DE19544367A1 - Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere von GSM-Daten - Google Patents

Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere von GSM-Daten

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DE19544367A1 DE19544367A DE19544367A DE19544367A1 DE 19544367 A1 DE19544367 A1 DE 19544367A1 DE 19544367 A DE19544367 A DE 19544367A DE 19544367 A DE19544367 A DE 19544367A DE 19544367 A1 DE19544367 A1 DE 19544367A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere GSM-Daten zwischen mindestens zwei Teilnehmern.
Stand der Technik
Bei bisherigen GSM-Datenverbindungen, insbesondere für digitalisierte Sprachdaten, zwischen mobilen Teilnehmern über ein Kommunikationsnetz, beispielsweise das öffentliche Fernsprechnetz (PSTN - Public Switched Telephone Network), wurden die GSM-Daten in GSM-Format in das Rahmenformat des Kommunikationsnetzes - 64 kbit/s PCM bei PSTN - mittels einer Umcodiereinrichtung/einem Transcoder umgesetzt. Eine solche Transcodierung erfolgt beim Mobilfunksystem DMCS 900 in den Basisstationen bzw. an der A-Schnittstelle beim Übergang auf das PSTN-Kommunikationsnetz. Nach der GSM-Recommendation 0860/0861 erfolgt die digitale Sprach­ übertragung in sogenannten "TRAU-frames" (transcode and rate adaptor unit) d. h. Übertragungsrahmen im 16 kbit/s-Format bei FR (Full Rate) Übertragung und 8 kbit/s oder auch 16 kbit/s bei HR (Half Rate) Übertragung.
Aus der US 5,091,945 ist es bekannt, anstelle von Sprach­ daten nur Signalparameter (Sprachparameter) zu übertragen, aus denen die Nutzdaten wieder rekonstruiert werden können.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen gemäß Anspruch 1 ergibt sich eine Verbes­ serung der Qualität übertragener Daten, insbesondere von GSM-Sprachdaten, insbesondere bei Tandembetrieb bei Verbin­ dungen zwischen mobilen Teilnehmern. Durch die gleichzeitige Übertragung von Abtastwerten, z. B. PCM-Werten, und Signal­ parametern zur Sprachdatenrekonstruktion sind die Störungen bei einer Transcodiereinrichtung, die nicht für den tandem­ freien Betrieb mit transparenter Durchschaltung von TRAU-Rahmen ausgestattet ist, geringer. Denn es werden auch bei der Übertragung von Kennungsinformationen immer noch Sprachdaten im ersten Datenstrom übertragen.
Auch bei Handover-Betrieb bietet die Erfindung Vorteile. Die Erfindung ist einfach in bestehende Systeme zu implementie­ ren. Nur die Sprach-Transcoder eines Netzes sind betroffen. Beispielsweise werden von den 8 Bit pro Sprachabtastwert die beiden niedrigwertigsten Bits durch einen TRAU-Rahmen ersetzt (die Sprache wird dann auf 6 Bits reduziert), in welchem Kennungsinformation/Synchroninformation eingeblendet werden kann, um die Transcodiereinrichtungen aufeinander zu synchronisieren.
Durch Klemmung der niedrigwertigsten Bits auf Null bei der Übertragung von Sprachabtastwerten während eines Gesprächs­ aufbaus ist die Sprachqualität gegenüber bisher vorgeschla­ genen Verfahren verbessert.
Bei einem Handover, d. h. bei einem Wechsel auf eine andere Transcodiereinrichtung, kann ein Rahmenverlust schnell fest­ gestellt werden, bzw. vermieden werden, daß ungültige Rahmen als TRAU-Rahmen weiterverarbeitet werden. Eine nicht zum tandemfreien Betrieb ausgestattete Transcodiereinrichtung kann während eines Synchronisationsvorganges schon Sprachab­ tastwerte verarbeiten. Wenn nach abgeschlossener Synchroni­ sation anstelle der Abtastwerte ein reduziertes Ruhemuster gesendet wird, kann der Sprachdecoder der Transcodierein­ richtung abgeschaltet werden oder für andere Zwecke, z. B. zur Codeumsetzung Full Rate/Half Rate im Downlink-Pfad ver­ wendet werden.
