DE19842789C2 - Verfahren zur Übertragung von Sprachinformationen in einem Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Sprachinformationen in einem Kommunikationssystem, das nach­ einander eine Übertragung in AAL2-Minizellen und eine Über­ tragung in PCM-Rahmen vorsieht.

In Kommunikationssystemen werden unterschiedliche Übertra­ gungsformate für die zu übertragenden Daten, die Sprachin­ formationen, Paketdaten u. a. sind, verwendet. Aus den schmal­ bandigen Kommunikationssystemen zur Sprachübertragung ist die Übertragung in Form von PCM-Rahmen bekannt. Diese Übertra­ gungsform wurde sowohl in Festnetzen als auch in Mobilfunk­ netzen der zweiten Generation, wie dem GSM (global system for mobile communications) Mobilfunksystem eingesetzt. Beim GSM- Mobilfunksystem werden zudem Transkodiereinheiten verwendet, um eine für die Funkübertragung im Zugangsnetz (access net­ work) definierte Sprachkodierung in die Sprachkodierung der PCM-Übertragung umzuwandeln.

Für künftige Mobilfunksysteme, z. B. nach dem UMTS-Standard (universal system for mobile communications) ist es vorge­ sehen, daß die Sprachinformation im Zugangsnetz, d. h. an­ schließend an die Funkschnittstelle, in Form von AAL2-Mini­ zellen übertragen werden. AAL2-Minizellen (ATM adaption layer type 2) sind Datenpakete variabler Länge, die innerhalb von ATM-Zellen (asynchronous transfer mode) transportiert werden können und besonders für Anwendungen mit geringer Datenrate und erhöhten Anforderungen an die Verzögerungszeit der Über­ tragung geeignet sind.

Aus WO 95/34977 A1 und US-PS 5,301,189 sind ATM- Vermittlungseinrichtungen bekannt, die eine Vermittlung von AAL2-Minizellen variabler oder fester Längen vornehmen. Diese AAL2-Minizellen sind besser als ATM-Zellen für die Sprachübertragung geeignet. Die Einführung einer solchen ATM- Vermittlungseinrichtung auf AAL2-Minizellenbasis erfordert jedoch große wirtschaftliche Aufwendungen. Bei den gegenwärtig existierenden Mobilfunksysteme sind die gesamten Vermittelungseinrichtungen auszutauschen, um sie für die Anforderungen der Übertragung von ATM-Zellen anzupassen oder es sind Transkodiereinrichtungen vorzusehen, die eine Transkodierung zwischen PCM- und ATM-Übertragung durchführen. Aus DTR/SMG-032330U vom 25.8.98, S. 39-50, sind verschiedene Evolutionsszenarios von bestehenden zu zukünftigen Kommunikationssystemen bekannt.

Die DE 197 12 259 C1 offenbart ein Verfahren zur Übertragung von Sprachinformationen in einem Kommunikationssystem, bei dem sendeseitig Sprachinformationen in einer Verbindung in AAL2- Minizellen transportiert werden, in einer ersten Umsetzeinrichtung jedes Oktet der AAL2-Minizellen in einen Zeitschlitz eines PCM-Rahmens eingetragen wird und die Sprachinformationen in dem PCM-Ralnnen mittels PCM- Vermittlungseinrichtung weitervermittelt werden. Die DE 43 43 720 C1 und DE 195 16 078 A1 offenbaren weitere Übertragungsverfahren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Übertragung von Sprachinformationen anzugeben, das einen wirtschaftlichen Übergang von bestehenden zu zukünftigen Kommunikationssystemen ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung von Sprach­ informationen werden sendeseitig Sprachinformationen einer Verbindung in AAL2-Minizellen eingetragen, die mittels ATM- Zellen transportiert werden. In einer ersten Umsetzeinrich­ tung wird jedes Oktet der AAL2-Minizellen unverändert, d. h. ohne Transkodierung o. ä., in einen Zeitschlitz eines PCM- Rahmens eingetragen und daraufhin die Sprachinformationen in dem PCM-Rahmens mittels einer PCM-Vermittelungseinrichtung weitervermittelt.

