DE60038475T2 - Verfahren zum Optimieren von drahtlosen Verbindungen die über mehrere miteinander verbundene Netze vermittelt werden - Google Patents

Verfahren zum Optimieren von drahtlosen Verbindungen die über mehrere miteinander verbundene Netze vermittelt werden Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft die Drahtloskommunikation, einschließlich der mobilen Drahtloskommunikation, über Zelltelefonsysteme. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Echtzeitkommunikation (zum Beispiel Sprache, Multimedia usw.) über mehrere Netze. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Optimieren der Echtzeitkommunikation, die von einer Drahtlos-Mobileinheit zu einer anderen Drahtlos-Mobileinheit oder von einer Drahtlos-Mobileinheit zu einer leitungsgebundenen Einheit über mehrere miteinander verbundene Netze geroutet wird, und insbesondere zwischen einem leitungsorientierten Sprachnetz und einem Datennetz, das verbindungsloses Netzwerkschichtdiagramm-Routen implementiert.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Der Implementierung einer Echtzeitkommunikation über Computerdatennetze und insbesondere der Fähigkeit, Sprachverkehr zu dem und von dem öffentlichen Fernsprechwählnetz (Public Switched Telephone Network – PSTN) zu routen, ist ein hohes Maß an Aufmerksamkeit zuteil geworden. Ein damit zusammenhängendes Interesse gilt der Verwendung sogenannter Voice over IP (VoIP)-Lösungen zum Ermöglichen der Sprachkommunikation zwischen absendenden und terminierenden PSTN-Endpunkten unter Nutzung des Internet für Fern-Routen, während das PSTN im Wesentlichen umgangen wird. Ähnliche Vorschläge sind für das Routen von Sprachverkehr als ATM-Pakete über Asynchronous Transfer Mode (ATM)-Netze (VoATM) unterbreitet worden.
  • Herkömmlicherweise werden Sprachtelefonate vollständig über das leitungsgestützte Ende-zu-Ende-PSTN transportiert. Für PSTN-Umgehungsanwendungen ist vorgeschlagen worden, PCM-Sprachverkehr zu IP (oder ATM)-Paketen zu verarbeiten, über das Internet (oder ATM-Netz) zu transportieren und dann zu PCM-Sprache zurück zu verarbeiten. Um ein solches Ruf-Routen zu ermöglichen, können die absendende und die terminierende Endvermittlungsstelle (End Office switch – EO) mit PSTN/IP (oder PSTN/ATM)-Gateways verbunden werden, die als Hosts in dem IP (oder ATM)-Netz angeordnet sind. Auf der Grundlage der gerufenen Nummer oder eines anderen Zeichengabeindikators routen die EOs bestimmte Rufe durch die IP (oder ATM)-Gateways anstatt das PSTN.
  • Es wäre wünschenswert, wenn die oben angesprochene VoIP-Topologie von Mobilfunkteilnehmern wie auch von Nutzern leitungsgebundener Dienste verwendet werden könnte. Zum Beispiel würde es ein Drahtlos-Gateway, der eine Mobilfunkvermittlung (Mobile Switching Center – MSC) und ein IP- oder ATM-Netz miteinander verbindet, ermöglichen, Drahtlosverkehr nach außerhalb des PSTN zu routen. Aufgrund der in Drahtlosumgebungen inhärenten Verzögerungen würden jedoch Ineffizienzen hervorgebracht werden. Diese Verzögerungen sind speziell in digitalen Drahtlossystemen akut, wo Sprachkodierer/decodierer (Vocoder) in den mobilen Funkeinheiten verwendet werden, analoge Sprachsignale von fester Dauer (zum Beispiel 20 ms) zu digitalisieren (und zu komprimieren). Der abgetastete Eingang wird in entsprechende digitale Drahtlos-Frames für eine Luftschnittstellenübertragung gemäß einem drahtlosspezifischen Vocodierungsstandard umgewandelt, wie zum Beispiel einem der Algorithmen für TDMA (Time Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access) oder GSM (Global System for Mobile Communications)-Mobilnetze. Ein empfangsseitiger Vocoder in der MSC (oder in einer Basisstation (BS)) dekomprimiert die digitalen Drahtlos-Frames und wandelt die Informationen gemäß einem unkomprimierten Codierungsformat wie zum Beispiel PCM (Pulse Code Modulation) in digitalen leitungsgebundenen Verkehr um. Wenn der PCM-Verkehr zu einem absendenden PSTN/IP-Gateway geroutet wird, um über das Internet geroutet zu werden, so würde in der Regel die Vocodierung erneut ausgeführt werden, um die Informationen für eine verbesserte IP-Transporteffizienz zu komprimieren. Der terminierende PSTN/IP-Gateway würde dann die komprimierten Informationen in unkomprimierten PCM-Verkehr zurück umwandeln, der zu der terminierenden EO gesendet wird. Insgesamt würde es vier Vocodierungsschritte für jede Übertragung zwischen einer Drahtlos-Mobileinheit und einer räumlich abgesetzten leitungsgebundenen Einheit geben. Wenn die räumlich abgesetzte Einheit eine andere Drahtlos-Mobileinheit ist, so würden sechs Vocodierungsoperationen ausgeführt werden. Die durch diese Vocodierungsoperationen erzeugten Verzögerungen können für die Nutzer inakzeptabel sein.
