ES2292181T3 - Transmision de voz en una red por paquetes. - Google Patents
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Abstract
EN LA PRESENTE INVENCION LA VOZ SE TRANSMITE ENTRE UNA ESTACION BASE (BTS) Y UNA UNIDAD TRAU CONVIRTIENDO UNA SEÑAL DE VOZ EN UN GRUPO DE PARAMETROS, QUE SE INSERTA EN UNA TRAMA DE TRAFICO, QUE SE TRANSMITE COMO UN PAQUETE QUE INCLUYE UNA CABECERA Y UNA CARGA UTIL. DE ACUERDO CON LA INVENCION, LA CARGA UTIL ESTA CONSTITUIDA POR EL CONTENIDO DE VARIAS TRAMAS DE TRAFICO HASTA QUE LA CARGA UTIL ESTE ESENCIALMENTE LLENA Y SE ENVIA UN PAQUETE AL DESTINO A TRAVES DE LA RED DE TRANSMISION. EN EL DESTINO, LAS TRAMAS DE TRAFICO SE SEPARAN DE LA CARGA UTIL DE LOS PAQUETES RECIBIDOS Y SE TRANSMITEN A UN DECODIFICADOR DE VOZ. EL EMPAQUETADO DE PAQUETES LLENOS PUEDE INICIARSE TRANSCURRIDO APROXIMADAMENTE UN SEGUNDO DESPUES DEL COMIENZO DE LA CONEXION Y DESPUES DE PAUSAS, EN CUYO CASO EL FINAL DE UNA PAUSA SE TRANSMITE AL DESTINATARIO LO MAS RAPIDO POSIBLE.
Description
Transmisión de voz en una red por paquetes.
La presente invención se refiere a la
transmisión de información de voz, audio o vídeo en una red por
paquetes y especialmente a la transmisión entre un transcodificador
y una estación base de una red de comunicaciones móviles digitales.
La transmisión de información de este tipo se da a conocer, por
ejemplo, en los documentos
WO-A-9300778,
EP-A-662778 y
WO-A-9514337.
La invención se explicará en relación con el
procesado de la voz y con tramas de voz aunque se puede aplicar la
misma técnica a la transmisión de una señal de música y vídeo. Para
estas señales es habitual que las muestras de la señal deban ser
conducidas de forma isócrona hacia un decodificador, es decir,
esencialmente a intervalos iguales a los intervalos en los cuales
se forman las muestras en el codificador.
En un sistema de telefonía digital, una señal de
voz se codifica de alguna manera antes de codificarla en canales y
enviarla al camino de radiocomunicaciones. Por ejemplo, en el caso
del sistema GSM, la voz digitalizada se procesa trama a trama a
intervalos de aproximadamente 20 ms usando diferentes métodos de
manera que el resultado es un grupo de parámetros que representa la
voz para cada trama. Esta información, es decir, el grupo de
parámetros, se codifica en canales y se envía al camino de
transmisión. Los algoritmos de codificación de voz usados son el
RPE-LTP (Excitación por Impulsos Regulares LPC con
Predicción a Largo Plazo) y varios algoritmos con excitación por
código CELP (Predicción Lineal con Excitación por Código) de entre
los cuales se debería mencionar el VSELP (Predicción Lineal con
Excitación por Vector Suma).
Además de la codificación concreta, para el
procesado de la voz se incorporan también las siguientes funciones:
a) en el lado transmisor una Detección de Actividad Vocal (VAD) con
la cual se puede ordenar la activación del transmisor únicamente
cuando exista voz a enviar (Transmisión Discontinua, DTX), b) en el
lado transmisor la evaluación del ruido de fondo y la generación de
parámetros de ruido respectivos y en el lado receptor la generación
de ruido de confort en un decodificador a partir de los parámetros,
y c) supresión del eco acústico. El ruido durante una interrupción
consigue que la conexión suene más agradable que con un silencio
absoluto.
En un sistema de telefonía móvil GSM conocido la
entrada de un codificador de voz es bien una señal PCM de 13 bits
proveniente de la red o bien una PCM convertida A/D de 13 bits
proveniente de la parte de audio de la estación móvil. La trama de
voz obtenida a partir de la salida del codificador tiene una
duración de 20 ms y comprende 260 bits de audio los cuales se
forman codificando 160 muestras de voz codificadas en PCM. La
Detección de Actividad Vocal (VAD) define, a partir de los
parámetros de la trama de voz, si la trama contiene o no voz. Si se
detecta voz, las tramas transmitidas hacia el camino de
radiocomunicaciones como tramas denominadas de tráfico son tramas
de voz. Después de una ráfaga de voz, y a intervalos especificados
también durante pausas de la voz indicadas por la VAD, las tramas
de tráfico son tramas SID (Descriptor de Silencio) que contienen
parámetros de ruido, en cuyo caso el receptor puede generar, a
partir de estos parámetros, un ruido similar al ruido original
también durante las pausas.
De este modo, una trama de tráfico contiene un
bloque de voz de 260 bits que representan 20 ms de voz/datos o
ruido codificados. Además, la trama tiene 56 bits disponibles para
la sincronización de tramas, indicación de voz y datos,
temporización y otras informaciones, siendo de 316 bits la longitud
total de la trama de tráfico. Las tramas de tráfico de enlace
ascendente y de enlace descendente difieren ligeramente entre sí en
estos 56 bits.