Die AAL2-Minizellen werden also transparent im PCM-Format transportiert und sind somit auch mit PCM-Vermittelungsein­ richtung vermittelbar. Damit entfällt der Transkodier- und Rücktranskodieraufwand, der normalerweise bei der Koppelung von ATM- und PCM-Komponenten eines Kommunikationsnetzes an­ fallen würde. Es sind auch keine ATM-Vermittlungsstellen erforderlich, sondern im Sinne einer schrittweisen Migration können bestehende PCM-Vermittlungseinrichtungen weiterhin benutzt werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Verbindung durch einen virtuellen Verbindungsidentifikator (VCI virtual channel identifier) für die ATM-Zellen und einen Kanalidentifikator (CID channel identifier) für die AAL2- Minizellen bezeichnet. Damit können auch für die PCM-Über­ tragung die Adressierungsmöglichkeiten des ATM-Formats bei­ behalten werden. Somit können der virtuelle Verbindungsiden­ tifikator und der Kanalidentifikator den der Verbindung zuge­ wiesenen Zeitschlitz im PCM-Rahmen bezeichnen. Mit dieser eindeutigen Zuordnung wird die Umsetzung ins PCM-Format er­ leichtert. Dabei wird durch die Umsetzeinrichtung ein Oktet pro 125 µs in den PCM-Rahmen eingetragen. Eine Verbindung belegt also einen PCM-Kanal.

Eine völlige Transparenz der Umsetzung liegt vor, wenn auch die Signalisierungsinformationen der AAL2-Minizellen glei­ chermaßen oktetweise in den Zeitschlitz des PCM-Rahmens ein­ getragen werden. Die Signalisierungsinformationen können empfangsseitig zur Rückumsetzung in AAL2-Minizellen oder ein anderes Format benutzt werden. Vorteilhafterweise wird nach der Vermittlung in der PCM-Vermittelungseinrichtung jedes Oktet des Zeitschlitzes der Verbindung im PCM-Rahmens in einer zweiten Umsetzeinrichtung ausgewertet und wiederum in eine AAL2-Minizelle eingetragen. Damit wird bei zwei in einem Zugangsnetz mit ATM-Übertragung angeschlossenen Teilnehmern ein doppelter Transkodieraufwand vermieden, die Verzögerungs­ zeiten sinken erheblich und Prozessorkapazitäten für die Transkodierung können eingespart werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nach dem Eintragen des letzten Oktets einer AAL2-Mini­ zelle ein Oktet mit dem Wert "0" in den entsprechenden Zeit­ schlitz des folgenden PCM-Rahmen eingetragen. Z. B. können bis zum Eintreffen der nächsten AAL2-Minizelle der Verbindungen die Werte "0" eingefügt werden, wodurch innerhalb der Über­ tragung im PCM-Format der Beginn einer AAL2-Minizelle sicher erkannt werden kann, denn das erste Oktet der Signalisie­ rungsinformation (header) einer AAL2-Minizelle darf nicht den Wert "0" annehmen. Sobald die nächste AAL2-Minizelle ein­ trifft, wird sofort wieder damit begonnen die Oktete in den betreffenden Zeitschlitz des PCM-Rahmen einzutragen. Damit wird auch bei komprimierter Sprache vermieden, daß es zu einem Überlauf in der Umsetzeinrichtung kommt.

Die erste Umsetzeinrichtung ist beispielsweise Teil einer Vermittlungseinrichtung und verbindet einen breitbandigen ATM-Vermittlungsteil mit der schmalbandigen PCM-Vermittlungs­ einrichtung. Innerhalb solcher kombinierter Vermittlungsein­ richtungen kann somit schmalbandig vermittelt werden, aber trotzdem der Anschluß an ATM-Zugangsnetze mittels des ATM- Vermittlungsteils problemlos erfolgen. Die erfindungsgemäße Umsetzung vereinfacht diese kombinierten Vermittlungsein­ richtungen erheblich.

