СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2004 года по МПК H04J13/00 

Изобретение относится к способу согласования скорости передачи данных для передачи данных через интерфейс радиосвязи между базовой станцией и абонентской станцией, в особенности через широкополосные интерфейсы радиосвязи, которые применяют способы разделения сигналов абонентов и одновременно предоставляют множество услуг на соединение.

В системе радиосвязи сообщения (например, речь, информация изображений и другие данные) передаются через интерфейс радиосвязи с помощью электромагнитных волн. Интерфейс радиосвязи относится к соединению между базовой станцией и абонентскими станциями, причем абонентские станции могут представлять собой мобильные станции или стационарные станции радиосвязи. Излучение электромагнитных волн происходит при этом на несущих частотах, которые находятся в частотном диапазоне, предусмотренном для соответствующей системы. Для будущих систем радиосвязи, например UMTS (Универсальная мобильная система связи) или других систем третьего поколения, предусмотрены частоты в диапазоне примерно 2000 МГц.

Для третьего поколения мобильной связи предусмотрены широкополосные (В=5 МГц) интерфейсы, которые применяют способ разделения сигналов абонентов на основе множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) для различения каналов передачи и могут предоставлять одновременно множество услуг по одному соединению. При этом возникает проблема, каким образом данные различных услуг должны мультиплексироваться во времени, т.е. вводиться в один кадр. Пропускную способность передачи интерфейса радиосвязи следует использовать наилучшим возможным образом, особенно с учетом высокой динамики в разбросе скоростей передачи данных отдельных услуг.

Из документа ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98, 25.08.1998, s.15-20 известно двухэтапное согласование скорости передачи данных. Первый этап согласования скорости передачи данных проводится после канального кодирования и должен гарантировать соответствующее услуге качество обслуживания, так как совместная передача данных нескольких услуг обуславливает общее отношение сигнал/шум. С помощью второго этапа согласования скорости после мультиплексирования гарантируется непрерывная передача. Недостаток данного решения можно усмотреть в том, что ни число требуемых каналов передачи, ни по меньшей мере обусловленная расширением спектра требуемая мощность передачи в каналах передачи не может минимизироваться. Также падает эффективность кода, так как частично с теми же самыми данными производится расширение и последующее сжатие или наоборот. Эффективность кода указывает отношение изменения частоты ошибок в битах к изменению избыточности данных, причем отношение сигнал/шум должно рассматриваться как постоянное.

Задача изобретения состоит в устранении этих недостатков. Эта задача решается способом, охарактеризованным признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения отражены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с изобретением, как уже известно, определяют соответствующий услуге статический коэффициент согласования скорости передачи, который устанавливает соответствующее услуге качество обслуживания. Однако с этим коэффициентом еще не проводится согласование скорости передачи данных. Вместо этого для соединения определяется динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи, который с учетом еще не осуществленного соответствующего услуге согласования скорости передачи согласует гипотетический объем данных с объемом данных, имеющимся в следующем кадре. При этом могут проводиться несколько циклов оптимизации, если это количество данных ввиду достаточного количества каналов передачи и коэффициентов расширения спектра не задано постоянным. Тем самым может оптимизироваться необходимая общая пропускная способность передачи.

На следующем этапе определяется соответствующий услуге коэффициент согласования скорости передачи данных путем комбинации статического коэффициента согласования скорости передачи и динамического ориентированного на соединение коэффициента согласования скорости передачи, и только после этого проводится единственное и тем самым одноэтапное согласование скорости передачи данных. Данные услуг сжимаются или соответственно расширяются с использованием таких соответствующих услугам коэффициентов согласования скорости передачи данных и вводятся в кадр для передачи.

Статическое и динамическое согласование скорости передачи происходит по времени на одном этапе, при этом в цикле оптимизации может проводиться только вычисление коэффициентов, но не собственно согласование, так что эффективность кода возрастает и предотвращается противоположно направленное согласование скорости передачи для одних и тех же данных.