Se hace referencia a la Figura 1, la cual
muestra una vista simplificada de la red GSM actual desde el punto
de vista de la transmisión. El Subsistema de Red comprende un centro
de conmutación de servicios móviles, estando conectada la red de
comunicaciones móviles a través de la interfaz de sistema del centro
de conmutación de servicios móviles con otras redes, tales como una
Red Pública Telefónica Conmutada PSTN. A través de la interfaz A,
el subsistema de red se conecta al subsistema de estaciones base BSS
que comprende controladores de estaciones base BSC y estaciones
base BTS conectadas a estos últimos. La interfaz entre el
controlador de estaciones base y las estaciones base conectadas al
mismo es una interfaz Abis. Las estaciones base se encuentran en
radiocomunicación con estaciones móviles a través de la interfaz de
radiocomunicaciones. La unidad de formación de tramas de tráfico
TRAU explicada anteriormente se encuentra asociada, en la figura, a
la estación base aunque también se podría situar en asociación con
el centro de conmutación de servicios móviles.
En la Figura 2 se muestra de una manera
simplificada el centro de conmutación de servicios móviles MSC. El
control del sistema de estaciones base BSS es una de las funciones
del centro de conmutación de servicios móviles además del control
de llamadas. La función de la matriz de conmutación es seleccionar,
conmutar y separar vías de voz/datos y señalización que pasen a
través de la misma, según una manera deseada. De este modo, la
matriz de conmutación conmuta su parte de la conexión entre un
abonado móvil y un abonado de otra red o de la conexión entre dos
abonados móviles. La función de las Funciones de Interfuncionamiento
de la Red IWF 1 es adaptar la red GSM a otras redes. La línea
troncal PCM está conectada a un sistema PBX mediante una interfaz
troncal de circuito terminal 3 de manera que la interfaz física de
la capa 1 entre la central y el controlador de estaciones base BSC
es una línea de 2 Mbit/s, es decir, 32 intervalos de tiempo de 64
kbit/s (=2.048 kbit/s). El terminal de señalización 4 lleva a cabo
la señalización según la recomendación CCITT nº 7.
\newpage
Las funciones del controlador de estaciones base
BSC designado con la referencia 14 en la Figura 1 incluyen la
selección de un canal entre el mismo y la estación móvil, el control
de enlaces y la liberación de canales. El mismo lleva a cabo el
establecimiento de correspondencias desde el canal de
radiocomunicaciones al canal del intervalo de tiempo PCM de la
línea de interconexión entre la estación base y el controlador de
estaciones base. El controlador de estaciones base mostrado de una
manera simplificada en la Figura 3 comprende circuitos terminales,
interfaces troncales 31 y 32 por medio de los cuales el controlador
de estaciones base se conecta, por un lado, al centro de
conmutación de servicios móviles a través de la interfaz A y, por
otro lado, a las estaciones base a través de la interfaz Abis. La
Unidad Transcodificadora y Adaptadora de Velocidad TRAU es un
elemento del sistema de estaciones base BSS y se puede situar en
asociación con el controlador de estaciones base BSC tal como se
muestra en la Figura 1, o también en asociación, por ejemplo, con el
centro de conmutación de servicios móviles. Los transcodificadores
convierten voz de un formato digital a otro, por ejemplo, convierten
la señal PCM de ley A 64 kbit/s de la central a través de la
interfaz A en voz codificada de 13 kbit/s que se enviará a la línea
de la estación base y viceversa. La adaptación de la velocidad para
los datos se lleva a cabo entre la velocidad 64 kbit/s y las
velocidades 3,6, 6 ó 12 kbit/s.
El controlador de estaciones base BSC configura,
asigna y supervisa los circuitos de 64 kbit/s en la dirección de la
estación base. También controla los circuitos de conmutación de la
estación base por medio del enlace de señalización PCM y permite un
uso eficaz de los circuitos de 64 kbit/s, es decir, un conmutador
situado en la estación base, la cual es controlada por el
controlador de estaciones base, conmuta el transmisor/receptor para
los enlaces PCM. Por lo tanto, este conmutador funciona como un
multiplexor de sustracción/inserción, es decir, como un multiplexor
de adición/sustracción, el cual sustrae un intervalo de tiempo PCM
para el transmisor de los datos o inserta un intervalo de tiempo de
recepción en un intervalo de tiempo PCM de los datos o enlaces que
los intervalos de tiempo PCM reenvían hacia otras estaciones base.
De este modo, el controlador de estaciones base establece y libera
conexiones con la estación móvil. Las conexiones desde las
estaciones base a la línea o líneas PCM a través de la interfaz A y
el procedimiento en la dirección opuesta se multiplexan en una
matriz de conmutación 33.
La interfaz física de la capa 1 entre la
estación base BTS y el controlador de estaciones base BSC es una
línea de 2 Mbit/s, es decir, 32 intervalos de tiempo de
64 kbit/s (= 2.048 kbit/s). La estación base está controlada
totalmente por el controlador de estaciones base BSC y contiene
principalmente transmisores/receptores TRX los cuales implementan
la interfaz de radiocomunicaciones hacia la estación móvil. En un
canal PCM de 64 kbit/s entre el controlador de estaciones base y la
estación base se pueden multiplexar cuatro canales de tráfico de
velocidad completa a través de la interfaz de radiocomunicaciones,
en cuyo caso la velocidad del canal de voz/datos es, en este
intervalo, 16 kbit/s. En tal caso, un enlace PCM de 64 kbit/s puede
transmitir cuatro conexiones de voz/datos.
La Figura 1 ilustra las velocidades de
transmisión por canal usadas en el GSM. La estación móvil envía
información de voz o datos a través de la interfaz de
radiocomunicaciones sobre el canal de radiocomunicaciones, en forma
de tramas de tráfico. Una estación base 13 recibe la información y
la transmite al intervalo de tiempo de 64 kbit/s de la línea PCM.
