WO2000042793A1 - Höherratige datenübertragung in mobilfunksystemen - Google Patents

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kbit
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Egon Schulz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/18—Service support devices; Network management devices
    • H04W88/181—Transcoding devices; Rate adaptation devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/16—Time-division multiplex systems in which the time allocation to individual channels within a transmission cycle is variable, e.g. to accommodate varying complexity of signals, to vary number of channels transmitted
    • H04J3/1605—Fixed allocated frame structures
    • H04J3/1623—Plesiochronous digital hierarchy [PDH]
    • H04J3/1647—Subrate or multislot multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/06—Reselecting a communication resource in the serving access point

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a mobile radio system and to such a mobile radio system, and in particular relates to a method for transmitting high data rates in a mobile radio system.
  • GSM Global System for mobile communications
  • speech compression is carried out to reduce the data rate.
  • This speech compression is generally carried out on the one hand in the handset and on the other hand on the network side in a so-called transcoding unit (transcoding unit).
  • transcoding unit transcoding unit
  • Such a speech compression is implemented by so-called speech codecs, a 13 kbit / s speech codec being used for example in the GSM system for the fill rate service.
  • the transcoding unit In addition to speech compression, the transcoding unit also adjusts the data rate in a corresponding adaptation unit (rate adaptation).
  • rate adaptation unit has the task of adapting the data rate in the fixed network to the different data rates of the mobile radio system.
  • the network architecture of a GSM mobile radio system is shown as an example in FIG.
  • a large number of BTS base stations that serve the corresponding radio cells are connected to BCE base station controllers via Abis interfaces.
  • Speech compression and rate adaptation are carried out in transcoding units TCE.
  • the transcoding units TCE connect the base station controller BCE to the mobile station switching center (Mobile Switching Center) MSC via M interfaces and A interfaces, which the so-called Visitor Location Register, to which the temporary stay of a part can be seen from contains.
  • the Trans ⁇ is transparent coding unit TCE terms of the signaling for call control and mobility management.
  • One or more channels with 64 kbit / s of one or more PCM-30 connections (PCM-30 links) are used for signaling between the base stations BTS and the Mobile Switching Center MSC.
  • TRAU frames are exchanged between the base stations BTS and transcoding units TCE.
  • voice, data and O&M TRAU frames For speech with full data rate (fill rate
  • the net data rate is 13 kbit / s, while for data it is 12 kbit / s. Furthermore, the data rate for "half rate speech coding" is approximately 6 kbit / s.
  • the TRAU frames are mapped to 16 kbit / s channels on the interface between the transcoding unit TCE and base station BTS. As can be seen in FIG. 1, these are Abis and M interfaces. A 16 kbit / s channel is thus assigned to each traffic channel on the air interface.
  • the physical connections between base station BTS and transcoding unit TCE are generally PCM-30 connections with 30 channels, each with 64 kbit / s. Up to 4 channels with 16 kbit / s are multiplexed in each 64 kbit / s channel. Another possibility is to use ISDN connections between the transcoding unit TCE and the base station BTS.
  • the transcoding unit TCE is controlled by the base station BTS, the 16 kbit / s channels being assigned arbitrarily.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method and a device for data transmission in mobile radio systems. to develop men who have a more favorable ratio of net to gross data rate.
  • the defragmentation i.e. Merging of subchannels
  • TRAU frames created whose overhead is significantly smaller, so that the ratio of the usable net data rate to the gross data rate is better.
  • the redundancy for synchronization and signaling remains almost constant. With a constant redundancy of 3 Kbit / s, as required for a subchannel, a net data rate of 61 kbit / s can be achieved with a terrestrial channel of 64 kbit / s.
  • Fig. 1 shows the scheme of a GSM mobile radio system
  • FIGS. 2a-2e show the method according to the invention on the basis of the channel assignments of a PCM-30 connection between a base station BTS and a transcoding unit TCE.
