch fortlaufend die von der A-Schnittstelle empfangenen PCM-Abtastwerte,
und falls sie TRAU-Rahmen im PCM-Unterkanal empfängt, wird der Zeitgeber 87 erneut
gestartet. Als Folge davon wird das Steuersignal des Zeitgebers 87 in
einen Übertragungsmodus
geändert,
woraufhin Block 85 mit einem Senden von TRAU-Rahmen im
PCM-Unterkanal der A-Schnittstelle beginnt. Daher kann der Unterkanal
unverzüglich
dann in Verwendung genommen werden, wenn am anderen Ende eine zum
Verarbeiten von TRAU-Rahmen fähige
Einrichtung vorhanden ist. Die Zeitüberschreitung kann von einigen
Sekunden bis zu einigen Dutzend Sekunden reichen.
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Während des
Rufs kann sich ein Synchronisationsverlust zum Beispiel aus der
Tatsache ergeben, dass die MSC für
wenige Sekunden einen Signalisierungston oder eine Ankündigung
an die A-Schnittstelle durchschaltet. In diesem Fall besteht das
empfangene Signal nur aus PCM-Abtastwerten, und
die Synchronisation in der A-Schnittstelle
geht verloren. Aufgrund der Zeitsteuerung gemäß der Erfindung sendet die
TRACU jedoch immer noch Rahmen an die A-Schnittstelle, und wenn
die MSC den Signalisierungston oder die Ankündigung unterbricht, wird der
Tandem-Vermeidungsmodus unverzüglich gestartet,
wenn eine zur Synchronisation erforderliche Anzahl von Rahmen empfangen
wurde. Ein weiteres Beispiel ist ein Übergang, bei dem eine TRAU-Einheit,
die keine Tandem-Vermeidung unterstützt, durch eine andere TRAU-Einheit
ersetzt wird.
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Unterstützen in
diesem Fall sowohl die TRAU als auch die TRACU eine Tandem-Vermeidung,
wird der Tandem-Vermeidungsmodus
unverzüglich
gestartet, wenn die zur Synchronisation erforderliche Anzahl von
Rahmen empfangen wurde. Zu Beginn des Rufs muss eine vorbestimmte
Zeitdauer zum Senden von TRAU-Rahmen vorhanden sein, z. B. 20 Sekunden,
da die eigentliche Verbindung der TRAU und der TRACU erst hergestellt
wird, nachdem der gerufene Teilnehmer geantwortet hat, und die TRACU
(oder TRAU) mit einem Empfangen von TRAU-Rahmen von der A-Schnittstelle
erst danach beginnt. Auch inmitten des Rufs beträgt der Überwachungszeitraum vorzugsweise
ungefähr
20 s, da angenommen wird, dass die Mehrheit vorübergehender Unterbrechungen
in den Rahmen der A-Schnittstelle kürzer sind.
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Obwohl
die Optimierung von Zwischenvermittlungsverbindungen gemäß der Erfindung
vorstehend ausführlich
beschrieben wurde, werden im Folgenden einige beispielhafte Fälle unterschiedlicher Rufsituationen
angeführt.
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Mobil-zu-Mobil-Rufe (MMC)
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Es
wird anfänglich
angenommen, dass MS1 gemäß 1 eine
Vollraten-MS ist und MS2 auch eine Vollraten-MS ist. TRAU1 beginnt
mit einem normalen Vollraten-Betrieb und beginnt damit, Vollraten-TRAU-Rahmen
in Richtung der A-Schnittstelle, d.
h. zur Komprimierungseinrichtung TRACU1, zu senden. Empfängt TRACU1
diese TRAU-Rahmen, beginnt sie mit einem Senden von Vollraten-Rahmen an
die A-Schnittstelle,
und eine Tandem-vermeidende Verbindung wurde zwischen diesen Einheiten
gebildet. TRACU2 führt
einen ähnlichen
Vorgang mit TRAU2 durch, und danach besteht eine Nicht-Tandem-Verbindung
zwischen den Mobilstationen MS1 und MS2, da beide TRACUs nun Vollraten-Rahmen übermitteln.