Los otros canales de tráfico de la misma onda portadora se insertan
también en el mismo intervalo de tiempo, es decir, el canal, de
manera que la velocidad de transmisión para una conexión es 16
kbit/s. En un controlador de estaciones base 14, la unidad
transcodificadora/adaptadora de velocidad TRAU convierte la
velocidad de 16 kbit/s de la información digital codificada en una
velocidad de 64 kbit/s, y a esta velocidad se transmiten los datos
hacia el centro de conmutación de servicios móviles después de lo
cual, posiblemente tras una modulación y una modificación de
velocidad necesarias, la información se transmite a alguna otra
red.
Según la explicación anterior, el controlador de
estaciones base selecciona los circuitos con los cuales se
establece una conexión entre el mismo y el transmisor/receptores de
la estación base. El canal de radiocomunicaciones (intervalo de
tiempo TDMA) y el intervalo de tiempo PCM de la línea entre la
estación base y el controlador de estaciones base presenta, durante
la conexión, una correspondencia biunívoca, es decir, en la
dirección del enlace ascendente la información de un intervalo de
tiempo especificado de una onda portadora especificada se inserta
siempre en el mismo canal PCM de 16 kbit/s y de forma
correspondiente, en la dirección del enlace ascendente la
información de este canal PCM se transmite siempre al mismo
intervalo de tiempo TDMA. El controlador de estaciones base
señaliza a la estación base qué estación base del intervalo de
tiempo TDMA debe vincularse a qué canal PCM. De esta manera, el
controlador de estaciones base sin ayuda asigna el canal a través de
la interfaz Abis y la interfaz de radiocomunicaciones en relación
con la estación móvil. Cuando la estación base ha asignado un canal
en relación con la estación móvil, un centro de conmutación de
servicios móviles 15 selecciona los circuitos con los cuales se
genera la conexión entre el centro de conmutación de servicios
móviles y el controlador de estaciones base/TRAU, es decir, los
circuitos hacia la interfaz A de la central y el controlador de
estaciones base. Al final los enlaces generados se conectan entre
sí.
La norma de transmisión de datos ATM (Modo de
Transferencia Asíncrono) se ha introducido para combinaciones de
implementaciones de banda estrecha y banda ancha y para la
transmisión de paquetes y señalización. El ATM es una técnica por
conmutación de paquetes orientada a la conexión, la cual ha sido
seleccionada por la organización internacional de normalización de
telecomunicaciones ITU-T como técnica de
implementación de la Red Digital de Servicios Integrados de Banda
Ancha (B-ISDN). En el ATM, los datos se empaquetan
en tramas que comprenden varios paquetes de una longitud constante
conocidos como celdas. La longitud de una celda es 53 bytes y una
celda comprende un encabezamiento de 5 bytes de longitud, y se han
reservado 48 bytes para la carga útil. Cuando se envían celdas ATM,
cada celda se puede dirigir a destinos diferentes basándose en su
encabezamiento.
La técnica ATM es la más adecuada para ser usada
en redes de banda ancha, especialmente en redes de transmisión que
usen fibra óptica. Por esta razón, es probable que en la red de
comunicaciones móviles la técnica PCM actual que hace uso de líneas
troncales de 2 Mbit/s, las cuales con frecuencia han sido alquiladas
por el operador móvil a otros operadores de telecomunicaciones, se
sustituya por la técnica ATM. Es necesario funcionar de esta manera
especialmente si la capacidad de transmisión del camino de
radiocomunicaciones se incrementa tanto que la conexión PCM actual
ya no es suficiente. En tal caso, la capacidad de transmisión de
datos y la velocidad de la red de comunicaciones móviles se
incrementarían considerablemente. También es posible que las
instalaciones en las que se posicione una estación base nueva ya
dispongan de una conexión ATM existente, en cuyo caso resultaría
tentador hacer uso de la misma.
La transmisión de voz en celdas ATM se ha
convertido en un problema. En las conexiones actuales por
conmutación de circuitos, la transmisión de voz es muy rápida y los
retardos casi nunca provocan problemas. En cambio, se ha convertido
en un problema la forma de gestionar los retardos de transmisión
cuando varias señales de audio en dirección a la red provenientes
de cualquiera de los varios puntos de entrada se transmiten mediante
la técnica ATM hacia cualquiera de los numerosos puntos de salida
de la red. Uno de los problemas específicos es cómo transmitir
señales de audio convertidas en señales codificadas PCM y
multiplexadas en dispositivos PCM entre los nodos de la red y a
través de la red, conteniendo dicha red dispositivos de
transferencia y centrales ATM.
Las soluciones proporcionadas para este problema
son por lo menos las siguientes a) uso de microceldas, b) llenado
incompleto de las celdas, y c) emulación de la conmutación por
circuitos. Cuando se usan microceldas, se multiplexan varios
canales de voz para transportar una celda ATM. Uno de los problemas
con la técnica de las microceldas es que una celda ATM ya no es la
unidad básica de conmutación, en cuyo caso los dispositivos de
conmutación ATM comunes no se pueden usar para conmutar canales de
voz sino que son necesarios disposiciones y dispositivos especiales
para liberar canales de voz en el interior de las microceldas. En el
llenado incompleto de las celdas ATM, la carga útil de la celda se
deja incompleta. De esta manera, la capacidad de infrautiliza,
aunque esta opción debe realizarse si se deben evitar los retardos.
En la emulación de la conmutación por circuitos, la información que
se desplaza sobre la línea PCM de 2 Mbit/s se transmite de forma
transparente en un flujo de celdas ATM. Uno de los inconvenientes
de este método es que la capacidad de transmisión se reserva
siempre con independencia de si existen o no llamadas para
transmitir, con lo cual no se puede evitar la transmisión de celdas
vacías. Otro de los inconvenientes es que los canales de voz de la
conexión de naturaleza
punto-a-punto no se pueden conectar
con dispositivos ATM en el interior de la red en diferentes
direcciones.