Если необходимо уменьшить длительность отдельных интервалов кадров, чтобы провести измерения (режим сегментирования), то это можно учесть даже с использованием располагаемого количества данных.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи устанавливается на минимальное значение, относящееся к услуге, предусматривающей наиболее сильное сжатие, и для этого определяется количество каналов передачи и применяемых при передаче коэффициентов расширения спектра согласно предварительно заданному предписанию кодирования. Если это осуществляется, то после этого динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи определяется как отношение объема данных, максимально доступного для соединения, и суммы объемов данных всех услуг в соединении с учетом тех или иных соответствующих услугам статических коэффициентов согласования скорости передачи. Минимальное значение устанавливается для того, чтобы не слишком сильно повлиять на эффективность кода. В данном варианте осуществления изобретения требуются минимальные ресурсы.

Если динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи больше, чем максимальное значение, относящееся к услуге, требующей наиболее сильного расширения спектра, то предпочтительным является то, что в кадр вводят дополнительные данные, и динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи определяют заново. Тем самым обеспечивает то, что пропускная способность передачи не расходуется напрасно.

Статические коэффициенты согласования скорости передачи предпочтительным образом перед определением динамического ориентированного на соединение коэффициента согласования скорости передачи таким образом соотносятся с их геометрическим средним значением, что произведение всех статических коэффициентов согласования скорости передачи одного соединения равно единице. Тем самым для оптимизации эффективности кода при сходных скоростях передачи услуг оказывается необходимым лишь минимально возможное согласование скоростей передачи.

Предписание по преобразованию для мультиплексирования данных услуг в одном передаваемом кадре предпочтительным образом определяется так, чтобы оно было известным в равной мере передающей и приемной стороне, так что сигнализируют только об объеме данных, приходящемся на услугу, и конфигурирование данных в кадре может быть выполнено затем однозначным образом. Также согласование скорости передачи может быть восстановлено из упомянутого указанного объема данных.

Примеры выполнения изобретения поясняются ниже со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг.1 - схематичное представление системы радиосвязи;

фиг.2 - схематичное представление требований к трем одновременно передаваемым услугам;

фиг.3 - блок-схема способа согласования скорости передачи;

фиг.4 - графическое представление цикла оптимизации при согласовании скорости передачи.

Представленная на фиг.1 мобильная система радиосвязи состоит из множества центров коммутации мобильных станций (ЦКМ), которые объединены между собой в сеть или образуют доступ к стационарной сети типа коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП). Кроме того, эти центры коммутации мобильных станций ЦКМ связаны по меньшей мере с одним устройством для распределения радиотехнических ресурсов (РРР). Каждое из этих устройств РРР обеспечивает соединение по меньшей мере с одной базовой станцией БС. Подобная базовая станция БС может устанавливать через интерфейс радиосвязи - соединение с абонентскими станциями, например с мобильными станциями (МС). Посредством каждой базовой станции БС образуется по меньшей мере один интерфейс радиосвязи.

На фиг.1 представлено соединение С для одновременной передачи полезной информации нескольких услуг У1, У2, У3 между базовой станцией БС и мобильной станцией МС. Центр эксплуатации и технического обслуживания (ЦЭТО) реализует функции контроля и технического обслуживания для мобильной системы связи и ее компонентов. Функциональные возможности этой структуры могут быть перенесены на другие системы радиосвязи, в которых может быть использовано изобретение, особенно в сетях абонентского доступа с беспроводным подключением абонентов.

Посредством соединения С одновременно передаются данные д1, д2, д3 трех различных услуг У1, У2, У3, как показано на фиг.2. Эти три услуги У1, У2, У3 сильно отличаются по возможным значениям и динамике скоростей передачи данных. В соответствии с этим выбираются величины блоков и абсолютное или относительное кодирование.

Как показано на фиг.3, в качестве первого этапа передачи данных на стороне передачи выполняется канальное кодирование для каждой услуги У1, У2, У3, которое выбирается индивидуально в зависимости от требуемой максимальной частоты ошибок в битах. После этого при необходимости для каждой услуги У1, У2, У3 может проводиться шифрование данных д1, д2, д3 по множеству кадров (межкадровое шифрование) и в заключение определяются статические коэффициенты согласования скорости передачи SRFi для каждой i-ой услуги. При этом устанавливается соответствующее услуге качество обслуживания.