  • FIG. 1 The scheme of the exemplary GSM mobile radio system explained in FIG. 1 has already been explained in the introduction. However, the invention can also be used for other mobile radio systems, for example of the third generation. Mobile radio systems are also to be understood as cordless telephony systems, such as DECT (digital enhanced cordless telecommunication).
  • DECT digital enhanced cordless telecommunication
  • FIGS. 2a-2e the allocation of 6 time slots TS1-TS6, each with 64 kbit / s of a PCM-30 connection, is considered using an example from the GS M mobile radio system.
  • FIG. 2a shows the complete assignment of the exemplary 6 time slots TS1-TS6 with 4 subchannels SC each, namely aO -a3, bO-b3, cO-c3, dO-d3, eO-e3 and fO-f3, each subchannel 16 kbit / s transmits.
  • 2b shows the situation after 4 connections, namely a3, cO dl and fl, have been released. From a purely arithmetical point of view, 64 kbit / s are therefore available, but distributed over 4 time slots TS1, TS3, TS4 and TS6.
  • Fig. 2d shows the situation if more subchannels ⁇ SC, in this example, the compounds aO, a2, dO and d2, dissolved, and thus are in the time slots TSl and TS4 free channels.
  • defragmentation can be carried out using an intracell handover with cause defragmentation.
  • An intracell handover with cause defragmentation will advantageously have a lower priority than an intracell handover for quality reasons.
  • defragmentation of the terrestrial interface of a base station there is the possibility of changing certain mobile stations, which are located, for example, on the edge of a cell, i.e. apply for an Intercell handover to request to the neighboring cell.
  • the base station BTS acts as a switch.
  • the base station BTS or the base station controller BSC could send the request to change the channel on the terrestrial interface.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Übertragung hochratiger Daten in einem Mobilfunksystem mit mindestens einer terrestrischen Schnittstelle zwischen einem Basisstation-Controller und einer Transcodier-Einheit wird zur Schaffung höherratiger TRAU-Rahmen die terrestrische Schnittstelle defragmentiert. Dabei weist die terrestrische Schnittstelle eine Zeitschlitzstruktur sowie Subkanäle auf, wobei die Defragmentierung der terrestrischen Schnittstelle durch Kanalwechsel der Subkanäle bewirkt wird.

Description

Beschreibung
Höherratige Datenübertragung in Mobilfunksystemen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mobil- funksystems und ein solches Mobilfunksystem, und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Übertragung hoher Datenraten in einem Mobilfunksystem.
Im GSM-Mobilfunksystem (GSM global system for mobile Communications) oder auch in anderen Mobilfunksystemen wird zur Verringerung der Datenrate eine Sprachkompression durchgeführt. Diese Sprachkompression wird in der Regel einerseits im Mobilteil und andererseits netzwerkseitig in einer sogenannten Transcodier-Einheit (Transcoding Unit) durchgeführt. Realisiert wird eine derartige Sprachkompression durch sog. Sprachcodierer (Speech Codecs) , wobei beispielsweise im GSM- System für den Füll Rate Service ein 13 kbit/s Sprachcodec verwendet wird.
In der Transcodier-Einheit findet neben der Sprachkompression auch eine Anpassung der Datenrate in einer entsprechenden Anpassungs-Einheit statt (Rate Adaption) . Die sog. Rate Adaption Einheit hat die Aufgabe, die Datenrate im Festnetz an die davon unterschiedlichen Datenraten des Mobilfunksystems anzupassen.
Beispielhaft ist in der Fig.l die Netzwerkarchitektur eines GSM-Mobilfunksystems dargestellt. Eine Vielzahl von Basissta- tionen BTS, die entsprechende Funkzellen bedienen, sind über Abis-Schnittstellen mit Basisstation-Controllern BCE verbunden. In Transcodier-Einheiten TCE wird die Sprachkompression und die Ratenanpassung durchgeführt. Die Transcodier-Einheiten TCE verbinden über M-Schnittstellen und A-Schnittstellen die Basisstation-Controller BCE mit dem Mobilstation-Schaltzentrum (Mobile Switching Center) MSC, das das sog. Visitor Location Register, dem der temporäre Aufenthalt eines Teil- nehmers zu entnehmen ist, enthält. Ferner ist die Trans¬ codier-Einheit TCE hinsichtlich der Signalisierung für das Call Control und Mobility Management transparent. Zur Signalisierung zwischen den Basisstationen BTS und dem Mobile Switching Center MSC werden ein oder mehrere Kanäle mit 64 kbit/s eines oder mehrerer PCM-30 Verbindungen verwendet (PCM-30 Links) .