La solicitud de patente WO 94/11975 da a conocer
un método, una red de telecomunicaciones y un sistema de
conmutación para transmitir varios canales de voz codificados en PCM
a través de la red ATM. El método incluye características de las
etapas a y c mencionadas anteriormente. Según dicha solicitud,
varios canales de voz asignados al mismo nodo de salida de la red
ATM se empaquetan en una celda ATM, con lo cual se transmiten
canales de sonido y de datos de banda estrecha en estas celdas las
cuales se transmiten a una velocidad de reproducción que es la
misma que o una parte integral de la velocidad de reproducción de
una señal PCM que contenga sonido. Las celdas se transmiten en la
red entre el nodo de entrada y el nodo de salida a través de
circuitos virtuales que mantienen una velocidad constante. Cuando no
se producen grandes cambios en el tráfico de manera que es
necesario añadir o eliminar caminos virtuales permanentes entre dos
nodos, el sistema de conmutación lleva a cabo una operación
sencilla: una trama de muestras PCM en el punto de entrada, de 125
microsegundos de duración, insertada en una celda ATM, se encamina a
través de la red hacia el nodo de salida, lo cual significa que las
celdas se envían a intervalos de 125 milisegundos. Una muestra PCM
comprende un byte, por lo cual en una celda como mucho se pueden
transmitir 48 canales de voz. Si la capacidad del canal PCM es
mayor que 64 kbit/s, por ejemplo, 384 kbit/s, se usan más bytes de
la celda para un canal, por ejemplo, 6 bytes.
Ninguno de los métodos antes explicados resulta
como tal adecuado cuando la transmisión de información de audio del
canal PCM entre la estación base y la TRAU se sustituye por la
conexión ATM de manera que se pueda transmitir información de voz,
cuando sea necesario, directamente desde una estación base a otra
sin que la conexión pase a través de la TRAU ó el centro de
conmutación de servicios móviles tal como el sistema GSM de la
técnica anterior.
Una trama de voz de velocidad completa en el
sistema GSM es 316 bits. Esto es aproximadamente un 85% de la
longitud de la carga útil de una celda ATM (de 47 a 48 bytes o de
376 a 384 bytes). Es concebible que una trama de voz se empaquete
en una celda ATM, en cuyo caso se perdería aproximadamente el 15%
del ancho de banda máximo. No obstante, el rendimiento empeora
considerablemente cuando en la celda ATM se empaquetan, por ejemplo,
tramas de voz de velocidad mitad. El método no se puede usar en
absoluto si la longitud de la trama de voz supera la longitud de la
carga útil de la celda en la red por paquetes.
Otra de las redes por paquetes posibles en la
cual se podría aplicar el método de la invención es Internet. La
longitud de un paquete de Internet es variable, aunque desde el
punto de vista del ancho de banda, el envío de cada trama de
tráfico como un paquete individual no resulta eficaz.
Por lo tanto, el objetivo de la presente
invención es desarrollar un método por medio del cual se pueda
transmitir en una red por paquetes, tal como la red ATM ó Internet,
voz que comprenda tramas de voz generadas a partir de una señal de
voz codificada en PCM del codificador de voz, sin retardos
desfavorables y utilizando el ancho de banda de la forma más
satisfactoria posible y de manera que, en el caso de una señal de
voz, la calidad de la misma siga siendo la mejor posible. Otro de
los objetivos es que el método también se pueda utilizar para
transmitir muestras de música y vídeo. Uno de los objetivos
adicionales de la invención es desarrollar un método por medio del
cual se pueda transmitir eficazmente en un modo por paquetes una
señal de voz/audio/vídeo de una calidad satisfactoria entre una
estación base y una TRAU ó dos estaciones base en el sistema de
comunicaciones móviles.
El objetivo se alcanza con el método que queda
caracterizado por los aspectos que se exponen en la reivindicación
1. Las reivindicaciones subordinadas van dirigidas a las formas de
realización preferidas de la invención.
La invención se basa en la idea de que la carga
útil de las tramas en la red por paquetes se llena al nivel máximo
posible, en cuyo caso algunas de las tramas de voz se deben dividir
en dos tramas consecutivas de la red por paquetes.
Una señal de voz digitalizada se convierte trama
a trama, en un codificador de voz, en un grupo de parámetros el
cual se inserta en una trama de tráfico. Una trama de tráfico puede
ser una trama de voz como tal aunque generalmente son necesarios
bits adicionales para las diferentes finalidades de la transmisión,
en cuyo caso la longitud de la trama es mayor que la longitud de
una mera trama de voz.
Las tramas de tráfico proporcionadas se insertan
inmediatamente en la parte de carga útil del paquete de datos de
manera que las partes de carga útil de los paquetes se llenen
completamente. Una trama de tráfico que no quepa en la parte de
carga útil del paquete anterior se divide entre dos paquetes
diferentes. Los paquetes se envían a través de la red de
transmisión hacia el destino. En el destino, las partes de la trama
de tráfico se separan con respecto a la carga útil del paquete
recibido, ensamblándose dichas partes en tramas de tráfico
completas. Las tramas de voz contenidas en las tramas de tráfico se
trasladan a un decodificador de voz para producir la señal de voz
digitalizada original.
El método como tal derivaría en un deterioro de
la calidad de la voz ya que algunas tramas de voz se envían
inmediatamente y otras se envían únicamente con una parte de la
siguiente trama de voz. Según la forma de realización preferida de
la invención, la calidad de la voz se mejora almacenando
temporalmente tramas de voz en la memoria del receptor de manera
que las tramas de voz recibidas se trasladan al decodificador de
voz a intervalos iguales a los intervalos en los cuales se formaron
originalmente.