На следующем этапе проводится согласование скоростей передачи, причем представленный ниже алгоритм содержит одновременно мультиплексирование услуг. За согласованием скоростей передачи и мультиплексированием следует шифрование данных внутри кадра (внутрикадровое шифрование).

Соответствующие услугам коэффициенты согласования скорости передачи SRFi для каждой i-ой услуги описывают расширение и соответственно сжатие данных, причем расширение достигается за счет добавления избыточности (например, путем повторения отдельных битов), а сжатие, например, - за счет “прокалывания” (удаления битов). В соответствии с определенными коэффициентами согласования скоростей кодирование и, тем самым, добавление избыточности может также устанавливаться адаптивно. Эти соответствующие услугам коэффициенты согласования скорости передачи SRFi зависят не от количества данных, которые должны передаваться для каждой услуги У1, У2, У3 в следующем кадре, а от способа кодирования канала.

Для оптимизации эффективности кода соответствующие услугам коэффициенты согласования скорости передачи SRFi относят к их геометрическому среднему значению, в результате чего получается соотношение

Вычисление коэффициентов SRF, DRF, RF, SF, m, необходимых для согласования скоростей передачи и для мультиплексирования, поясняется с помощью фиг.4. При минимальном коэффициенте расширения (SF=4) в кадре может быть передано количество Nmax битов. Тем самым можно вывести следующее неравенство, которое описывает зависимость между пропускной способностью передачи в кадре, заданной с помощью числа m и соответствующего коэффициента расширения SFj (j=1...m) каналов передачи и требуемой для блоков данных n услуг, в следующем виде

Правая сторона соотношения (2) описывает число битов на кадр, имеющееся в распоряжении при m каналах передачи, в то время как левая сторона соотношения (2) задает требуемую емкость для n услуг, которыми должны передаваться соответственно Ki блоки с величинами Bi блоков и со статическими коэффициентами согласования SRFi скорости передачи.

Приведенный в неравенстве (2) динамический коэффициент согласования DRF скорости передачи обеспечивает возможность дополнительного равномерного расширения или сжатия всех данных в одном кадре. Этот коэффициент DRF является ориентированным на соединение. Знак равенства будет иметь место в том случае, когда кадр должен быть полностью заполнен данными, чтобы избежать прерывистой передачи данных.

При определении ориентированного на соединение динамического коэффициента DRF согласования скорости должно быть превышено минимальное значение, которое определяется как отношение минимального общего коэффициента согласования RFmin скорости передачи и минимального значения всех статических коэффициентов согласования SRF скорости передачи, чтобы за счет “прокалывания” битов не слишком сильно ухудшить эффективность кода.

Расчет минимального значения DRFmin согласно приведенному выше неравенству (3а) справедлив тогда для специального случая, когда для всех i-ых услуг справедлив один и тот же минимальный общий коэффициент согласования скорости передачи. В общем случае, однако, различным i-ым услугам могут соответствовать индивидуальные общие коэффициенты согласования RFmin скорости передачи. Так, например, для определенной i-ой услуги может возникнуть случай, когда для нее не проводится прокалывание (RFmin=1), в то время как для другой i-ой услуги имеет место прокалывание. В зависимости от использованного способа кодирования каждой i-ой услуге ставится в соответствие индивидуальный минимальный общий коэффициент согласования RFmin скорости передачи. Чтобы учесть эту вариабельность зависящего от услуги общего коэффициента согласования RFmin скорости передачи, неравенство (3а) представляется в следующем виде

Аналогично не должно превышаться некоторое максимальное значение, которое определяется как отношение максимального общего коэффициента согласования RFmax скорости передачи и максимального значения всех статических коэффициентов согласования SRF скорости передачи, чтобы за счет повторения битов не слишком снизить пропускную способность передачи.