  • Dementsprechend besteht in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem Bedarf an einem Verfahren zum Optimieren von Sprache oder sonstiger Echtzeit-Drahtloskommunikation, die über mehrere miteinander verbundene Netze ohne die oben beschriebenen Ineffizienzen geroutet wird. Benötigt wird ein Kommunikationsverfahren, das den Verwaltungsaufwand beseitigt, der mit wiederholten Codierungs-/Decodierungs (zum Beispiel Vocodierungs)-Schritten verbunden ist, um die Rufdurchsatzeffizienz zu verbessern und Übertragungsverzögerungen zu minimieren.
  • Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 97/12493 offenbart ein Verfahren und ein System zum Verarbeiten von Telefonaten, bei denen zwei digitale Drahtlos-Teilnehmereinheiten zum Einsatz kommen, wobei eine doppelte Vocodierung vermieden wird, indem digitale Drahtlos-Frames ohne Umwandlung von einer Drahtlos-Teilnehmereinheit über ein Zwischen-ATM-Paketnetz weitergeleitet werden.
  • Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 96/42176 offenbart ein Drahtlostelefonsystem, wobei der Telefonverkehr, der zwischen einem ersten und einem zweiten digitalen Drahtlossystem über ein Zwischen-ATM-Netz geroutet wird, als drahtlose vocodierte Audioinformationen gesendet wird, die in dem zweiten digitalen Drahtlossystem in PCM-Informationen umgewandelt werden können, wenn der Ruf an ein lokales PSTN geht.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem unabhängigen Anspruch 1 dargelegt, auf den wir den Leser nunmehr verweisen. Bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Ein Verfahren zum Optimieren der Mobilfunkkommunikation über mehrere miteinander verbundene Netze stellt eine neuartige Lösung für das oben dargelegte Problem bereit. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren routet ein Telekommunikationssystem Echtzeitinformationsverkehr von einer absendenden digitalen Funkeinheit, die durch ein Absendernetz bedient wird, zu einer Terminierungseinheit (die auch ein digitales Radio sein könnte), die durch ein Terminierungsnetz bedient wird, über ein Zwischennetz, welches das absendende und das Terminierungsnetz miteinander verbindet. Das absendende und das Terminierungsnetz könnten ein und dasselbe sein, oder sie könnten unabhängige Netze sein. Das Zwischennetz könnte jedes beliebige geeignete Telekommunikationsnetz sein. Die absendende digitale Funkeinheit kommuniziert mit dem Absendernetz über ein Absenderknoten. Dieser Absenderknoten wiederum kommuniziert mit einem absendeseitigen Schnittstellenknoten in dem Zwischennetz. Diese Knoten würden in der Regel räumlich voneinander getrennt angeordnet sein, könnten sich aber auch am selben Ort befinden. Die Terminierungseinheit kommuniziert mit dem Terminierungsnetz über einen Terminierungsknoten. Dieser Terminierungsknoten wiederum kommuniziert mit einem terminierungsseitigen Schnittstellenknoten in dem Zwischennetz. Auch diese Knoten könnten sich miteinander am selben Ort befinden oder könnten räumlich voneinander getrennt angeordnet sein.
  • Die absendende digitale Funkeinheit hat einen Codierer/Decodierer (zum Beispiel einen Vocoder) zum Erzeugen digitaler Drahtlos-Frames aus in die Funkeinheit eingespeisten Informationen. Der Absenderknoten des Absendernetzes enthält einen Codierer/Decodierer zum Umwandeln der digitalen Drahtlos-Frames in digitalen leitungsgebundenen, zum Beispiel PCM-, Verkehr. Der absendeseitige Schnittstellenknoten des Zwischennetzes enthält einen Codierer/Decodierer zum Umwandeln des digitalen leitungsgebundenen Verkehrs, der von dem Absenderknoten des Absendernetzes kommend empfangen wird, in komprimierten digitalen leitungsgebundenen Verkehr. Eine Optimierung der Kommunikation, die zwischen der absendenden Funkeinheit und der Terminierungseinheit geroutet wird, wird erreicht, indem die digitalen Drahtlos-Frames der erstgenannten Einheit ohne weitere Codierung oder Decodierung durch mindestens den Absenderknoten des Absendernetzes und vorzugsweise durch sowohl den Absenderknoten des Absendernetzes als auch den absendeseitigen Schnittstellenknoten des Zwischennetzes geroutet werden, dergestalt, dass die Rate des Informationsverkehrsdurchsatzes maximiert wird.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind das absendende und das Terminierungsnetz Teil eines einzigen Telefonnetzes, wie zum Beispiel des PSTN, und das Zwischennetz ist ein Computerdatennetz, das Informationen unter Verwendung eines Netzwerkschichtdatagramm-Protokolls wie zum Beispiel IP, eines Sicherungsschicht-Protokolls wie zum Beispiel ATM oder beider routet. Der Absenderknoten in dem Absendernetz ist vorzugsweise eine Zellulärnetz-MSC oder -MSC/BS-Kombination (wenn die Vocodierung in der BS ausgeführt wird). Der Terminierungsknoten in dem Terminierungsnetz ist vorzugsweise eine terminierende EO, die eine termi nierende leitungsgebundene Einheit bedient, oder eine Zellulärnetz-MSC oder -MSC/BS-Kombination, die eine terminierende Drahtlos-Einheit bedient. Der absendeseitige und der terminierungsseitige Schnittstellenknoten des Zwischennetzes sind vorzugsweise Netzgateway-Plattformen, die ein Multimedia-Protokoll wie zum Beispiel H.323 oder einen anderen geeigneten Standard implementieren. Die absendende MSC und die terminierende EO oder MSC würden in der Regel über T1- oder E1-Verbindungsleitungen, die zeitmultiplexierten digitalen leitungsgebundenen Verkehr transportieren, damit verbunden sein.