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Sind
MS1 und MS2 Halbraten-Mobilstationen MS, ist die Situation etwas
komplizierter. TRAU1 beginnt mit einem normalen Halbraten-Betrieb
und beginnt auch mit einem Senden von Halbraten-Rahmen in Richtung
der A-Schnittstelle
zu TRACU1. Empfängt
TRACU1 diese TRAU-Rahmen,
beginnt sie mit einem Senden von Halbraten-TRAU-Rahmen an die A-Schnittstelle, und eine
Tandem-vermeidende
Verbindung wurde zwischen diesen Einheiten gebildet. TRACU1 ändert auch
den auf der verbindenden PCM-Strecke zwischen den TRACUs eingesetzte
Vocodierungsmodus auf eine Halbraten-Codierung und übermittelt
die von TRAU1 empfangenen Rahmen an TRACU2. TRAU2 und TRACU2 führen einen ähnlichen
Vorgang durch, und danach besteht eine Nicht-Tandem-Verbindung zwischen
den Mobilstationen MS1 und MS2, da beide TRACUs Halbraten-TRAU-Rahmen übermitteln.
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Ist
Mobilstation MS1 eine Halbraten-MS und Mobilstation MS2 eine Vollraten-MS,
ist die Situation am komplexesten. TRAU1 beginnt mit einem normalen
Halbraten-Betrieb und beginnt auch mit einem Senden von Halbraten-Rahmen
in Richtung der A-Schnittstelle zu TRACU1. Empfängt TRACU1 diese TRAU-Rahmen,
beginnt sie mit einem Senden von Halbraten-Rahmen an die A-Schnittstelle,
und eine Tandem-vermeidende
Verbindung ist zwischen diesen Einheiten gebildet. TRACU1 verändert auch die
auf der verbindenden PCM-Strecke zwischen den TRACUs eingesetzte
Vocodierung auf eine Halbraten-Codierung und übermittelt die von TRAU1 empfangenen
TRAU-Rahmen an TRACU2. TRAU2 und TRACU2 führen einen ähnlichen Vorgang mit Vollrate durch,
und wenn TRACU2 erfasst, dass sie Halbraten-TRAU-Rahmen von TRACU1
empfängt,
obwohl sie Vollraten-TRAU-Rahmen an TRAU2 sendet, ändert sie
die auf der verbindenden PCM-Strecke
eingesetzte Vocodierung auf eine Vollraten-Codierung. Daher wurde zwischen den
Mobilstationen MS eine Verbindung ohne Tandem-Vermeidung hergestellt. Führen MS1
und TRAU1 nun einen Übergang
von Halbrate zu Vollrate durch, beginnt TRACU1 nur mit einem Übermitteln
dieser Rahmen ohne jegliche zusätzliche
Konvertierung, und das Ergebnis ist eine Nicht-Tandem-Verbindung.
Erfolgt andererseits ein Übergang
in MS2 und TRAU2 von Vollrate zu Halbrate, erfasst TRACU2 aus den
Steuerbits der von TRACU1 gesendeten TRAU-Rahmen, dass MS1 eine
Halbraten-Vocodierung einsetzt, und dass sie ihren Vocodierungstyp
auf eine Halbraten-Codierung ändern
kann, was wiederum zu einer Tandem-freien Verbindung führt.
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Mobil-zu-PSTN-Rufe
-
In
Fällen,
bei denen der Ruf anstelle einer weiteren Mobilstation am PSTN endet
oder zum PSTN geleitet bzw. geroutet wird, stellt die Komprimierungseinrichtung
TRACU gemäß der Erfindung eine
Nicht-Tandem-Verbindung ohne Rücksicht
darauf sicher, ob der Ruf von Vermittlung MSC1 oder Vermittlung
MSC2 zum PSTN verläuft.