Die Verkehrsdaten wie Sprache und Daten werden in der Tran- scodier-Einheit TCE in sog. TRAU-Rahmen gepackt (TRAU =
Transcoding Rate Adaption Unit) . Diese TRAU-Rahmen werden zwischen den Basisstationen BTS und Transcodier-Einheiten TCE ausgetauscht. Dabei besteht ein TRAU-Rahmen aus insgesamt 320 Bits. Alle 20 ms wird ein TRAU-Rahmen von der Transcodier- Einheit TCE an die Basisstation BTS und umgekehrt gesendet. Folglich hat ein TRAU- Rahmen eine Bruttodatenrate von 320 Bits/20ms = 16 kbits/s und enthält Synchronisationswörter, Signalisierungsbits und die zu übermittelnden Verkehrsdaten. Ferner gibt es je nach Dateninhalt Sprach-, Daten und O&M- TRAU-Rahmen. Für Sprache mit voller Datenrate (Füll Rate
Speech) beträgt die Nettodatenrate 13 kbit/s, während sie für Daten 12 kbit/s beträgt. Ferner beträgt die Datenrate bei "Half Rate Speech Coding" ca. 6 kbit/s.
Die TRAU-Rahmen werden auf der Schnittstelle zwischen Transcodier-Einheit TCE und Basisstation BTS, es handelt sich dabei, wie aus der Fig. 1 hervorgeht, um Abis- und M-Schnitt- stellen, in 16 kbit/s-Kanäle abgebildet. Jedem Verkehrskanal (Traffic Channel) auf der Luftschnittstelle wird so ein 16 kbit/s-Kanal zugewiesen. Die physikalischen Verbindungen zwischen Basisstation BTS und Transcodier-Einheit TCE sind in der Regel PCM-30-Verbindungen mit 30 Kanälen mit je 64 kbit/s. In jedem 64 kbit/s Kanal werden bis zu 4 Kanäle mit 16 kbit/s gemultiplext . Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ISDN Verbindungen zwischen Transcodier-Einheit TCE und Basisstation BTS zu verwenden. Dabei wird in jedem B-Kanal mit 64 kbit/s auch jeweils bis zu 4 Kanäle mit 16 kbit/s für die TRAU-Rahmen gemultiplext . Die Transcodier-Einheit TCE wird von der Basisstation BTS gesteuert, wobei die 16 kbit/s Kanäle wahlfrei vergeben werden.
In zukünftigen Systemen sollen neben der Sprache auch Daten mit einer hohen Datenrate übertragen werden. Dabei werden die Datenraten für die Sprachcodierung (Sprachkompression) abnehmen, während die Übertragungsraten für Daten zunehmen werden. Dies könnte bedeuten, daß man zu TRAU-Rahmen unterschied- licher Größe übergehen wird.
Dieses wiederum hat zur Folge, daß kein einheitliches Multi- plexen mehr möglich ist, sondern es gibt dann beispielsweise Subkanäle mit 8 oder 16 kbit/s für die Sprachübertragung und mit 64 kbit/s, 128 kbit/s, 144 kbit/s oder 384 kbit/s für die Daten. Es müssen daher mindestens zwei Typen von Subkanälen zur Verfügung gestellt werden, was nachteilig ist.
Werden die Kanäle wahlfrei vergeben, dann besteht die Mög- lichkeit, daß die Schnittstelle zwischen der Transcodier-Einheit TCE und der Basisstation BTS fragmentiert wird.