  • Wenn die digitalen Drahtlos-Frames, die durch die absendende digitale Funkeinheit gesendet werden, in der absendenden BS oder MSC empfangen werden, so wird die gewöhnliche drahtlosspezifische Umwandlung in digitalen leitungsgebundenen Verkehr nicht ausgeführt. Statt dessen werden die digitalen Drahtlos-Frames zu dem Absendernetzgateway geroutet. Die gewöhnliche Kompressionsumwandlung, die am Absendernetzgateway ausgeführt wird, wird ebenfalls beseitigt, und die digitalen Drahtlos-Frames werden in Netzdatagrammpaketen verkapselt, um sie zu dem Terminierungsnetzgateway zu routen. An diesem letztgenannten Gateway wird die zweite drahtlosspezifische Codierungs/Decodierungs-Operation vorzugsweise ausgeführt, um die digitalen Drahtlos-Frames in digitale leitungsgebundene Frames umzuwandeln. Diese digitalen leitungsgebundenen Frames werden auf die Verbindungsleitung geroutet, die zwischen dem Terminierungsnetzgateway und der terminierenden EO oder MSC verläuft. In der terminierenden EO oder MSC können die digitalen leitungsgebundenen Frames je nach der Art der Terminierungseinheit weiterverarbeitet werden (das heißt, je nachdem, ob es ein Drahtlos- oder ein leitungsgebundenes, ein digitales oder ein analoges Gerät ist).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist, deutlicher hervor. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
  • 1 ist ein Blockschaubild, das relevante Abschnitte eines beispielhaften Telekommunikationssystems zum Routen von Telefonaten zwischen leitungsgebundenen Teilnehmern in dem PSTN über ein verbundenes Datennetz zeigt;
  • 2 ist ein Blockschaubild, das ein erstes beispielhaftes Telekommunikationssystem zum Routen von Telefonaten von einem Drahtlos-Teilnehmer zu einem leitungsgebundenen Teilnehmer in dem PSTN über ein verbundenes Datennetz zeigt; und
  • 3 ist ein Blockschaubild, das ein zweites beispielhaftes Telekommunikationssystem, welches das Verfahren der vorliegenden Erfindung enthält, zum Routen von Telefonaten von einem Drahtlos-Teilnehmer zu einem leitungsgebundenen Teilnehmer in dem PSTN über ein verbundenes Datennetz zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Wenden wir uns nun den Figuren zu, in denen gleiche Bezugszahlen in allen unterschiedlichen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen. 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Telekommunikationssystem 2 zum Routen von Telefonaten zwischen leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 und 6 in einem PSTN 8 über ein Zwischendatennetz 10, das ein Netzwerkschicht-Protokoll, wie zum Beispiel IP, oder ein Sicherungsschicht-Protokoll, wie zum Beispiel ATM, oder beides implementiert. Das PSTN 8 enthält EOs 12 und 14, welche die leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 bzw. 6 bedienen. Jede EO 12 und 14 ist über eine herkömmliche lokale Teilnehmerschleife 16 mit einer jeweiligen der leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 und 6 verbunden. Die Teilnehmerleitungen 16 würden bekanntlich in der Regel unter Verwendung von verdrillten Zwei-Element-Doppelleitungen implementiert werden, die analoge Informationen oder digitale Basisraten-ISDN (BRI)-Informationen transportieren, und zwar je nach der Konfiguration der leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 und 6. Die Kommunikation zwischen dem PSTN 8 und den EOs 12 und 14 würde in der Regel unter Verwendung von Verbindungsleitungsgruppen 18 erfolgen, die digitalen PCM-Sprachverkehr auf multiplexierten Kanälen mit einer Primärrate von 1,544 Mbps (T1), 2,048 Mbps (E1) oder höher transportiert.