Zeichnungen
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Teilnehmern,
Fig. 2 die Daten einer Übertragungsschnittsstelle in zeit­ licher Abfolge,
Fig. 3 die in Fig. 2 verwendeten Muster.
Fig. 4 den Handover-Betrieb.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im bestehenden GSM-Netz (Festnetzseite), beispielsweise dem DMCS 900 Netz, wird eine Transcodierung; d. h. eine Umcodie­ rung der Sprachdaten vom vorgegebenen sogenannten TRAU (Transcode and Rate Adaption Unit)-Format nach der GSM-Recommendation 08.60 in das Übertragungsformat des Kommunikationsnetzes, z. B. dem öffentlichen Fernsprechnetz PSTN (PCM-Werte im 64 kbit/s Rahmenformat), stets vorgenom­ men.
Vom Teilnehmer Tl1 wird eine Verbindung zum Teilnehmer Tl2 geschaltet. Die Transcodiereinrichtung, nachfolgend stets Transcoder genannt, TCE1, die dem Teilnehmer Tl1 zugeordnet ist, sendet im Verkehrskanal des A-Interfaces A-IF eine Kennungsinformation, welche dem zugeschalteten Transcoder TCE2 (Tandem-) signalisiert, daß es sich um eine TFO(tandem free operation) -fähige Transcodiereinrichtung handelt. Die beiden Transcoder schalten, nachdem sie diese Signalisierung erkannt haben, in den TFO-Betrieb und tauschen die Sprach­ parameter auf. Trifft der Transcoder auf einen nicht TFO-fähigen Transcoder, so erhält dieser die Kennung der Gegenstelle innerhalb einer gewissen Zeit nicht und fällt daher wieder in den normalen Betrieb zurück, in welchem er die Sprache (Sprachabtastwerte) codiert bzw. decodiert.
Die Interfaces von den Transcodern TCE1, TCE2 zu den Teil­ nehmern Tl1, Tl2, die z. B. über Funkfeststationen BTS an­ schaltbar sind, sind mit ATER-IF bezeichnet. Die Vermittlung zwischen den Transcodiereinrichtungen ist mit MSC bezeich­ net.
Gesprächsaufbau
Beim Gesprächsaufbau stellt die Detektion des Übergangs am A-Interface (A-IF) in den unteren (niedrigwertigsten) beiden Bits der A-Abtastwerte von 00 auf ≠00 den Trigger dar. Der Trigger ist ggf. um Ttrigger verzögert.
Diese Triggerbedingung ist dabei so gewählt, daß sie folgen­ dem Verhalten der Vermittlungseinrichtung MSC genügt:
  • a) Die MSC sendet einem nichtbelegten Transcoder ein IDLE-Muster (Ruhemuster).
  • b) Die MSC schaltet beim Verbindungsaufbau zunächst eine Schleife zwischen Eingang und Ausgang der Leitung zum Transcoder bevor sie durchschaltet.
  • c) Die MSC schaltet die beiden Richtungen unterschiedlich schnell durch. Dies kann mit Ttrigger ausgeglichen werden.
Arbitrierungs-Vorgang
Der Transcoder TCE1 sendet am A-IF Interface anstelle der üblichen 8 Bit-PCM-Abtastwerte nun in den niedrigwertigsten 2 Bits dieser Abtastwerte einen TRAU-Rahmen (dieser wurde bisher zur Übertragung zwischen Funkstation und Transcoder verwendet und enthält Signalparameter zur Nutzdatenrekonstruktion). Der Datenstrom zwischen den Transcodern TCE1 und TCE2 ist demnach unterteilt in einen ersten Datenstrom mit Abtastwerten (PCM-Werten) und einen zweiten Datenstrom mit Signalparametern insbesondere TRAU-Rahmen. Beide Datenströme werden insbesondere während einer Verbindungsaufbauphase gleichzeitig übertragen. In einen solchen TRAU-Rahmen wird für eine vorgegebene Zeitdauer eine Kennungsinformation TRAU* gesendet. Sobald der TRAU* von der Gegenstelle erkannt wurde, wird in den TFO-Betrieb geschaltet. Der Vorgang wird von einem Timer Tsync überwacht. Läuft dieser ab, wird in den normalen Betrieb übergegangen.