Innerhalb eines Kommunikationssystems sorgen Transkodierein­ heiten für die Anpassung unterschiedlicher Sprachkodierungen. So wird vorteilhafterweise mit dem Verbindungsaufbau eine Signalisierung zwischen Transkodiereinheiten des Kommuni­ kationssystems durchgeführt, die die verwendeten Sprachkodie­ rer vergleicht, worauf bei positivem Vergleich die Transko­ dierung und Rücktranskodierung für eine Verbindung ausge­ schaltet werden (tandem free operation). Damit kann auch bei weit auseinanderliegenden Umsetzeinrichtungen die erfindungs­ gemäße Umsetzung durchgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellungen der Schnittstellen eines Mobilfunksystens nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellungen der Schnittstellen eines Kommunikationssystems mit unterschiedlichen Ausbaustufen,

Fig. 3 die Einbindung einer Umsetzeinrichtung in das Kommunikationssystem,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Umsetzung der Sprachinformationen, und

Fig. 5 eine kombinierte Vermittlungseinrichtung mit Breit­ band- und Schmalbandanteil.

In Fig. 1 sind Einrichtungen und Schnittstellen eines GSM- Mobilfunknetzes gezeigt. Zwischen einer Mobilstation MS und einer Basisstation BTS besteht eine Funkschnittstelle nach einem TDMA-Verfahren (time division multiple access). Über eine PCM (pulse code modulation) Schnittstelle Abis ist die Basisstation BTS mit einem Basisstationscontroller BSC ver­ bunden, der Funktionen zur Steuerung und Funkressourcen­ verwaltung der Basisstationen BTS ausfüllt.

Der Basisstationscontroller BSC ist über eine weitere PCM Schnittstelle Abis mit einer Transcodiereinheit TRAU ver­ bunden, die Funktionen zur Kodierung und Kanalanpassung zwischen der Basisstation BTS und einer Mobilvermittlungs­ stelle MSC wahrnimmt. Die Transcodiereinheit TRAU ist mit der Mobilvermittlungsstelle MSC ebenfalls über eine PCM Schnitt­ stelle verbunden. Auch die Vernetzung von mehreren Mobilver­ mittlungsstellen MSC untereinander bzw. der Übergang zu anderen Kommunikationsnetzen erfolgt nach STM-Übertragungs­ verfahren (synchronous transfer mode).

Das Kommunikationssystem nach Fig. 2 ist ein zukünftiges UMTS- Kommunikationssystem, bei dem auch die Funkschnittstelle neu gestaltet ist, so kommt eine vorteilhafte Kombination von FDMA- (frequency division multiple access), CDMA- (code division multiple access) und optional TDMA-Verfahren zur Teilnehmerseparierung auf der Funkschnittstelle zum Einsatz. Ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Netzkonfiguration wird nun eine Übertragung auf ATM-Minizellenbasis nach einem AAL2 (ATM adaptation layer type 2)-Protokoll, siehe dazu ITU-T Recommendation I.363.2 B-ISDN ATM Adaptation layer type 2 specification, 8.-19. September 1997, Toronto, CA, S. 3-11, angestrebt. Dazu wird die Basisstation BTS und der Basis­ stationscontroller BSC als Teile eines Basisstationssystem BSS zur Erzeugung von AAL2-Minizellen zur Sprachübertragung und den Transport in ATM-Zellen ausgebaut. Diese Lösung kann auch parallel zum bestehenden GSM-Mobilfunksystem aufgebaut werden.

Ausgehend vom Basisstationscontroller BSC kann eine Umsetzung zwischen PCM- und ATM-Format nach DE 197 12 259 A1 erfolgen. Werden die ATM-Zellen weitervermittelt, so können sie auch später in einer Mobilvermittlungseinrichtung MSC umgesetzt werden oder die gesamte Vermittlung erfolgt im ATM-Format. Hin zu einem zukünftigen Kommunikationssystem, beispielsweise einem UMTS-Kommunikationssystem, sind also unterschiedliche Migrationsschritte möglich. In Folge werden nur die Verände­ rungen im Vermittelungsnetz CN, bei denen PCM-Vermittlungs­ einrichtungen zum Einsatz kommen diskutiert.

Nach Fig. 3 wird zwischen Basisstationssystem BSS und Vermitt­ lungsnetz CN eine erste Umsetzeinrichtung IWU-A eingefügt, die die Umsetzung von ATM- auf PCM-Format vornimmt. Eine korrespondierende zweite Umsetzeinrichtung IWU-B nimmt die Rückumsetzung vom PCM- auf ATM-Format vor. Da eine Verbindung V1 zur Sprachübertragung einen zweiseitigen Informationsfluß hat, ist jede der Umsetzeinrichtungen IWU-A, IWU-B für beide Umsetzrichtungen verantwortlich.