Andererseits besteht die Möglichkeit, hochratige Datenübertragungen auf der Schnittstelle zwischen Transcodier-Einheit TCE und Basisstation BTS dadurch zu realisieren, indem man mehrere Subkanäle zu einem hochratigen Datenkanal zusammenlegt. Dieses hat aber den Nachteil, daß die Nettodatenrate nur linear mit der Anzahl der Subkanäle ansteigt. Angenommen, es sollen netto 64 kbit/s übertragen werden. Bei einer Netto- datenrate von 12 kbit/s für einen Subkanal von 16 kbit/s werden daher 6 Subkanäle zur Übertragung der 64 kbit/s mit einer Bruttodatenrate von 96 kbit/s benötigt. Mit anderen Worten, es werden 32 kbit/s Redundanz, also 50 % der Nettodatenrate, benötigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung bei Mobilfunksyste- men zu entwickeln, die ein günstigeres Verhältnis von Netto- zu Bruttodatenrate aufweisen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens nach An- spruch 1, der Vorrichtung nach Anspruch 9 sowie des Mobilfunksystems nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise werden daher zwischen der Basisstation BTS und der Transcodier-Einheit TCE durch die Defragmentierung, d.h. Zusammenlegung von Subkanälen, TRAU-Rahmen geschaffen, deren Overhead deutlich kleiner ist, so daß das Verhältnis der nutzbaren Nettodatenrate zur Bruttodatenrate besser ist. Die Redundanz für die Synchronisierung und Signalisierung bleibt annähernd konstant. So können bei einer gleichbleibenden Redundanz von 3 Kbit/s, wie sie für einen Subkanal benötigt wird, bei einem terrestrischen Kanal von 64 kbit/s eine Nettodatenrate von 61 kbit/s erzielt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schema eines GSM-Mobilfunksystems, und
Figuren 2a - 2e zeigen das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Kanalbelegungen einer PCM-30-Verbindung zwischen einer Basisstation BTS und einer Transcodier-Einheit TCE.
Das Schema des in der Fig. 1 erläuterten beispielhaften GSM- Mobilfunksystem ist bereits in der Einleitung erläutert worden. Für weitere Mobilfunksysteme, z.B. der dritten Generation, ist die Erfindung jedoch ebenfalls anwendbar. Unter Mobilfunksystemen sind auch Schnurlos-Telephoniesysteme, wie z.B. DECT (digital enhanced cordless telecommunication) zu verstehen. In den Figuren 2a - 2e werden anhand eines Beispiels aus dem GSM-Mobilfunksystem die Belegung von 6 Zeitschlitzen TSl - TS6 mit jeweils 64 kbit/s einer PCM-30-Verbindung betrachtet.
Fig. 2a zeigt die vollständige Belegung der beispielhaften 6 Zeitschlitze TSl - TS6 mit jeweils 4 Subkanälen SC, nämlich aO -a3, bO- b3, cO - c3, dO - d3, eO - e3 und fO - f3, wobei jeder Subkanal 16 kbit/s überträgt. In dem Beispiel der Fig. 2a sind somit 24 Verbindungen, d.h. Subkanäle, ä 16 kbit/s dargestellt, wobei jeder Subkanals SC der 6 Zeitschlitze TSl - TS6 in Fig. 2a belegt ist.
Fig. 2b zeigt die Situation, nachdem 4 Verbindungen, nämlich a3, cO dl und fl, aufgelöst wurden. Rein rechnerisch sind da- her 64 kbit/s verfügbar, allerdings auf 4 Zeitschlitze TSl, TS3, TS4 und TS6 verteilt.
Fig. 2c zeigt das Ergebnis der Defragmentation. Durch Verteilen, d.h. Kanalwechsel, der Subkanäle fO, f2 und f3 des sech- sten Zeitschlitzes TS6 auf die freien Subkanäle der Zeitschlitze TSl, TS3 und TS4 kann der gesamte Zeitschlitz TS6 mit 64 kbit/s frei gemacht und für eine höherratige Datenübertragung zur Verfügung gestellt werden.