Dies beruht auf der Tatsache, dass bei einem solchen Fall immer nur
ein Vocodierungstyp innerhalb der GSM-Netzwerkelemente in Verwendung
ist. Ist im Fall gemäß 1 zum
Beispiel MS1 eine Vollraten-MS, beginnt TRAU1 mit einem normalen
Vollraten-Betrieb und beginnt mit einem Senden von Vollraten-TRAU-Rahmen
in Richtung der A-Schnittstelle zu TRACU3 oder TRACU1. Empfängt TRACU1
oder TRACU3 diese Rahmen, beginnt sie mit einem Senden von Vollraten-Rahmen
an die A-Schnittstelle, und eine Tandem-vermeidende Verbindung ist
zwischen diesen Einheiten gebildet. TRACU1 oder TRACU3 beginnen mit
einem Senden von Vollraten-TRAU-Rahmen
an TRACU2 oder TRACU4. TRACU2 oder TRACU4 decodieren die vocodierte
Sprache in PCM-codierte Sprache, die an eine PSTN-Gatewayvermittlung GW2
oder GW1 übermittelt
wird. Eine Vocodierung wird nur in Mobilstation MS1 und der zweiten
Komprimierungseinrichtung TRACU2 oder TRACU4 durchgeführt, was
eine Tandem-Codierung vermeiden wird.
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Die
Lösung
gemäß der Erfindung
unterstützt auch
alle zusätzlichen
bzw. ergänzenden
Dienste, die ähnlich
zu dem sind, was in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung dargelegt
wurde.
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Eine
Komprimierung von Zwischen-MSC-Leitungen wird keinerlei Probleme
hinsichtlich einer Echounterdrückung
darstellen, da Echokompensatoren in diesen Verbindungen nicht verwendet
werden. Bei Verbindungen zwischen der Mobildienstevermittlungsstelle
MSC und dem PSTN gibt es jedoch zwischen TRAU1 und TRACU3 auf der PSTN-Leitung
einen Echokompensator. Dies wird zu einer Störung bzw. Beschädigung der
TRAU-Rahmen in den niederstwertigen Bits der PCM-Abtastwerte führen, wodurch
eine Tandem-Verbindung
erzeugt wird. Zusätzlich
erzeugen die TRACUs in der PSTN-Verbindung einen gewissen Verzögerungsbetrag,
und dadurch kann der ordnungsgemäße Betrieb des
Echokompensators gefährdet
sein. Die beste Lösung
wäre es,
den Echokompensator zur PSTN-Gatewayvermittlung GW1 hinter TRACU4
zu verlegen. Dies ermöglicht
eine Tandem-Vermeidung und
einen ordnungsgemäßen Betrieb
des Echokompensators.
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Datenrufe
-
Die
Komprimierung gemäß der Erfindung kann
ebenso bei Datenrufen implementiert werden. In diesem Fall werden
sowohl in den TRAUs als auch in den TRACUs einige zusätzliche
Eigenschaften benötigt,
um die Daten vor den Sprachcodierungsfunktionen zu schützen. Im
Fall von Datenrufen wird eine ähnliche
Art von Verfahren verwendet wie im Fall von Sprache, d. h. das/die
niederstwertigste/n Bit oder Bits des PCM-Abtastwerts wird/werden
als Unterkanäle
für Daten
enthaltende TRAU-Rahmen verwendet. Die niederstwertigen Bits des
PCM-Abtastwerts können
zu diesem Zweck verwendet werden, da der normale V.110-Datenrahmen im Fall
von Daten nur die zwei höchstwertigen
Bits des PCM-Abtastwerts verwendet. Jedes Mal, wenn ein Codeumsetzer TRAU
Datenrahmen von der Basisstation BTS empfängt, führt er die normalen Ratenanpassungsfunktionen
gemäß den GSM-Empfehlungen
durch, wodurch ein V.110-Datenrahmen
gebildet wird, der in die zwei höchstwertigen
Bits des PCM-Abtastwerts eingefügt
wird. Außerdem
sendet er die TRAU-Rahmen, die im niederstwertigen Bit oder den
niederstwertigen Bits des PCM-Abtastwerts Daten enthalten, ohne
Ratenanpassung. Die TRACU verarbeitet von der A-Schnittstelle empfangene
Daten auf ähnliche Art
und Weise. Der Trennungsblock 72 trennt die empfangenen
Daten-enthaltenden PCM-Abtastwerte anstelle des Codierungsblocks 73 zum
Ratenanpassungsblock 77, der die normalen Ratenanpassungsfunktionen
gemäß den GSM-Empfehlungen durchführt, woraufhin
die Raten-angepassten Daten im Rahmenbildungsblock 75 in
TRAU-Datenrahmen eingefügt
werden. Enthält
das empfangende PCM-Signal auch einen Datenunterkanal, werden die im
Unterkanal empfangenen Rahmen über
Verarbeitungsblock 74 an Rahmenbildungsblock 75 übermittelt,
woraufhin sie in Block 76 in einen Unterkanal der verbindenden
PCM-Strecke gemultiplext werden. Wird von der A-Schnittstelle kein
Datenunterkanal empfangen, werden die durch die Ratenanpassungseinheit 77 gebildeten
TRAU-Rahmen in den Unterkanal der verbindenden PCM-Strecke gemultiplext.