Im Basisstationssystem BSS wird, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Sprachrahmen mit 260 bit Sprachinformationen ni in AAL2-Mini­ zellen AAL2-Z eingetragen, die wiederum innerhalb von ATM- Zellen ATM-Z transportiert werden. Eine ATM-Zelle ATM-Z hat eine feste Länge von 53 Oktets, währenddessen eine AAL2- Minizelle AAL2-Z einen Längenindikator LI enthält und somit eine variable Länge haben kann. Der Längenindikator LI ist wie ein Kanalidentifikator CID, ein Nutzerindikator UUI und Fehlerkontrollinformationen HEC Teil der Signalisierungs­ information si innerhalb der AAL2-Minizelle AAL2-Z. Die Länge des Anteils der Sprachinformation ni kann variieren. Eine ATM-Zelle ATM-Z enthält im Signalisierungsteil einen vir­ tuellen Verbindungsidentifikator VCI. Der Kanalidentifikator CID und der Verbindungsindentifikator VCI kennzeichnen die Verbindung V1 ausreichend für eine spätere Vermittlung zum weiteren Teilnehmer.

In der ersten Umsetzeinrichtung IWU-A wird jedes Oktet der AAL2-Minizellen AAL2-Z in einen Zeitschlitz ts eines PCM- Rahmens R eingetragen. Der Verbindung V1 ist ein Zeitschlitz ts pro Rahmen R zugewiesen und in diesen Zeitschlitz ts wird oktetweise die Information aus den AAL2-Minizellen AAL2-Z der Verbindung V1 geschrieben. Die Sprachinformationen ni werden daraufhin in PCM-Rahmen R transportiert und mittels einer PCM-Vermittlungseinrichtung im Vermittlungsnetz CN weiterver­ mittelt, z. B. an eine zweite Umsetzeinrichtung IWU-B. Es werden nicht nur die Sprachinformationen ni sondern auch die Signalisierungsinformationen si der AAL2-Minizellen AAL2-Z auf diese Weise transparent in den PCM-Rahmen R transpor­ tiert. Stehen keine Informationen zur Verfügung, so werden Oktete mit dem Wert "0" eingefügt, solange bis die nächste AAL2-Minizelle AAL2-Z für die Verbindung V1 eintrifft. Zur Trennung der AAL2-Minizellen AAL2-Z wird ebenfalls zumindest ein Oktet mit dem Wert "0" eingetragen.

Die Entnahme der AAL2-Minizellen AAL2-Z bei der zweiten Um­ setzeinrichtung IWU-B ist ohne zusätzliche Signalisierungs­ maßnahmen eindeutig möglich, da das erste Oktet einer AAL2- Minizelle AAL2-Z nach I.363.2 den Wert "0" nicht annehmen darf. Das zweite Oktet bildet mit seinen ersten 6 Bits einen Längenindikator L1, dessen Wert um 1 kleiner ist als die Nutzlast der AAL2-Minizelle AAL2-Z. Damit ist auch das Ende der AAL2-Minizelle AAL2-Z leicht feststellbar. Die somit extrahierbare AAL2-Minizelle AAL2-Z kann von der zweiten Um­ setzeinrichtung IWU-B in abgehende ATM-Zellen ATM-Z eintragen werden. Dabei kann für die abgehenden AAL2-Minizellen AAL2-Z auch ein unterschiedlicher Kanalidentifikator CID verwendet werden.

Die Umsetzeinrichtung IWU-A ist in einer alternativen Aus­ führungsform der Erfindung nach Fig. 5 nicht eine eigenstän­ dige Komponente des Kommunikationssystems, sondern Teil einer Vermittlungseinrichtung MSC und verbindet einen breitbandigen ATM-Vermittlungsteil ATM-V mit der schmalbandigen PCM-Ver­ mittlungseinrichtung CN, letztere kann eine Verbindung zum Festnetz PSTN herbeiführen. Innerhalb solcher kombinierter Vermittlungseinrichtungen MSC werden Sprachinformationen ni schmalbandig vermittelt. Der Anschluß des Basisstationssystem BSS erfolgt mittels des ATM-Vermittlungsteils ATM-V. Die Ko­ ordination der Umsetzung und Rückumsetzung der Formate in ein und derselben Einrichtung ist sehr leicht möglich.