  • Das PSTN 8 bildet den normalen Rufkommunikationsweg zwischen den leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 und 6. Wie in 1 gezeigt, ist es auch möglich, das PSTN 8 unter Verwendung des Datennetzes 10 zu umgehen. Es gibt viele Architekturen, die verwendet werden könnten, um VoIP (oder VoATM) im Auftrag der leitungsgebundenen Teilnehmer 4 und 6 zu unterstützen. 1 veranschaulicht eine solche Architektur, in der die EOs 12 und 14 jeweils über T1- oder E1-Verbindungsleitungsgruppen 20 mit einem Paar Datennetzgateways 22 und 24 verbunden sind. Die Gateways 22 und 24 befinden sich als Hosts in dem Datennetz 10. Sie erbringen VoIP (oder VoATM)-Dienste im Auftrag der leitungsgebundenen Teilnehmer-Einheiten 4 und 6 und (nicht gezeigter) weiterer Nutzer, die über das Datennetz 10 kommunizieren.
  • Während einer VoIP (oder VoATM)-Kommunikation zwischen den leitungsgebundenen Teilnehmern 4 und 6 wird der PCM-Verkehr von den EOs 12 und 14 zu den jeweiligen Gateways 22 und 24, um über das Datennetz 10 geroutet zu werden. Die (nicht gezeigten) gewöhnlichen intelli genten Netzdatenbankressourcen des PSTN können dafür verwendet werden, das Routen von Rufen über das Datennetz 10 zu bestimmen.
  • Das 7R/E Toll-TandemTM-Gatewaysystem von Lucent Technologies, Inc. stellt ein beispielhaftes Produkt dar, das dafür verwendet werden könnte, die Gateways 22 und 24 zu implementieren. Der 7R/E Toll-TandemTM-Gateway ist gemäß der H.323-Spezifikation aufgebaut, die der empfohlene ITU-Protokollstandard für Echtzeit-Multimedia-Kommunikation und -Konferenzübertragungen über vorhandene Infrastrukturen wie zum Beispiel LAN/WANs, das Internet oder weitere Topologien, in denen IP/ATM-Kommunikation unterstützt wird, ist.
  • Ein H.323-Gateway erhält die Kompatibilität mit bestehenden Protokollen für Audio-, Video- und Datentranslation, -umwandlung und -transfer sowie Mediensteuerung und Rufzeichengabe aufrecht. Die Zeichengabe wird durch eine (nicht gezeigte) Zeichengabegatewayfunktion verarbeitet, die entweder in den H.323-Gateway integriert sein kann oder durch ein separates Element bereitgestellt werden kann. Ein H.323-Gateway unterstützt Funktionen wie zum Beispiel Sprachkompression, PSTN-zu-IP-Protokoll-Mapping, Echtzeit-Faxmodulation/demodulation, Rufzeichengabeunterstützung, Steuerkanalmeldungen, Mediensteuerung, Multiplexieren und Audiotranscodierung. Jeder H.323-Gateway implementiert des Weiteren einen Protokollstapel, in dem die oben beschriebenen Audio-, Video-, Daten-, Steuerungs- und Zeichengabe-Protokolle über der TCP- oder UDP-Transportschicht geschichtet sind, die selbst über der Netzwerkschicht liegt. Eine IP-Verkapselung von nicht-IP-formatierten Informationen wird auf diese Weise unterstützt, um das Routen über das IP-Netz zu ermöglichen, das durch den H.323-Gateway bedient wird.
  • Das standardmäßig vorgegebene Vocodierungsprotokoll für das H.323 ist G.723.1 (oder G.729). Dies sind Sprach kompressions-Protokolle, bei denen im Vergleich zu der derzeitigen Rate von 56 Kbps zur PCM-Codierung, die im PSTN benutzt wird, eine Abtastung mit einer niedrigeren Rate verwendet wird. Wenn also in 1 digitale leitungsgebundene Frames von den EOs 12 und 14 zu den Gateways 22 und 24 geroutet werden, so findet die Vocodierung in der Regel in den Gateways gemäß dem Kompressionsstandard G.723.1 oder G.729 statt. Weitere Vocodierungsprotokolle, die durch H.323 unterstützt werden, sind die Standard G.722, G.728 und G.711.
  • Wenn VoIP (oder VoATM)-Routen für drahtlose Sprachkommunikation über das Datennetz 10 implementiert werden soll, so könnte die in 2 gezeigte Topologie verwendet werden. Diese Topologie verwendet praktisch wieder die Architektur, die für die leitungsgebundene Umgebung von 1 implementiert ist, und enthält die Gateways 22 und 24, welche die oben beschriebenen H.323-Gateway-Funktionen an beiden Enden des Datennetzes 10 bereitstellen. Eine Mobilfunkeinheit 30, von der angenommen wird, dass sie ein Zelltelefon oder ein persönliches Kommunikationssystem (Personal Communication System – PCS)-Gerät ist, kommuniziert mit einer Zellenbasisstation 32. Es wird des Weiteren angenommen, dass die Funkeinheit 30 ein digitales Gerät ist, das einen drahtlosspezifischen Vocoder zum Umwandeln analoger Spracheingabe in digitale Drahtlos-Frames enthält. Zum Beispiel könnten die Eingabeinformationen unter Verwendung eines TDMA-spezifischen Vocodierungsstandards, wie zum Beispiel des Algebraic Code Excited Linear Predictive (ACELP)-Algorithmus', oder eines CDMA-spezifischen Standards, wie zum Beispiel des Enhanced Variable Rate Codec (EVRC)-Algorithmus', in digitale Drahtlos-Frames umgewandelt werden. Es könnte auch ein GSM-Vocodierungsalgorithmus verwendet werden.