-
In
der entgegengesetzten Übertragungsrichtung
werden die von einem Unterkanal der verbindenden PCM-Strecke empfangenen
TRAU-Datenrahmen von der Verarbeitungseinheit 82 (8)
auf die zusätzliche
bzw. ergänzende
Verarbeitungseinheit 84 und auch auf die Ratenanpassungseinheit 86 angewandt.
Die Ratenanpassungseinheit führt
die normalen Ratenanpassungsfunktionen gemäß den GSM-Empfehlungen durch,
wodurch ein V.110-Datenrahmen gebildet wird, der in Einheit 85 in
die zwei höchstwertigen
Bits des PCM-Abtastwerts
eingefügt wird.
Außerdem
fügt die
Einheit 85 die Daten-enthaltenden TRAU-Rahmen ohne Ratenanpassung
in das niederstwertige Bit oder die niederstwertigen Bits der PCM-Abtastwerte
ein. Die PCM-Abtastwerte werden an die Vermittlung gesendet. Daher
ist ein Datenruf analog zum vorstehend beschriebenen Sprachruf, mit
der Ausnahme, dass zusätzlich
zu Sprachcodierungsfunktionen eine Ratencodierungseinheit bereitgestellt
ist.
-
Auch
Datenrufe werden anhand eines Beispiels am besten beschrieben. Es
wird angenommen, dass ein Datenruf vom PSTN über eine Mobildienstevermittlungsstelle
MSC2 zu einer Mobilstation MS2 durchgeführt wird. In diesem Fall stößt man auf keine
Probleme, da die Basisstation BTS2 den Codeumsetzer TRAU2 mit Hilfe
der Steuerbits des TRAU-Rahmens
auf die normale Art und Weise darüber informiert, dass der Ruf
ein Datenruf ist und daher Datenoperationen verwendet werden sollten.
In diesem Stadium ist ein normaler Datenruf betroffen. Wird eine
Zwischenvermittlungsweiterreichung derart durchgeführt, dass
der Ruf zu Basisstation BTS1 überführt wird
und eine Leitweglenkung über
Komprimierungseinrichtungen TRACU2 und TRACU1 durchgeführt werden
muss, wird TRAU1 nun normale Informationen von Basisstation BTS2
darüber
empfangen, dass der Ruf ein Datenruf ist. Als Folge davon beginnt
TRAU1 mit einem Senden von TRAU-Datenrahmen in einem oder mehreren
niederstwertigen Bits der PCM-Abtastwerte.
Diese TRAU-Rahmen werden an TRACU1 weitergegeben, die den Rahmentyp
der TRAU-Rahmen, die sie zu TRACU2 sendet, in einen TRAU-Datenrahmentyp ändert. Empfängt TRACU2
diese Rahmen, erfasst sie, dass der Ruf ein Datenruf ist, und beginnt
mit einem Durchführen
der normalen Ratenanpassungsfunktion in dieser Richtung von TRAU-Rahmen
in V.110-Rahmen und in der entgegengesetzten Richtung von V.110-Rahmen
in TRAU-Rahmen. Auf diese Art und Weise werden Daten über die
komprimierte Verbindung übertragen.
-
Die
Figuren und die zu diesen gehörende Beschreibung
sind nur zum Veranschaulichen der Erfindung bestimmt. In ihren Einzelheiten
kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der zugehörigen Ansprüche variieren.