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Dokumentenidentifikation DE69837671T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001013134
Titel Verfahren, Vorrichtung und System zur Paketisierung von mindestens zwei Datenströmen
Anmelder Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ), Stockholm, SE
Erfinder HÖLLER, Jan, S-113 29 Stockholm, SE
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69837671
Vertragsstaaten CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.09.1998
EP-Aktenzeichen 989431606
WO-Anmeldetag 08.09.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/SE98/01591
WO-Veröffentlichungsnummer 1999013679
WO-Veröffentlichungsdatum 18.03.1999
EP-Offenlegungsdatum 28.06.2000
EP date of grant 25.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H04Q 11/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04L 12/56(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Paketisierung von Datenströmen. Im Besonderen betrifft die Erfindung das Paketisieren von Sprachsignalen und das Transportieren der paketisierten Sprachsignale mit Verwenden des Asynchronous Transfer Mode (ATM) nach dem Multiplexen der paketisierten Sprachsignale von einigen Quellen in dieselbe ATM-Zelle.

Beschreibung des Standes der Technik

Normalerweise wird eine Sprach- oder Stimminformation in existierenden Telekommunikationsnetzen, wie beispielsweise dem Public Switched Telephone Network (PSTN) bzw. dem Öffentlichen Fernsprechnetz und dem Integrated Services Digital Network (ISDN) bzw. dem Dienstintegrierenden Digitalen Netz, als PCM-codierte Abtastwerte übertragen. Gemäß ITU-T G.711 steht PCM für Pulse Code Modulation bzw. Pulscodemodulation von Sprachfrequenzen und bedeutet, dass der Grundzeitschlitz jede 125 &mgr;s 8 Bits ist, was Kanäle von 64 kbit/s ergibt. Folglich sind PSTN und ISDN 64 kbit/s leitungsvermittelte Netze. Leitung steht für eine Menge physikalischer Übertragungsressourcen, zum Beispiel Übertragungsleitungen und Vermittlungsstellen, die einen Zweiwegetransfer von Nachrichtensignalen von einer Quelle zu einem Bestimmungsort in einem Telekommunikationssystem bereitstellen. Einige Leitungen werden zeitlich über eine Verbindung gemultiplext, indem einige Zeitschlitze in einem Rahmen zusammengefügt werden, was mit einer gewissen Frequenz wiederum wiederholt wird. Eine Leitung wird immer denselben Zeitschlitz in dem Rahmen während der vollen Sitzungsdauer haben. Beim Transportieren der PCM-codierten Abtastwerte über ein ATM-Netzwerk, d.h. ein Paketvermittlungsnetzwerk anstelle eines leitungsvermittelten Datennetzwerks, ist es für das ATM-Netzwerk ein Weg, dieses zu erreichen, eine virtuelle Leitung zu emulieren. Diese Emulation wird durch einen Circuit Emulation Service (CES) ausgeführt, wie durch ATM Forum Circuit Emulation Service Interoperability Specification Version 2.0 spezifiziert, was einen ATM Adaptation Layer 1 (AAL1) umfasst, der Leitungen konstanter Bitrate an einen ATM-Zellentransport anpasst.

Ein 64-kbit/s-Leitungstransport mit Verwenden von AAL1 kann grundsätzlich auf zwei Wege getan werden. Einer ist es, die ATM-Zellennutzlast, d.h. das Informationsfeld, von im Allgemeinen 47 Oktetts (48 Oktetts für das Informationsfeld – 1 Oktett für den AAL1-Header) mit PCM-Abtastwerten zu füllen, was in einer ATM-Paketisierungsverzögerung von 47·125 &mgr;s resultiert, d.h. 5875 ms. Der durch die 5 Oktetts des ATM-Zellenheaders und das 1 Oktett des AAL1-Paketheaders hinzugefügte zusätzliche Overhead beträgt ungefähr 13 Prozent der Nominalbitrate von 64 kbit/s. Der andere Weg ist es, nur teilweise die ATM-Zellennutzlast mit PCM-Abtastwerten vor einem Senden davon zu füllen und somit die ATM-Zellenpaketisierungsverzögerung zu reduzieren, aber mit dem Nachteil eines erhöhten Overheads. Zum Beispiel kann die Verzögerung auf ungefähr 1 ms reduziert werden, indem die Zelle nur mit einem Sechstel gefüllt wird, d.h. mit ungefähr 8 PCM-Abtastwerten. Es ist wichtig, die Verzögerung für sämtliche Teile des Netzwerks auf einem niedrigen Niveau zu halten, da die Verzögerung in Kombination mit einem Echo die wahrgenommene Sprachqualität ernsthaft verschlechtern kann.