  • Wie dem Fachmann bekannt ist, enthalten die oben beschriebenen digitalen Drahtlos-Frames in der Regel ein Informationsfeld, das Sprachcodierbits (auch als ein Vektor oder Codewort bekannt) enthält, die einer Sprachabtastung von fester Dauer entspricht (zum Beispiel einer Sprachabtastung von 20 ms). Auf die Sprachcodierbits kann ein Fehlerkorrekturfeld folgen, das Fehlerkorrekturbits enthält. Diese Felder werden in der Regel mit zusätzlichen physikalischen Framing-Bits nachgestellt und/oder vorangestellt, um zusammengesetzte Frames zu bilden. Dem Fachmann ist klar, dass der Begriff "Frame" mitunter in einem etwas anderen Sinn verwendet wird, wobei er sich auf eine sich wiederholende Abfolge logischer Kanäle (zum Beispiel Zeitschlitze) bezieht, die mehreren Mobileinheiten zugewiesen sind, wobei jeder logische Kanal (oder ein Kanalpaar) die oben beschriebenen Bit-Felder für eine bestimmte Mobileinheit enthält. Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, wird der Begriff "digitaler Drahtlos-Frame" im den Sinne verstanden, dass er eine Informationseinheit darstellt, die mindestens das oben beschriebene Informationsfeld enthält, das Sprachcodierbits (oder Bits, die andere Formen von Echtzeitinformationseingaben codieren, wie zum Beispiel Multimedia) enthält, und die auch zusätzliche Verwaltungsbits enthalten können, wie zum Beispiel die oben beschriebenen Fehlerkorrekturbits und physikalischen Framing-Bits.
  • Die digitalen Drahtlos-Frames, die durch die Funkeinheit 30 erzeugt werden, werden in der Basisstation 32 empfangen und über eine Breitband-Pipe 36 (die digitale Drahtlos-Frames für mehrere Funkeinheiten transportiert) zu einer Mobilfunkvermittlung 34 geroutet. Eine zweite drahtlosspezifische Vocodierungsoperation wird in der Mobilfunkvermittlung 34 ausgeführt (wenn sie nicht schon zuvor in der Basisstation 32 ausgeführt wurde), um die digitalen Drahtlos-Frames zu decodieren und die darin transportierten Sprachinformationen wiederherzustellen. Wenn ein ECC-Feld vorhanden ist, so wird es (vor der Vocodierung) unter Verwendung eines entsprechenden Fehlerkorrekturalgorithmus' (zum Bei spiel eines zyklischen Fehlerkontrollcodes oder dergleichen) verarbeitet. Die empfangenen Informationen werden in das übliche digitale leitungsgebundene PCM-Format umgewandelt, und der daraus entstehende PCM-Verkehr wird in eine Verbindungsleitung eingespeist, um zum Gateway 22 geroutet zu werden.
  • Für VoIP (oder VoATM)-fremde Anwendungen würde der PCM-Verkehr über die Verbindungsleitungsgruppe 40 zu dem PSTN 8 geroutet werden. Für VoIP- oder VoATM-Anwendungen wird der PCM-Verkehr zum Gateway 22 geroutet. Wie zuvor beschrieben, würde ein dritter Vocodierungsschritt (Kompression) üblicherweise am Gateway 22 ausgeführt werden (wenn das H.323-Protokoll verwendet wird), um den unkomprimierten PCM-Verkehr gemäß einem Protokoll wie zum Beispiel G.723.1 oder G.729 in ein komprimiertes Codierungsformat mit niedriger Bitrate umzuwandeln. Ein vierter Vocodierungsschritt (Dekompression) würde dann am Gateway 24 ausgeführt werden, um den komprimierten PCM-Verkehr zurück in sein unkomprimiertes Format umzuwandeln. Somit würden also bis zu dem Moment, da die ursprünglich in die Mobilfunkeinheit 30 eingegebenen Sprachinformationen den Gateway 24 verlassen, insgesamt vier Vocodierungsschritte ausgeführt werden. Wenn die Teilnehmer-Einheit 6 ein leitungsgebundenes Gerät ist, so würde keine weitere Vocodierung benötigt werden. Wenn hingegen die Teilnehmer-Einheit 6 ein Drahtlos-Gerät wäre, so würden zwei zusätzliche Vocodierungsschritte erforderlich sein: einer in einer (nicht gezeigten) BS oder MSC, welche die Teilnehmer-Einheit 6 unterstützt, und der andere in der Teilnehmer-Einheit 6 selbst.