Тем самым с помощью соотношения (2) можно в зависимости от Bi, Ki, a также SFRi вычислить значения для m, SFj, DRF, которые позволяют оптимальным образом использовать физические каналы. Для того нужно только установить однозначную последовательность кодов расширения между передатчиком и приемником, которые назначаются в зависимости от общего числа битов, которые должны передаваться в одном кадре. Это предписание для преобразования устанавливается на системном уровне или сигнализируется перед началом соединения.

Ниже представлено граничное условие, которое предписывает занимать минимально возможное количество каналов передачи. В этом случае справедливо то, что при m>1 все каналы передачи вплоть до одного канала передачи должны иметь минимальный коэффициент расширения SFmin. Следует подчеркнуть, что в случае предписания кодирования согласно уравнениям (5)-(7) речь идет об одном из нескольких возможных примеров, так как могут быть приняты и другие граничные условия.

При минимальном допустимом значении динамического коэффициента согласования DRFmin скорости передачи данных из уравнения (3а, 3b) можно получить следующие выражения для требуемого числа m каналов = оператор округления с избытком):

и коэффициентов расширения

где - оператор округления до ближайшего возможного коэффициента расширения

Динамический коэффициент DRF согласования скорости передачи данных затем рассчитывается вновь как отличающийся от своего минимального значения:

Вместо произведения Bi*Ki можно подставить также количество данных Ni, если не производится поблочная передача данных или величина блока Bi равна одному биту.

Чтобы оказывать минимальное отрицательное влияние на эффективность кода, необходимо ограничить растяжение и соответственно сжатие требуемой наименьшей величиной, откуда следует, что динамический коэффициент согласования DRF скорости передачи должен находиться по возможности ближе к 1. Это означает, что при прерывистой передаче следует полностью использовать возможную пропускную способность передачи, если этим путем можно сократить сжатие. И при прерывистой передаче берется значение из уравнения (8), если оно меньше или равно 1. Если справедливо соотношение DRF>1, то DRF устанавливается на 1.

Из знания динамического коэффициента согласования DRF скорости передачи можно для всех услуг указать результирующий коэффициент согласования RFi скорости передачи в следующем виде:

Если для i-ой услуги RFi>1, то осуществляется повторение битов, при RF<1 производится прокалывание битов данных. В любом случае путем согласования скорости передачи на одном этапе для данных д1, д2, д3 каждой услуги используется только один из обоих способов.

Путем комбинации статического и динамического согласования скорости передачи автоматически минимизируется число m требуемых каналов передачи и одновременно максимизируются коэффициенты расширения SF, чтобы создавалось по возможности меньше помех. Тем самым неявное динамическое согласование скорости передачи также оказывается выгодным, если допустима прерывистая передача.

Дополнительно, если динамический коэффициент согласования DRF скорости передачи больше, чем DRFmax, то можно из накопленных промежуточным образом в контуре ожидания предусмотренных для передачи блоков выбрать отдельные блоки и добавить их к уже упорядоченным в кадр блокам. В смысле цикла оптимизации вновь вычисляются коэффициенты SRF, DRF, RF. Если число m каналов передачи не должно повышаться и коэффициенты расширения SF не должны уменьшаться, то блок может передаваться дополнительно к другим данным.