Alternativ können auch n, n<9 Bits für die Signalisierung verwendet werden mit beliebigen Rahmenstrukturen.
Alternativ kann auf die Kennungsinformation TRAU* verzichtet werden und lediglich die TRAU-Rahmen-Synchronisationsinformation herangezogen werden.
Solange die Synchronisation Tsync läuft, werden im Anschluß an die Kennungsinformation TRAU* die vom Ater-IF ankommenden TRAU-Rahmen in den niedrigwertigen 2 Bits des A-IF gesendet. Dies ermöglicht bei der Gegenstelle einen sofortigen Über­ gang in den TFO-Betrieb nach dem Erhalt von der Kennungs­ information TRAU*. Die höherwertigen 6 Bits der Abtastwerte werden mit den prozessierten höherwertigen 6 Bits PCM* gefüllt. Dies reduziert den Qualitätsverlust, falls die Gegenstelle kein TFO-fähiger Transcoder ist.
Wird innerhalb einer Wiederholungszeit Trepeat (Trepeat < Tsync) kein TRAU* empfangen, wird nochmals ein TRAU* gesen­ det. Der Zweck dieses zweiten TRAU* ist im Handover-Fall beschrieben.
TFO-Betrieb (tandemfreier Betrieb)
Nach dem Erkennen des TRAU* am A-IF werden im Anschluß daran die folgenden TRAU Rahmen(-Inhalte) zum Ater-IF durchgereicht. Die Anpassung der ControlBits sowie das Timing des Ater-TRAU-Rahmens wird den lokalen Gegebenhei­ ten angepaßt. Unbrauchbare Rahmen von der Gegenstelle (BFI=1, TRAU*) werden durch den vorherigen Rahmen ersetzt und ggf. ein Muting eingeleitet. Ein evtl. Jitter in der TRAU-Rahmenlänge von ±2Bits muß ebenfalls ausgeglichen werden. Codec-Umsetzungen, DTX und Muting-Funktionen wer­ den ebenfalls in dieser Richtung durchgeführt. Vorteil ist, daß keine Signalisierung im Gespräch erforderlich ist, falls sich die lokalen Gegebenheiten ändern.
In die Gegenrichtung werden TRAU-Rahmen vom Ater-IF zum A-IF transparent durchgereicht. Die oberen 6 Bits werden anstelle von PCM* nun durch IDLE* (010101) ersetzt. Dies ermöglicht die Abschaltung der Transcodier-Funktion, da diese Kapazität in einer FR/HR-Systemumgebung ggf. für die HRC ↔ FRC Umsetzung benötigt wird. Es vermeidet eben­ falls eine zusätzliche Laufzeit. TRAU-Rahmen mit Daten-Inhalt können ebenfalls transparent durchgereicht werden.
Anstelle von IDLE* kann auch ein Modulo-n-Zähler eingebaut werden, welcher eine noch sicherere Fehlerdetektion erlaubt.
Handover
Der Handover-Fall ist in die drei nachfolgend beschriebe­ nen Fälle zu untergliedern.
a) Handover zu einem TFO-fähigen Transcoder
Zunächst wird der Abbruch der ankommenden TRAU-Rahmen registriert und ein Timer Trelease gestartet. Der Transcoder empfängt nach einer gewissen Zeit wieder einen TRAU* von dem neu zugeschalteten Transcoder TCE2, stoppt Trelease, sendet selbst einen TRAU* und bleibt im TFO-Betrieb. So kann der Transcoder ständig im TFO-Betrieb bleiben.
Kann der erste TRAU* nicht empfangen werden, da die Vermittlung MSC noch nicht durchgeschaltet hat, wird dessen zweiter TRAU* jedoch detektiert und führt zum TFO-Betrieb.