  • Diese vielen Vocodierungsschritte könnten zu möglichen Leistungs- und Qualitätsproblemen führen. Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass es eine Verzögerung von 115 ms in dem Funkzugangsnetz gibt, das durch die Funkeinheit 30, die Basisstation 32 und die Mobilfunkvermittlung 34 gebildet wird (teilweise infolge der zwei drahtlosspezifischen Vocodierungsoperationen), dass es eine Verzögerung von 40 bis 100 ms zwischen den Gateways 22 und 24 gibt (je nach den Kompressionsvocodierungsoperationen, der Entfernung zwischen beiden Gateways, der Größe der Paketdaten und der Systempufferung usw.), und dass es eine Verzögerung von weniger als 10 ms in dem leitungsgebundenen Zugangsnetz gibt, das durch die EO 14 und die Teilnehmer-Einheit 6 gebildet wird, so würde die Gesamtverzögerung etwa 165 bis 225 ms betragen. Auf der Grundlage von in der Vergangenheit durchgeführten Mobil funkbetriebsuntersuchungen wird eine Einweg-Übertragungsverzögerung von null als eine "gute" Sprachqualität eingestuft, und eine Verzögerung von 250 ms wird als "befriedigende" Sprachqualität eingestuft. Darum sollte man erwarten, dass ein drahtloser VoIP (oder VoATM)-Ruf in dem Telekommunikationssystem von 2 eine bessere Qualität als "befriedigend", aber keine "gute" Qualität aufweist. Eine längere Verzögerung (270 bis 330 ms) könnte bei Mobil-zu-Mobil-VoIP (oder VoATM)-Rufen eintreten, weil weitere 115 ms für eine Vocodierungsverzögerung anstatt der Leitungsverzögerung von 10 ms zu der Gesamtverzögerungsdauer hinzukommen.
  • Um die Kommunikationsleistung und -qualität zu verbessern, wird vorgeschlagen, das Telekommunikationssystem von 3 so zu implementieren, dass die drahtlose VoIP (oder VoATM)-Anwendung optimiert wird. In 3 wird, wie es üblich ist, eine drahtlosspezifische Vocodierung in der rufabsendenden Funkeinheit 30 ausgeführt. Jedoch entfällt die drahtlosspezifische Vocodierung, die normalerweise in der Mobilfunkvermittlung 34 (oder der Basisstation 32) ausgeführt wird, um die digitalen Drahtlos-Frames, die von der Funkeinheit 30 kommend empfangen werden, in PCM-Verkehr umzuwandeln. Statt dessen werden die digitalen Drahtlos-Frames direkt in die Verbindungsleitung 38 eingespeist (wobei nach Bedarf eine entsprechende Segmentierung und Multiplexierung ausgeführt werden, um mehrere Nutzer zu verarbeiten) und von der Mobilfunkvermittlung 34 zu dem Gateway 22 geroutet. Der Gateway 22 wird im Weiteren als der absendeseitige Gateway bezeichnet.
  • An dem absendeseitigen Gateway 22 werden die digitalen Drahtlos-Frames von der Verbindungsleitung 38 kommend empfangen. Jedoch entfällt die Vocodierungskompressionsoperation, die normalerweise an dem absendeseitigen Gateway 22 ausgeführt wird, und die digitalen Drahtlos-Frames werden in Netzpaketen (zum Beispiel IP- oder ATM-Paketen) für den Transport über das Datennetz 10 verkapselt. Die in Netzpaketen verkapselten digitalen Drahtlos-Frames werden dann von dem absendeseitigen Gateway 22 über das Datennetz 10 zu dem Gateway 24 geroutet, der als der terminierungsseitige Gateway bezeichnet wird. An dem terminierungsseitigen Gateway 24 werden die digitalen Drahtlos-Frames aus den Netzpaketen entkapselt. Zu diesem Zeitpunkt wird dann eine zweite drahtlosspezifische Vocodierungsoperation (vorzugsweise durch den Gateway 24) ausgeführt, um die digitalen Drahtlos-Frames in PCM-Verkehr umzuwandeln.
  • Der durch den terminierungsseitigen Gateway 24 ausgegebene PCM-Verkehr wird über die Verbindungsleitung 20 zu der EO 14 geroutet, die als eine terminierende EO im Auftrag der Teilnehmer-Einheit 6 dient, welche die Rufterminierungseinheit darstellt. In der EO 14 wird der PCM-Verkehr entweder in digitaler Form zu der Terminierungseinheit 6 geroutet, wenn sie ein digitales Gerät ist, oder in analoge Form umgewandelt, wenn die Terminierungseinheit 6 ein analoges Gerät ist, wie zum Beispiel ein Telefon. Alternativ würde, wenn die Terminierungseinheit eine Mobilfunkeinheit ist, eine (nicht gezeigte) MSC an die Stelle der EO 14 treten.
  • Das Telekommunikationssystem von 3 bietet eine verbesserte Leistung und Qualität, weil eine doppelte Vocodierung in der Mobilfunkvermittlung 34 (oder der Basisstation 32) und dem absendeseitigen Gateway 22 beseitigt wird. Die durch die Funkeinheit 30 erzeugten digitalen Drahtlos-Frames, die in einem komprimierten Format vorliegen, werden über das Datennetz 10 ohne weitere Codierung oder Decodierung transportiert, bis sie den terminierungsseitigen Gateway 24 erreichen, der mit der terminierenden EO 14 verbunden ist. Die digitalen Drahtlos-Frames werden nur an diesen Gateway aus ihrer drahtlosspezifischen Form umgewandelt. Darum werden nur zwei Vocodierungsoperationen benötigt: eine in der absendenden Mobilfunkeinheit 30 und die andere an dem terminierungsseitigen Gateway 24. In einer weiteren Konfiguration, wo die Teilnehmer-Einheit 6 eine digitale Funkeinheit ist, die den gleichen Vocodierungsalgorithmus wie die Funkeinheit 30 implementiert, kann es möglich sein, den zweiten Vocodierungsschritt aufzuschieben, bis die digitalen Drahtlos-Frames die Vocodierungsschaltung dieser Einheit erreichen.