Las ventajas de la invención son, en primer
lugar, una reducción del retardo de la transmisión en la red, y, en
segundo lugar, la transmisión de una llamada en un paquete de la red
por paquetes permite la conmutación por paquetes de celdas y por lo
tanto dirigir la llamada al destino deseado. Esta situación da como
resultado una red telefónica que utiliza eficazmente la técnica de
la red por paquetes.
Además, la transmisión de la llamada en un
paquete de la red por paquetes posibilita que después de que haya
finalizado la llamada, finalice también la transmisión de las
celdas, lo cual está en contraposición al caso en el que se emula
la conmutación por circuitos. No es necesario enviar las celdas
durante pausas de la voz sino únicamente cuando se transmiten
parámetros de ruido. De este modo se libera capacidad de transmisión
durante las pausas, para otro uso, por ejemplo para otras
conexiones simultáneas, lo cual se encuentra en contraposición a
una red por conmutación de circuitos en las que las pausas de la
conexión no se pueden utilizar con otras conexiones.
A medida que las tramas asociadas a una señal de
voz se inserten en un paquete de la red por paquetes, todas las
tramas del mismo paquete se transmiten al mismo destino, en cuyo
caso en el destino se evitarán la liberación y el reencaminamiento
de los paquetes. El uso del método de la invención se puede limitar
solamente a conexiones de audio/vídeo, con lo cual los paquetes se
pueden enviar en una transmisión de datos inmediatamente, sin
retardos.
En lugar de una señal de voz se puede transmitir
otra señal de audio o vídeo, en cuyo caso, en lugar de trama de
voz, a la misma se le podría denominar en general grupo de
parámetros. Según la forma de realización preferida, la red de
transmisión es una red ATM o Internet, en cuyo caso el paquete es
una celda ATM ó un paquete de Internet.
La invención se explicará a continuación de
forma más detallada en relación con formas de realización preferidas
y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
la Figura 1 muestra una vista simplificada de la
red de comunicaciones móviles;
la Figura 2 muestra las partes funcionales de un
centro de conmutación de servicios móviles;
la Figura 3 muestra las partes funcionales de un
controlador de estaciones base;
la Figura 4 muestra un controlador de estaciones
base que presenta disposiciones según la invención;
la Figura 5 muestra la estación base con el
funcionamiento de la invención incorporado;
la Figura 6 muestra un encamino de transmisión
preferido entre dos estaciones base; y
la Figura 7 muestra el ensamblaje de las tramas
de tráfico en paquetes y el desensamblaje de los paquetes en tramas
de tráfico.
\newpage
La conexión PCM entre la TRAU y estaciones base,
descrita en la Figura 1, se sustituye por una conexión ATM. Como la
TRAU puede estar situada físicamente en asociación con un
controlador de estaciones base o un centro de conmutación de
servicios móviles, en la práctica esto significa que todas las
conexiones PCM del centro de conmutación de servicios móviles usado
en la actualidad se pueden sustituir por conexiones ATM.
En el siguiente ejemplo se supone que la TRAU
está ubicada en asociación con un controlador de estaciones base,
tal como se da a conocer en la Figura 3, aunque debería indicarse
que la ubicación física de la TRAU no es esencial para la
invención.
Haciendo referencia a la Figura 4 se explica el
método de la invención desde el punto de vista de la TRAU. Cuando
se recibe voz codificada en PCM desde la dirección del centro de
conmutación de servicios móviles sobre el canal de voz asignado a
la TRAU, la misma se dirige a través de un bloque de interfaz PCM 41
hacia la TRAU 42 la cual forma, a partir de las señales de audio
PCM entrantes, tramas de tráfico de 316 bits exactamente tal como
en el sistema de la técnica anterior. Cuando se ha formado la
primera trama de tráfico, la primera se dirige a través de un bus
de alta velocidad hacia un adaptador ATM 43 el cual inserta la trama
en la parte de carga útil de la celda ATM. Como esta parte tiene
una longitud constante, 47 ó 48 bytes (376 ó 384 bits), la primera
trama de tráfico no llenará completamente la primera ATM sino que la
celda se envía únicamente cuando su parte de carga útil se ha
llenado con la parte inicial de otra trama de tráfico. El adaptador
43 inserta la información de dirección necesaria en los
encabezamientos de la celda de manera que una matriz de conmutación
ATM sucesiva 44 pueda dirigir la celda hacia la tarjeta de interfaz
ATM adecuada de un grupo de interfaces ATM 45 en el lado de la
salida y por lo tanto hacia la conexión física correcta y hacia la
estación base de destino.
Si solamente existe una conexión física de
enlace descendente de salida hacia la red ATM, no sería necesaria
en absoluto ninguna matriz de conmutación y únicamente se requeriría
una tarjeta ATM 45.
La transmisión de una celda hacia la estación
base es muy rápida. En la actualidad, cuando se transmite una trama
de tráfico, dos bits a la vez, en intervalos de tiempo de la línea
PCM de 2 Mbit/s a una velocidad de 16 kbit/s, la transmisión de una
trama entre la TRAU y la estación base dura aproximadamente 20 ms.
Cuando se usa la misma línea física aunque el protocolo ATM, la
transmisión dura solamente de forma aproximada 0,2 ms.
Cuando se reciben tramas de tráfico insertadas
en celdas ATM y enviadas por las estaciones base, el modo de
funcionamiento resulta evidente a partir de la descripción anterior.