Изобретение относится к радиосвязи, в частности для согласования скорости передачи данных при передаче данных через интерфейс радиосвязи между базовой станцией и абонентской станцией, в особенности через широкополосные интерфейсы радиосвязи, которые применяют способы разделения сигналов абонентов и одновременно предоставляют множество услуг на соединение. Технический результат - повышение пропускной способности передачи данных. Для этого определяют статический коэффициент согласования скорости передачи, который устанавливает соответствующее услуге качество обслуживания. Для соединения определяется динамический ориентированный на соединение коэффициент согласования скорости передачи, который с учетом еще не осуществленного соответствующего услуге согласования скорости передачи согласует гипотетический объем данных с объемом данных в следующем кадре. При этом могут осуществляться несколько циклов оптимизации, если эти объемы данных на основе достаточного количества каналов передачи и коэффициентов расширения не установлены однозначно определенно. Соответствующий услуге коэффициент согласования скорости передачи определяется путем комбинации статического коэффициента согласования скорости передачи и динамического ориентированного на соединение коэффициента согласования скорости передачи и только затем осуществляется единственное и, следовательно, одноэтапное согласование скорости передачи. Данные услуг с использованием этого соответствующего услуге коэффициента согласования скорости передачи только однократно сжимаются или соответственно расширяются и вводятся в кадр для передачи. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ согласования скорости передачи данных при одновременной радиопередаче данных (д1, д2, д3) нескольких услуг (У1, У2, У3) по соединению (С) между базовой станцией (БС) и абонентской станцией (МС), при котором данные (д1, д2, д3) услуг (У1, У2, У3), предназначенные для передачи в кадре, сжимают или соответственно расширяют с использованием соответствующих услугам результирующих коэффициентов (RF) согласования скорости передачи, при этом результирующий коэффициент (RF) согласования скорости передачи каждой услуги зависит от соответствующего услуге статического коэффициента (SRF) согласования скорости передачи, который устанавливает соответствующее услуге качество услуги, и результирующий коэффициент (RF) согласования скорости передачи каждой услуги дополнительно зависит от ориентированного на соединение динамического коэффициента (DRF) согласования скорости передачи, который согласует сумму объемов данных всех услуг (У1, У2, У3) соединения (С), с учетом конкретных соответствующих услугам статических коэффициентов (SRF) согласования скорости передачи, с объемами данных для передачи, имеющихся в кадре.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что динамический ориентированный на соединение коэффициент (DRF) согласования скорости передачи устанавливают на минимальное значение (DRFmin), относящееся к услуге (У1, У2, У3), которая должна быть сжата в наибольшей степени, и для этого определяют число (m) каналов передачи и используемых при передаче коэффициентов (SF) расширения согласно предварительно заданному предписанию кодирования и после этого вновь определяют динамический ориентированный на соединение коэффициент (DRF) согласования скорости передачи как отношение исходя из максимального для соединения объема данных и суммы объемов данных всех услуг (У1, У2, У3) соединения (С) с учетом конкретных соответствующих услугам статических коэффициентов (SRF) согласования скорости передачи.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что если динамический ориентированный на соединение коэффициент (DRF) согласования скорости передачи больше, чем максимальное значение, относящееся к услуге, требующей наибольшей степени расширения, то в кадр вводят дополнительные данные (д1, д2, д3) и заново определяют динамический ориентированный на соединение коэффициент (DRF) согласования скорости передачи.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что данные (д1, д2, д3) услуг (У1, У2, У3) вводят в кадр согласно предварительно заданному предписанию кодирования, которое ориентировано на минимальное число (m) каналов передачи для соединения (С).5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что статические коэффициенты (SRF) согласования скорости передачи перед определением динамического ориентированного на соединение коэффициента (DRF) согласования скорости передачи относят к их геометрическому среднему значению таким образом, что произведение всех статических коэффициентов (SRF) согласования скорости передачи соединения (С) равно единице.6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для каждого передаваемого кадра сигнализируют об объеме данных, приходящемся на услугу (У1, У2, У3).7. Устройство для согласования скорости передачи данных при одновременной радиопередаче данных (д1, д2, д3) нескольких услуг (У1, У2, У3) по соединению (С) между базовой станцией (БС) и абонентской станцией (МС), содержащее средство сжатия для сжатия и соответственно расширения данных (д1, д2, д3) каждой услуги (У1, У2, У3), предназначенных для передачи в кадре, с использованием соответствующего услуге результирующего коэффициента (RF) согласования скорости передачи, при этом результирующий коэффициент (RF) согласования скорости передачи каждой услуги зависит от соответствующего услуге статического коэффициента (SRF) согласования скорости передачи, который устанавливает соответствующее услуге качество услуги, и результирующий коэффициент (RF) согласования скорости передачи каждой услуги дополнительно зависит от ориентированного на соединение динамического коэффициента (DRF) согласования скорости передачи, который согласует сумму объема данных всех услуг (У1, У2, У3) соединения (С), с учетом конкретных соответствующих услугам статических коэффициентов (SRF) согласования скорости передачи, с объемами данных для передачи, имеющихся в кадре.