  • Obgleich die digitalen Drahtlos-Frames, die in der Mobilfunkvermittlung 34 empfangen werden, ihrer physikalischen Framing-Bits entledigt, durch Fehlerkorrekturcodierschaltungen verarbeitet und für die leitungsgebundene Übertragung über die Verbindungsleitung 38 segmentiert und multiplexiert werden können, versteht der Fachmann, dass keine dieser Operationen eine "Vocodierung" oder "Codierung/Decodierung", wie im vorliegenden Text beschrieben, darstellt. Solche Operationen sind relativ einfach auszuführen und erfordern deutlich weniger Zeit zur Implementierung als entweder die drahtlosspezifische Vocodierungsoperation, die normalerweise in der Mobilfunkvermittlung 34 (oder der Basisstation 32) ausgeführt wird, oder die Vocodierungskompressionsoperation, die normalerweise in dem absendenden Gateway 22 ausgeführt wird.
  • Insofern ein drahtlosspezifischer Vocodierungsalgorithmus in der Funkeinheit 30 und in dem terminierungsseitigen Gateway 24 (gemäß der bevorzugten Ausführungsform) ausgehandelt und implementiert werden muss, muss der terminierungsseitige Gateway 24 auf herkömmliche Weise programmiert werden, um eine solche Aushandlung selbst auszuführen und den Vocodierungsalgorithmus selbst zu implementieren. Um den Vocodierungsalgorithmus auszuhandeln, könnte der terminierende Gateway 24 mit dem bestehenden Netzzeichengabesystem (das heißt dem SS7-Netz) des PSTN 8 verknüpft werden. Diese Verknüpfung könnte entweder eine direkte Verbindung von dem terminierenden Gateway 24 zu der SS7-Netz-Infrastruktur oder eine indirekte Verbindung über einen (nicht gezeigten) H.323-Gatekeeper sein. Wie dem Fachmann klar ist, sind diese Zeichengabeverbindungen normalerweise schon vorhanden, um die Verkehrsverbindungen und die Rufverwaltung zu implementieren, die benötigt werden, um den VoIP (oder VoATM)-Ruf aufzubauen und zu halten. Um den drahtlosspezifischen Vocodierungsalgorithmus auszuführen, kann die vorhandene Vocodierungsaushandlungsfähigkeit des terminierenden Gateways 24 (die zur Vocodierungsaushandlung mit anderen Gateways verwendet wird) so ausgedehnt werden, dass sie einen oder mehrere drahtlosspezifische Algorithmen umfasst, wie zum Beispiel ACELP oder EVRC. Es könnten auch andere Drahtlosvocodierungsschemas verwendet werden, wie zum Beispiel jene, die gemäß dem GSM-Standard implementiert werden.
  • Es wurde somit nun ein Verfahren zum Optimieren einer Drahtloskommunikation, die über mehrere miteinander verbundene Netze geroutet wird, beschrieben. Obgleich verschiedene Ausführungsformen offenbart wurden, versteht es sich, dass viele Varianten und alternative Ausführungsformen gemäß der Erfindung implementiert werden könnten. Es versteht sich daher, dass die Erfindung in ihrem Geltungsbereich einzig und allein durch die angehängten Ansprüche beschränkt wird.
  • 1
    • 12
    EO
    Voice
    Sprache
    8
    Öffentliches Fernsprechwählnetz
    22
    H.323-Gateway; H.323-Vocodierung (PCM-Sprache zu Paket)
    10
    Paketdatennetz
    24
    H.323-Gateway; H.323-Vocodierung (Paket zu PCM-Sprache)
    14
    EO
    Packet
    Paket
  • 2
    • 12
    EO
    Voice
    Sprache
    8
    Öffentliches Fernsprechwählnetz
    WRLS Vocoding (Voice to Wireless Voice Frame
    Drahtlos-Vocodierung (Sprache zu Drahtlos-Sprach-Frame)
    WRLS Vocoding (Wireless Voice Frame to PCM Voice
    Drahtlos-Vocodierung (Drahtlos-Sprach-Frame zu PCM-Sprache)
    32
    Basisstation
    34
    Mobilfunkvermittlung
    22
    H.323-Gateway; H.323-Vocodierung (PCM-Sprache zu Paket)
    10
    Paketdatennetz
    24
    H.323-Gateway; H.323-Vocodierung (Paket zu PCM-Sprache)
    14
    EO
    Packet
    Paket
    CDMA Voice Packet
    CDMA-Sprachpaket
    PCM Voice
    PCM-Sprache
  • 3
    • Voice
    Sprache
    8
    Öffentliches Fernsprechwählnetz
    WRLS Vocoding (Voice to Wireless Voice Frame
    Drahtlos-Vocodierung (Sprache zu Drahtlos-Sprach-Frame)
    Bypass WRLS Vocoding and ...