Las celdas ATM se reciben desde líneas físicas diferentes y la
matriz de conmutación 44 conmuta las celdas que pertenecen al mismo
canal basándose en la dirección, en el orden sucesivo hacia el
adaptador ATM 43 que separa la carga útil de cada celda, es decir,
la trama de tráfico enviada por la estación móvil y reensamblada por
la estación base. El transcodificador de la TRAU 42 comienza a
decodificar la trama de tráfico inmediatamente después de haber
recibido la trama de tráfico en su totalidad desde el bus de alta
velocidad. La señal de voz decodificada en el modo normalizado de
la ley A se dirige hacia el bloque de interfaz PCM 41 el cual
inserta la señal de voz en el intervalo de tiempo PCM asignado a la
conexión para ser transportada adicionalmente hacia el centro de
conmutación de servicios móviles MSC.
La distancia de transporte no es larga en el
caso de que la TRAU se coloque en asociación con el MSC y no en
asociación con el controlador de estaciones base tal como en la
Figura 4. Si la totalidad de las líneas troncales así como las
conexiones desde el centro de conmutación de servicios móviles a las
otras redes se sustituyen por conexiones ATM y la central se
realiza mediante la técnica ATM, en la TRAU la voz en modo PCM se
puede insertar directamente en la celda ATM y se puede transmitir
adicionalmente.
A continuación, se revisan unos acontecimientos
en referencia a la Figura 5 en el otro extremo de la conexión, es
decir, en la estación base. En la figura, los bloques situados
dentro de la referencia numérica 52 son bloques de una estación
base conocida de por sí y como tales no esenciales para la invención
y por lo tanto cuya explicación no es necesaria en relación con
este aspecto.
Se realizan varias operaciones conocidas para la
trama de tráfico formada por la estación móvil antes de su envío,
como consecuencia de lo cual la misma se envía aleatorizada y en
segmentos pequeños a través del camino de radiocomunicaciones hacia
la estación base. La estación base BTS recibe los segmentos a través
de la interfaz de radiocomunicaciones y ensambla a partir de ellos
la trama de tráfico original. En cuanto ha ensamblado la trama, la
misma se dirige hacia el bloque de interfaz ATM 51 el cual inserta
la trama en la carga útil de la celda ATM, fija la información
requerida del encabezamiento y envía la celda hacia la TRAU. El
transcodificador comienza a decodificar la trama enviada en la
celda en cuanto haya sido recibida en su totalidad. Para que el
retardo sea lo más pequeño posible, la conexión entre el bloque de
interfaz ATM 51 y el bloque (procesado de la señal) que ensambla la
trama de tráfico en la estación base debe ser muy rápida.
La transmisión de información de voz a través de
la red ATM según el método posibilita la generación de una conexión
de voz directa entre dos estaciones base. A continuación se hace
referencia a la Figura 6. En las redes convencionales, una conexión
de voz entre dos estaciones móviles pasa a través de la TRAU y del
centro de conmutación de servicios móviles. En el método de la
invención, la conexión entre estaciones base, por ejemplo, BTS 61 y
BTS 62, se puede implementar directamente situando el encabezamiento
de la estación base receptora como dirección de la celda ATM que
contiene la trama de tráfico, en cuyo caso no es necesario que la
conexión pase a través de la TRAU 63. Naturalmente, la red de
comunicaciones móviles ha informado por adelantado a las estaciones
base, por medio de conexiones de señalización, sobre los lugares a
los que se van a enviar los paquetes y sobre las llamadas a las que
están asociados los paquetes. Esta posibilidad aliviará la carga de
la red, acelerará la conexión y mejorará la calidad de la voz ya que
no es necesario llevar a cabo modificaciones sucesivas de voz
codificada - voz PCM - voz codificada.
Según la forma de realización preferida de la
invención, se compensarán los retardos variables generados
inevitablemente en la red por paquetes. Cuando la red ATM se usa
para transmitir información de voz, la variación de los retardos
provoca problemas. La Figura 7 ilustra la transmisión de paquetes.
La primera celda ATM se puede enviar únicamente cuando se hayan
recibido los intervalos de tráfico 1 y 2. Después de esto, las
celdas ATM 2 a 6 se pueden enviar después de cada trama de tráfico
recibida. En cambio, la celda ATM 7 se puede enviar únicamente
cuando se haya recibido la trama de tráfico 9, lo cual provoca una
interrupción de una trama de tráfico de longitud después de las
celdas ATM 6 y 7. La generación de interrupciones a intervalos de
aproximadamente seis celdas ATM viene provocada por una diferencia
de aproximadamente un sexto entre una trama de tráfico y una celda
ATM.
La transmisión de paquetes en la red ATM perderá
la sincronización entre ellos por dos razones independientes. La
primera razón es una pequeña variación aleatoria de los tiempos de
transmisión de un paquete, lo cual es característico de la red por
paquetes. La segunda razón es que las tramas de tráfico específicas
enviadas a intervalos regulares no provocan el envío de la celda
ATM. Para mantener la calidad de la voz reconstruida, la
sincronización se debe restablecer antes de que las tramas de voz se
pasen al decodificador de voz. Esta opción se puede llevar a cabo
almacenando temporalmente las tramas de tráfico recibidas en la
memoria y trasladándolas al decodificador de voz a intervalos
regulares. La cantidad de memoria usada como memoria intermedia se
puede reducir aislando tramas de voz de 260 bits de entre las
tramas de tráfico de 316 bits, almacenándose las tramas de voz en
la memoria. Las tramas de voz se transportan al decodificador de voz
de manera que el intervalo entre ellas se corresponde con el
intervalo de muestreo con el cual el transmisor ha formado las
tramas de voz. En el caso del sistema GSM ejemplificado, este
intervalo es 20 ms. El transporte de tramas hacia el decodificador
de voz se puede sincronizar con las celdas ATM a recibir, por
ejemplo, midiendo el tiempo transcurrido entre el transporte de una
trama al decodificador de voz y la recepción de la siguiente celda
ATM. Si la celda ATM se recibe antes que lo esperado, el intervalo
entre dos tramas de voz consecutivas transportadas hacia el
decodificador de voz se reducirá ligeramente y viceversa. Cuando la
formación de una trama de tráfico en el extremo de transmisión no
deriva en el envío de la celda ATM, este ajuste no tiene lugar, sino
que se usa el último intervalo usado o un intervalo nominal. Si
dicha conexión se identifica (por ejemplo, por medio de la parte de
encabezamiento de la trama de tráfico) como una conexión de datos,
no son necesarios el almacenamiento temporal y el restablecimiento
de la sincronización.