Da eine transparente Umsetzung nur möglich ist, wenn die Gegenstelle die Informationen auch auswerten kann, ist eine Signalisierung der verwendeten Sprachkodierungen nötig. So wird vorteilhafterweise mit dem Verbindungsaufbau eine Sig­ nalisierung zwischen Transkodiereinheiten TRAU des Kommuni­ kationssystems durchgeführt, die die verwendeten Sprachkodie­ rer vergleicht, worauf bei positiven Vergleich die Transko­ dierung und Rücktranskodierung für eine Verbindung ausge­ schaltet werden. Die Signalisierung erfolgt nach ETS 02.53, 03.53 und 04.53 Digital Telecommunication service system phase 2+ (tandem free operation), service description, stage 1-3. Damit kann auch bei weit auseinanderliegenden Umsetz­ einrichtungen IWU-A und IWU-B die erfindungsgemäße Umsetzung durchgeführt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Übertragung von Sprachinformationen in einem Kommunikationssystem, bei dem
sendeseitig Sprachinformationen (ni) einer Verbindung (V1) in Adaptions-Layer-Type-2 AAL2-Minizellen (AAL2-Z) eingetragen werden,
die AAL2-Minizellen (AAL2-Z) mittels Asynchronous-Transfer-Mode ATM-Zellen (ATM-Z) transportiert werden,
in einer ersten Umsetzeinrichtung (IWU-A) jedes Oktet der AAL2-Minizellen (AAL2-Z) in einen Zeitschlitz (ts) eines Pulse-Code-Modulation PCM- Rahmens (R) eingetragen wird, und
die Sprachinformationen (ni) in dem PCM-Rahmen (R) mittels einer PCM-Vermittlungseinrichtung (CN) weitervermittelt wird,
wobei neben den Sprachinformationen (ni) auch Signalisierungsinformationen (si) der AAL2-Minizellen (AAL2-Z) auf diese Weise transparent in den PCM-Rahmen (R) transportiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung (V1) durch einen virtuellen Verbindungsidenti­ fikator (VCI) für die ATM- Zellen (ATM-Z) und einen Kanalidentifikator (CID) für die AAL2-Minizellen (AAL2-Z) bezeichnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der virtuelle Verbindungsidentifikator (VCI) und der Kanal­ identifikator (CID) den der Verbindung zugewiesenen Zeit­ schlitz (ts) im PCM-Rahmen (R) bezeichnen.

4. Verfahren nach einem der vorherige Ansprüche, bei dem durch die Umsetzeinrichtung (IWU-A) ein Oktet pro 125 µs in den PCM-Rahmen (R) eingetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Sprachinformationen (ni) und Signalisierungsinformationen (si) der AAL2-Minizellen (AAL2-Z) gleichermaßen oktetweise in den Zeitschlitz (ts) des PCM-Rahmens (R) eingetragen werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem nach dem Eintragen des letzten Oktets einer AAL2-Minizelle (AAL2-Z) ein Oktet mit dem Wert "0" in den entsprechenden Zeitschlitz (ts) des folgenden PCM-Rahmen (R) eingetragen wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem nach der Vermittlung in der PCM-Vermittelungseinrichtung (CN) jedes Oktet des Zeitschlitzes (ts) der Verbindung (V1) im PCM-Rahmens (R) in einer zweiten Umsetzeinrichtung (IWU-B) ausgewertet und die Nutz- und Signalisierungsinformationen (ni, si) betreffenden Oktets wiederum in eine AAL2-Minizelle (AAL2-Z) eingetragen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Umsetzeinrichtung (IWU-A) Teil einer Vermittlungs­ einrichtung (MSC) ist und einen breitbandigen ATM-Vermitt­ lungsteil (ATM-V) mit der schmalbandigen PCM-Vermittlungs­ einrichtung (CN) verbindet.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Signalisierung zwischen Transkodiereinheiten (TRAU) des Kommunikationssystem durchgeführt wird, die die verwendeten Sprachkodierer vergleicht, worauf bei positiven Vergleich die Transkodierung und Rücktranskodierung für eine Verbindung (V1) ausgeschaltet werden.