    Umgehung der Drahtlos-Vocodierung und Weitergabe des Drahtlos-Sprach-Frames an das Datennetz
    32
    Basisstation
    34
    Mobilfunkvermittlung
    22
    H.323-Gateway; Umgehung der H.323-Vocodierung und Weitergabe des Drahtlos-Sprach-Frames über das Datennetz
    10
    Paketdatennetz
    24
    H.323-Gateway; Drahtlos-Vocodierung (Drahtlos-Sprach-Frame zu PCM)
    14
    EO
    Wireless Voice Frame
    Drahtlos-Sprach-Frame

Claims (9)

  1. Verfahren zur Verwendung in einem Telekommunikationssystem (2) zum Routen von Echtzeitinformationsverkehr von einer absendenden digitalen Funkeinheit (30), die durch ein Absendernetz bedient wird, zu einer Terminierungseinheit (6), die durch ein Terminierungsnetz bedient wird, über ein Zwischennetz, welches das Absendernetz und das Terminierungsnetz miteinander verbindet, wobei die absendende digitale Funkeinheit (30) einen Codierer/Decodierer zum Erzeugen digitaler Drahtlos-Frames aus Informationen aufweist, die dort hinein eingespeist werden, wobei das Absendernetz einen Absenderknoten (32 oder 34) mit einem Codierer/Decodierer zum Umwandeln der digitalen Drahtlos-Frames in digitalen leitungsgebundenen Verkehr aufweist und das Zwischennetz einen absendeseitigen Schnittstellenknoten (22) mit einem Codierer/Decodierer zum Umwandeln des digitalen leitungsgebundenen Verkehrs in komprimierten digitalen leitungsgebundenen Verkehr enthält, wobei das Verfahren zum Optimieren von Kommunikation dient, die zwischen der absendenden Einheit (34) und der Terminierungseinheit (6) geroutet wird, wobei die digitalen Drahtlos-Frames ohne drahtlosspezifische Umwandlung in digitalen leitungsgebundenen Verkehr in dem Absenderknoten (32 oder 34) des Absendernetzes geroutet werden, und dadurch gekennzeichnet, dass: die digitalen Drahtlos-Frames geroutet werden, ohne dass sie einer digitalen Leitungskompression in dem absendeseitigen Schnittstellenknoten (22) des Zwischennetzes unterzogen werden; wodurch die Rate des Informationsverkehrsdurch satzes von der absendenden Einheit zu der Terminierungseinheit erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine drahtlosspezifische Umwandlung der digitalen Drahtlos-Frames in digitalen leitungsgebundenen Verkehr aufgeschoben wird, bis die digitalen Drahtlos-Frames mindestens den Absenderknoten (32 oder 34) des Absendernetzes und den absendeseitigen Schnittstellenknoten (22) des Zwischennetzes passiert haben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Terminierungseinheit (6) eine digitale Funkeinheit ist und die drahtlosspezifische Umwandlung der digitalen Drahtlos-Frames in digitalen leitungsgebundenen Verkehr aufgeschoben wird, bis die digitalen Drahtlos-Frames die Terminierungseinheit (6) erreichen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zwischennetz einen terminierungsseitigen Schnittstellenknoten (24) enthält und das Terminierungsnetz einen Terminierungsknoten (14) enthält, der mit der Terminierungseinheit verbunden ist, und wobei der terminierungsseitige Schnittstellenknoten (24) des Zwischennetzes: die digitalen Drahtlos-Frames von dem absendeseitigen Schnittstellenknoten (22) des Zwischennetzes empfängt; eine drahtlosspezifische Umwandlung ausführt, um die digitalen Drahtlos-Frames in digitalen leitungsgebundenen Verkehr umzuwandeln; und den digitalen leitungsgebundenen Verkehr zu dem Terminierungsknoten (14) in dem Terminierungsnetz routet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die absendende Einheit (30) ein Zelltelefon ist, das Sprachinformationen sendet, die unter Verwendung eines TDMA-spezifischen, CDMA-spezifischen oder GSM-spezifischen Vocodier-Algorithmus vocodiert wurden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Absendernetz ein leitungsvermitteltes Telefonnetz ist und der Absenderknoten (32 oder 34) in dem Absendernetz eine Mobilfunkvermittlung oder eine Basisstation-Mobilfunkvermittlung-Kombination ist, welche die absendende digitale Funkeinheit bedient.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Zwischennetz ein Computerdatennetz ist, wobei der absendeseitige Schnittstellenknoten (22) und der terminierungsseitige Schnittstellenknoten (24) in dem Zwischennetz Netz-Gateways sind, und wobei die digitalen Drahtlos-Frames als Datagrammpakete über das Zwischennetz geroutet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Terminierungsknoten (14) in dem Terminierungsnetz entweder eine Endvermittlungsstelle oder eine Mobilfunkvermittlung ist, welche die Terminierungseinheit bedient.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der digitale leitungsgebundene Verkehr impulscodemodulierte Informationen enthält.
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