En una red por paquetes - al menos con unas
calidades de servicio inferiores - es posible que la trama de voz
transportada por la celda ATM se reciba tan tarde que todos los
datos de la memora intermedia ya hayan sido conducidos al
decodificador de voz. En este caso, es posible aplicar el método de
la sustitución de las tramas de voz defectuosas usado, por ejemplo,
en el sistema GSM. Alternativamente, se puede decodificar nuevamente
la parte inicial de la última trama de voz recibida hasta que se
haya recibido la siguiente trama de voz para ser trasladada hacia
el decodificador de voz. El periodo de tiempo en el cual la
información de sustitución se ha transportado hacia el
decodificador de voz retarda la reconstrucción de la voz y este
periodo de tiempo actúa como una zona de memoria intermedia también
contra la llegada demasiado tardía de la siguiente celda ATM. Se
puede fijar un valor máximo para el retardo el cual, si se supera,
provocará que la siguiente trama de voz se destruya de forma
completa y parcial, en cuyo caso el retardo no se podrá acumular de
forma insignificante.
Según una de las formas de realización
preferidas de la invención, en el comienzo de la conexión y después
de las pausas, se envía inmediatamente después de que se hayan
formado las tramas de tráfico un pequeño número de paquetes. Por
ejemplo, en el sistema GSM, las pausas se pueden identificar
mediante las tramas SID (Descriptor de Silencio). Esta situación
dará como resultado que el inicio de la voz después de una pausa se
transmita hacia el receptor lo más rápido posible. Esta opción
reduce el riesgo de que ambas partes de la llamada comiencen a
hablar al mismo tiempo. Cuando se restablece el procedimiento normal
de la invención, es decir, las partes de carga útil de los paquetes
están completamente llenas, el receptor interpreta el acontecimiento
como ausencia de una trama de voz. En este caso, también es posible
aplicar el método de sustitución de las tramas de voz defectuosas
usado en el sistema GSM. A partir de la experiencia se sabe que la
ausencia de una trama de voz no se puede detectar mediante la
escucha. El tiempo durante el cual se envía cada trama de voz como
un paquete específico es de la forma más adecuada aproximadamente 1
segundo. Un retardo elevado pospone el momento en el que se debe
sustituir la trama de voz ausente y por lo tanto mejora la
comprensión de la voz. Por otro lado, un retardo elevado
deteriorará la eficacia del sistema.
La invención produce un método con el cual la
capacidad de la red por paquetes se puede usar de la forma más
eficaz posible. La carga de la red se sitúa en su valor máximo
únicamente durante una parte reducida de tiempo. Según una de las
formas de realización preferidas de la invención, cada trama de voz
se transmite en un paquete específico si son válidas una o varias
de las siguientes condiciones:
- -
- un abonado dispone de una calidad de servicio (QoS) alta o la más alta, especificada en la red por paquetes;
- -
- la red dispone de una capacidad no usada, por ejemplo en los periodos de tiempo nocturnos;
- -
- la calidad de servicio es deficiente en alguna otra parte de la red y esta situación se compensa mejorando el servicio en algún otro sitio;
- -
- la longitud de la carga útil de los paquetes se corresponde esencialmente con la longitud de la trama de voz o es solamente de forma aproximada un 20% mayor que la misma.
La invención se ha explicado a título de ejemplo
en un caso en el que las tramas de voz del sistema GSM se
transmiten en la red ATM. Para los expertos en la materia resultará
evidente que la misma técnica también se puede usar para transmitir
señales de música y vídeo. En este caso, en lugar de un codificador
y un decodificador se usa un dispositivo que forma señales a partir
de las muestras de las señales de una longitud especificada lo cual
hace referencia a un dispositivo que produce una señal que se
corresponde con la señal original a partir de las muestras. La
longitud de una celda en la red ATM es fija. Alternativamente, la
red por paquetes podría ser Internet en la cual la longitud de un
paquete es variable. Antes de que las muestras se trasladen al
decodificador, las mismas se pueden conducir hacia cualquier
dispositivo de transferencia que procese tramas de voz, tal como el
Sistema de Correo Vocal VMS. De este modo, la invención y sus formas
de realización no se limitan a los ejemplos antes descritos sino
que las mismas puedan variar dentro del alcance de las
reivindicaciones.
Claims (13)
1. Método para transmitir una señal que
comprende información de voz, audio y/o vídeo en forma de paquetes
de una red por paquetes, en el que cada paquete dispone de un
encabezamiento y una carga útil, comprendiendo el método:
codificar la señal que se va a transmitir en
grupos de parámetros los cuales se insertan en tramas de
tráfico;
insertar tramas de tráfico y/o partes de tramas
de tráfico en la parte de carga útil de los paquetes y enviar estos
últimos a su destino;
formar la parte de carga útil de por lo menos
algunos de los paquetes a partir de por lo menos una trama de
tráfico parcial además de por lo menos una trama de tráfico completa
o parcial; formándose dichas tramas de tráfico completas o
parciales con la misma señal, hasta que la parte de carga útil del
paquete esté sustancialmente llena;
separar las tramas de tráfico con respecto a la
carga útil del paquete recibido en el destino;
trasladar los grupos de parámetros de las tramas
de tráfico a un decodificador para producir, respectivamente, la
información original de voz, audio y/o vídeo;
en el que los grupos de parámetros recibidos se
almacenan temporalmente en el destino y los mismos se trasladan al
decodificador a intervalos esencialmente iguales; y
la traslación de grupos de parámetros
almacenados temporalmente se sincroniza basándose en los paquetes
recibidos de tal manera que los grupos de parámetros se trasladan
al decodificador por regla general con la misma frecuencia con la
que se reciben;
caracterizado porque en el comienzo de
una conexión y después de pausas en la señal que se va a enviar,
durante un periodo comprendido entre 0,5 y 2 segundos, cada trama
de tráfico se transporte en un paquete específico, con lo cual la
finalización de una pausa se transmitirá al receptor lo más rápido
posible.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque el periodo tiene una longitud de
aproximadamente un segundo.
3. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la longitud de un paquete en la red por
paquetes es fija.
4. Método según la reivindicación 3,
caracterizado porque la red por paquetes es una red ATM y el
paquete es una celda ATM.
5. Método según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizado porque la parte de carga útil del paquete se
forma con por lo menos dos tramas de tráfico completas cuya
longitud combinada es como mucho un valor de umbral predeterminado,
preferentemente de forma aproximada un 20% menor que la longitud de
la carga útil del paquete.
6. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la longitud de un paquete en la red por
paquetes es variable.
7. Método según la reivindicación 6,
caracterizado porque la red por paquetes es una red de
Internet, el paquete es un paquete de Internet y la longitud de la
parte de carga útil de los paquetes se ajusta de manera que se
corresponda con múltiplo de la longitud de la trama de tráfico.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las tramas
de tráfico separadas con respecto a la carga útil de los paquetes
recibidos en el destino se trasladan al decodificador a través de
unos medios de memoria, tales como un sistema de correo vocal
(VMS).
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una
estación base (BTS, 61, 62) vincula la dirección de un
transcodificador (TRAU, 63) con el encabezamiento del paquete y el
transcodificador con la dirección de la estación base, en cuyo caso
se proporciona un enlace de transmisión entre la estación base y el
transcodificador.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una
estación base transmisora (BTS, 61, 62) vincula la dirección de una
estación base receptora (BTS, 62, 61) con el encabezamiento del
paquete, en cuyo caso se proporciona un enlace de transmisión
directamente entre dos estaciones base.
11. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada trama
de voz se transmite en un paquete específico si son válidas una o
varias de las siguientes condiciones:
- -
- un abonado dispone de una calidad de servicio (QoS) alta o de la más alta;
- -
- la red dispone de una capacidad no usada;
- -
- la calidad de servicio es deficiente en alguna otra parte de la red;
- -
- la longitud de la carga útil del paquete se corresponde esencialmente con la longitud de la trama de voz o es solamente de forma aproximada un 20% mayor que la misma.
12. Dispositivo de transmisión para transmitir
una señal que comprende información de voz, audio y/o vídeo en
forma de paquetes de una red por paquetes, en el que cada paquete
dispone de un encabezamiento y una carga útil, comprendiendo el
dispositivo de transmisión:
unos medios para codificar la señal que se va a
transmitir en grupos de parámetros y unos medios para insertar los
grupos de parámetros en tramas de tráfico;
unos medios para insertar tramas de tráfico y/o
unas partes de tramas de tráfico en la parte de carga útil de los
paquetes y enviar estos últimos a su destino;
unos medios para formar la parte de carga útil
de por lo menos algunos de los paquetes a partir de por lo menos
una trama de tráfico parcial además de por lo menos una trama de
tráfico completa o parcial; formándose dichas tramas de tráfico
completas o parciales con la misma señal, hasta que la parte de
carga útil del paquete esté sustancialmente llena;
caracterizado porque el dispositivo de
transmisión está configurado para transportar cada trama de tráfico
en un paquete específico durante un periodo de entre 0,5 y 2
segundos en el comienzo de una conexión y después de pausas en la
señal a enviar.
13. Dispositivo de recepción para recibir una
señal que comprende información de voz, audio y/o vídeo en forma de
paquetes de una red por paquetes, en el que cada paquete dispone de
un encabezamiento y una carga útil,
en el que la señal se genera codificando la
señal a transmitir en grupos de parámetros los cuales se insertan
en tramas de tráfico; insertando tramas de tráfico y/o partes de
tramas de tráfico en la parte de carga útil de los paquetes y
enviando estos últimos a su destino; y formando la parte de carga
útil de por lo menos algunos de los paquetes a partir de por lo
menos una trama de tráfico parcial además de por lo menos una trama
de tráfico completa o parcial; formándose dichas tramas de tráfico
completas o parciales con la misma señal, hasta que la parte de
carga útil del paquete esté sustancialmente llena;
en el que el dispositivo de recepción
comprende:
unos medios para separar las tramas de tráfico
con respecto a la carga útil del paquete recibido en el destino;
unos medios para trasladar los grupos de
parámetros de las tramas de tráfico a un decodificador para
producir, respectivamente, la información original de voz, audio
y/o vídeo;
unos medios para almacenar temporalmente los
grupos de parámetros recibidos en el destino y para trasladarlos al
decodificador a intervalos esencialmente iguales; y unos medios para
sincronizar dicha traslación de grupos de parámetros almacenados
temporalmente basándose en los paquetes recibidos de tal manera que
los grupos de parámetros se trasladan al decodificador por regla
general con la misma frecuencia con la que se reciben;
caracterizado porque el dispositivo de
recepción está configurado para recibir cada trama de tráfico en un
paquete específico durante un periodo de entre 0,5 y 2 segundos en
el comienzo de una conexión y después de pausas en la señal que se
va a enviar.
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