Fig. 2d zeigt die Situation, wenn^weitere Subkanäle SC, in diesem Beispiel die Verbindungen aO, a2, dO und d2, aufgelöst werden, wodurch in den Zeitschlitzen TSl und TS4 freie Kanäle zur Verfügung stehen.
Fig. 2e schließlich zeigt das durch eine weitere Defragmentation erzielte Ergebnis. Durch den Kanalwechsel der Subkanäle eO, el, e2 und e3 in die freien Subkanäle der Zeitschlitze TSl und TS4 wird ein weiterer Zeitschlitz TS5 mit 64 kbit/s freigemacht. Es stehen daher für höherratige Datenübertragun- gen in dem Beispiel die zwei Zeitschlitze TS5 und TS6 zur Verfügung. Beim GSM-System wird die Defragmentierung vom Basisstation- Controller BSC angestoßen, da der Basisstation-Controller BSC die Kenntnis über die Kanalbelegung (Resource Management) zwischen der Basisstation BTS und der Transcodier-Einheit TCE besitzt.
Da beim GSM-System eine starre Verbindung zwischen dem Kanal auf der Luftschnittstelle und den terrestrischen Kanälen zwischen Basisstation BTS und Transcodier-Einheit TCE besteht, kann die Defragmentierung durch einen Intracell-Handover mit Cause Defragmentierung durchgeführt werden. Ein Intracell- Handover mit Cause Defragmentierung wird vorteilhafterweise eine geringere Priorität als ein Intracell-Handover aus Qualitätsgründen haben. Ferner besteht zur Defragmentation der terrestrischen Schnittstelle einer Basisstation die Möglichkeit, bestimmte Mobilstationen, die sich beispielsweise am Rand einer Zelle befinden, zu einem Wechsel, d.h. beantragen eines Intercell-Handovers, in die Nachbarzelle aufzufordern.
Bei anderen Systemen, beispielsweise bei einem DECT-System, bei denen die Mobilstation den Kanal der Luftschnittstelle auswählt und selbstständig einen Intracell-Handover anfordert, ist in der Regel keine starre Verbindung zwischen den Kanälen auf der Luftschnittstelle und den Kanälen der terrestrischen Schnittstelle gegeben. Hier wirkt die Basisstation BTS als Schalter. Hier könnte die Basisstation BTS oder der Basisstation-Controller BSC die Aufforderung senden, den Kanal auf der terrestrischen Schnittstelle zu wechseln.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung hochratiger Daten in einem Mo¬ bilfunksystem mit mindestens einer terrestrischen Schnitt- stelle zwischen einem Basisstation-Controller (BSC) und einer Transcodier-Einheit (TCE) , dadurch gekennzeichnet, daß die terrestrische Schnittstelle defragmentiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die terrestrische Schnittstelle eine Zeitschlitzstruktur (TS1-TS6) sowie Subkanäle (SC) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- n e t , daß die Defragmentierung der terrestrischen Schnittstelle durch Kanalwechsel der Subkanäle (SC) bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Defragmentierung die Kanäle eines Zeitschlit- zes (TS6) in freie Kanäle anderer Zeitschlitze (TS1-TS5) gewechselt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach einer Defragmentierung ergebende freie Zeitschlitz zur höherratigen Datenübertragung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalwechsel durch den Basisstation- Controller (BSC) bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Defragmentierung durch einen Intracell-Handover mit Cause Defragmentierung bewirkt wird
7 . Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Defragmentierung durch einen Intercell-Hand- over bewirkt wird, indem Mobilstationen zum überwechseln in eine Nachbarzelle aufgefordert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Basisstation (BS) bzw. der Basisstation-Controller (BSC) die Mobilstation oder Mobilstationen zu einem Intracell-Handover auf dem terrestrischen Kanal auffordert.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüchen.
10. Mobilfunksystem mit einer Vorrichtung nach Anspruch 9.
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