Um möglichst schnell den Handover vom Transcoder TCE2 zum Transcoder TCE3 zu detektieren und um ggf. auf eine Schleife am A-IF nicht zu triggern, wird der neu zuge­ schaltete Transcoder TCE3 (Fig. 4) beim Gesprächsaufbau "PCM+" senden. "PCM+" sind die PCM-Daten mit den unteren 2 Bits auf "00", um nicht TRAU-Sync-Bits vorzutäuschen. Dies ermöglicht, Störungen beim Teilnehmer zu unterdrücken.
b) Handover zu einem nicht TFO-fähigen Transcoder
Zunächst wird der Abbruch der ankommenden TRAU-Rahmen registriert und ein Timer Trelease gestartet. Der Timer Trelease läuft ab und der Transcoder geht wieder in den Arbitrierungszustand, in welchem er die ankommenden Daten am A-IF encodiert. In den abgehenden Datenstom am A-IF fügt er zu den TRAU-Rahmen nun decodierte PCM-Samples "PCM*" ein. Der zuerst gesendete TRAU ist ein TRAU*. Der Timer Tsync wird gestartet. Da vor Ablauf des Timers Tsync kein TRAU* empfangen wurde, wird in den normalen Betrieb zurückgefallen.
c) Handover von einem nicht TFO-fähigen Transcoder
War die bisherige Gegenstelle nicht TFO-fähig, kann der Transcoder den Handover nicht erkennen. Für die neue Gegenstelle ist es jedoch ein normaler Gesprächsaufbau, in welchem sie, falls sie TFO-fähig ist, zuerst einen TRAU* sendet. Diesen empfängt der Transcoder, sendet ebenfalls einen TRAU* und geht in den TFO-Betrieb. Erfolgt die Durchschaltung verzögert, geht der erste TRAU* verloren und der zweite TRAU* nach Trepeat führt zum Erfolg.
Gesprächsabbruch
Das Gesprächsende wird entweder durch den Abbruch der TRAU-Rahmen am Ater-IF, oder durch detektierte Fehler am A-IF eingeleitet. Der Ablauf ist dann wie im Falle "Handover zu einem nicht TFO-fähigen Transcoder".
Verhalten bei Fehlern im TFO-Betrieb a) Einzel-Fehler am A-IF
Einzel-Fehler können nicht in den Datenbits der TRAU-Rahmen erkannt werden. Einzel-Fehler können nur in den Synchronisationsbits der TRAU-Rahmen erkannt werden. Maßnahmen sind deshalb daraus keine abzuleiten, da keine Aussage über die Datenbits des TRAU-Rahmens gegeben ist.
b) Burst-Fehler am A-IF
Stark gestörte TRAU-Rahmen ans Ater-IF weiterzuleiten bedeutet, daß evtl. starke Störgeräusche beim Teilnehmer auftreten können. Daher wird bei Detektion eines einzelnen Fehlers von einem Burst-Fehler ausgegangen, der restliche TRAU-Rahmen verworfen und durch den zuvor gesendeten TRAU-Rahmen ersetzt. Folgende Maßnahmen vermeiden diese Störungen weitestgehend.
1. Doppelte Fehlerüberwachung 1.1 Durch die Kontrolle der (TRAU-)Rahmen Synchronisation 1.2 Durch die Kontrolle des IDLE*-Musters in den oberen 6 Bits Zu 1.2 Alternativ
Kontrolle über ein periodisches Muster, beispielsweise eines Modulo-n Zählers, dessen Zählerzustände innerhalb des ersten Datenstromes übertragen werden.
2) Fehlerverschleierungs-Puffer
Ein Puffer mit ca. x ms (hier 5 ms) erlaubt die Daten bis zum letzten TRAU Sync-Bit zu speichern und im Fehlerfall durch die zuletzt gültigen Daten zu substituieren.
Ist der Burst sehr lang, wird wie im Fall "Handover zu einem nicht TFO-fähigen Transcoder", in den normalen Betrieb übergegangen.

Claims (18)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere von GSM-Daten, zwischen einem rufenden und einem gerufenen Teilnehmer (Tl1, Tl2), wobei für das Übertragen ein vorgegebenes Rahmenformat verwendet wird mit folgenden Maßnahmen:
Der Datenstrom zwischen Umcodiereinrichtungen (TCE1, TCE2), die den Teilnehmern (Tl1, Tl2) zugeordnet sind, wird unterteilt in einen ersten Datenstrom mit Abtastwerten zur Übertragung und in einen zweiten Datenstrom mit Signalpara­ metern zur Nutzdatenrekonstruktion und/oder zur Signalisie­ rung, die zur transparenten Durchschaltung vorgesehen sind, wobei die so unterteilten Datenströme insbesondere während einer Verbindungsaufbauphase gleichzeitig übertragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Signalparameter des zweiten Datenstroms die für Mobilfunksysteme bekannten TRAU (Transcoding rate adaption unit) -Rahmen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Datenstrom aus den höherwertigen Bits einer parallelen Bitsequenz und der zweite Datenstrom aus den entsprechenden niederwertigen Bits dieser Bitsequenz besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Datenstrom durch Reduktion der Daten des ersten Datenstromes gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die höherwertigen Bits als PCM-Abtastwerte übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zu einem Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern (Tl1, Tl2) anstelle der Signalpara­ meter für eine vorgegebene Zeitdauer eine Kennungsinforma­ tion (TRAU*) gesendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zeitphase eines Verbindungsauf­ baus nur die Abtastwerte gesendet werden und anstelle der Signalparameter Nullfolgen eingeblendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullfolgen zeitlich vor der Kennungsinformation (TRAU*) eingeblendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Aussenden der Kennungsinformation (TRAU*) die Signalparameter im TRAU-Rahmen gesendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jene Umcodiereinrichtung (TCE2), die einem gerufenen Teilnehmer (Tl2) zugeordnet ist, nach Erhalt der Kennungsinformation (TRAU*) von der Umcodiereinrichtung (TCE1), die dem rufenden Teilnehmer (Tl1) zugeordnet ist, in den tandemfreien Übertragungsmode übergeht; d. h. die Signalparameter/Trau-Rahmen transparent durchschaltet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Übergang in den tandemfreien Übertragungsmode anstelle der zu codierenden Abtastwerte ein insbesondere periodisches Ruhemuster (IDLE*) gesendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbruch einer Verbindung oder ein Übertragungsfehler durch Detektion der TRAU-Rahmen-Synchronisierungsinformation und/oder durch Kontrolle des periodischen Ruhemusters (IDLE*) registriert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbruch einer Verbindung oder ein Übertragungsfehler durch Detektion der TRAU-Rahmen-Synchronisierungsinformation und/oder durch Auswertung eines periodischen Musters, insbesondere der Information eines Modulo-n Zählers, dessen Zählerzustände innerhalb des ersten Datenstromes übertragen werden, registriert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verbindungsaufbau der zweite Daten­ strom daraufhin überwacht wird, ob anstelle der Nullfolgen andere Bitkombinationen eintreffen, daß aus dieser Überwa­ chung ein Triggersignal abgeleitet wird, das - ggf. nach einer Verzögerung - mittels einer zwischen den Umcodierein­ richtungen (TCE1, TCE2) befindlichen Vermittlungseinrichtung (MSC) zu folgender Arbeitsweise führt:
  • - die Vermittlungseinrichtung (MSC) sendet bei einer nicht belegten Transcodiereinrichtung (TCR1, TCR2) das Ruhemuster (IDLE*),
  • - die Vermittlungseinrichtung (MSC) schaltet ggf. beim Ver­ bindungsaufbau zunächst eine Schleife zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Leitung zur Umcodiereinrichtung (TCE1, TCE2) bevor sie durchschaltet,
  • - wenn die Vermittlungseinrichtung (MSC) in beiden Richtun­ gen unterschiedlich schnell durchschaltet, wird dies mit dem Triggersignal ausgeglichen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß fehlerhafte TRAU-Rahmen von der Gegen­ stelle durch vorherige TRAU-Rahmen ersetzt werden und ggf. ein Muting eingeleitet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abbruch einer Verbindung ein Zähler (Timer Trelease) gesetzt wird, daß im Falle des Empfangs ei­ ner Kennungsinformation (TRAU*) innerhalb einer vorgegebenen Zählzeit (Trelease) von einer neu zugeschalteten Umcodier­ einrichtung (TCE3) der tandemfreie Übertragungsmode auf­ rechterhalten wird, daß bei Nichtempfang dieser Kennungs­ information (TRAU*) eine weitere Kennungsinformation (TRAU*) gesendet wird und der tandemfreie Übertragungsmode bei fehlender Synchronisation abgebrochen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zuletzt gesendeten Daten zwischengespeichert werden und zu einer Fehlerverschleierung fehlerhafte Daten ersetzen.
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