Sprachsignale können außerdem in anderen Codierungsformaten als dem oben erwähnten PCM-Format getragen werden. Diese Codierungsformate, die ein Teil eines Sprach-Codecs sind, können zum Beispiel in Übereinstimmung sein mit den Global System for Mobile Telecommunication (GSM) Standards, Adaptive Differential PCM (ADPCM) Standards, Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) Standards oder Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction (CS-ACELP) Standards. Eine gemeinsame Eigenschaft dieser Sprach-Codecs ist, dass sie die Sprachsignale gemäß einem Komprimierungsalgorithmus komprimieren, so dass sie eine codierte Sprachinformation, d.h. Pakete oder Rahmen, mit einer resultierenden Bitrate produzieren, die geringer als die des üblichen 64 kbit/s PCM-basierten Codierungsschemas ist. Beim Verwenden von AAL1 ist deshalb ein Ergebnis, dass die ATM-Paketisierungsverzögerung und/oder der Overhead (wenn teilweise gefüllte Zellen verwendet werden) ungefähr um einen Faktor gleich dem Komprimierungsgrad zunimmt. Zum Beispiel würde ein 8 kbit/s CS-ACELP-codiertes Sprachsignal in einer ATM-Paketisierungsverzögerung von 47 ms resultieren. Dieses könnte wie zuvor durch teilweises Füllen der Zelle gehandhabt werden, aber mit demselben Skalierungsfaktor von 8 für den resultierenden Bandbreiten-Overhead. Außerdem haben manche auf GSM und CS-ACELP basierende Sprach-Codecs bereits eine inhärente Algorithmusverzögerung, die ziemlich groß ist, was auch in einer Gesamtnetzperspektive hinzuzufügen ist.

Die unterschiedlichen Sprach-Codecs produzieren Pakete mit variierenden Raten und Größen, die nicht im richtigen Verhältnis mit der ATM-Nutzlastlänge sind, was in Stopf- oder Stückelungsproblemen resultiert. Mit diesen Sprachcodierern ist es außerdem möglich, Sprachstillenperioden herauszufiltern und die Aussendung von Sprachdaten während dieser stillen Perioden (hier im Nachfolgen als Stillenentfernung bezeichnet) zu reduzieren oder zu stoppen. Die Stillenentfernung resultiert in einer variablen Bitrate, die nicht für einen Transportdienst konstanter Bitrate geeignet ist, so wie dem auf AAL1 basierenden CES.

Ein neuer ATM Adaptation Lager (AAL) für den Zweck eines Transportierens paketisierter Daten niedriger Bitrate, wie beispielsweise paketisierter Sprache, und wobei die Daten echtzeitkritisch und von variabler Rate und Länge sind, befindet sich im Standardisierungsprozess. Dieser neue AAL wird mit AAL Typ 2 (AAL2) bezeichnet, was in dem ITU-T Draft I.363.2, B-ISDN ATM Adaptation Layer Type 2 Specification, Seoul, Februar 1997 spezifiziert ist. AAL2 ist für die Bereitstellung einer Unterstützung für eine geringe Verzögerung mit vernünftiger Bandbreiteneffizienz und variablen Paketgrößen erfordernde Anwendungen entworfen. AAL2 ist außerdem asynchron.

Die Prinzipien von AAL2 sind auch in Baldwin J. H. et al: „AAL-2 – A New ATM Adaptation Layer for Small Packet Encapsulation and Multiplexing", Bell Labs Technical Journal, Frühjahr 1997, Seiten 111-131 beschrieben.

In AAL2 werden Sprachsignale von einigen Quellen in dieselbe ATM-Verbindung gemultiplext. Dieses wird durch Einkapseln von Benutzerdaten in AAL2-Pakete getan, die mit Verwenden der in dem AAL2 Common Part Sublager inhärenten AAL2-Multiplexerfunktion (AAL2 MUX) in eine ATM-Verbindung gemultiplext werden. Eine reduzierte Verzögerung wird durch Einbeziehung eines Combined Usetimers (Timer_CU) in dem AAL2 bereitgestellt, was eine maximale Haltezeit von Benutzerdaten oder AAL2-Paketen garantiert, vor einer Übertragung der tragenden ATM-Zelle. Die durch den AAL2-ATM eingeführte maximale Paketisierungsverzögerung ist dann im Grunde gleich dem Wert des Timer_CU. Die zu bezahlende Strafe bzw. der Nachteil ist dann ein Overhead in der Bandbreite, wenn eine ATM-Zelle bei einer Übertragung nicht vollständig gefüllt ist.

In einem typischen Szenario eines Verwendens von AAL2 gibt es n Sprachquellen, die durch einen AAL2-MUX in dieselbe ATM-Verbindung gemultiplext werden, nachdem sie durch einen Codierer mit einem geeigneten Sprachcodierungsalgorithmus verarbeitet worden sind. Jeder Sprachcodierer kann mit einem Paketisierer kombiniert sein, so dass dem AAL2-MUX Pakete einer geeigneten Periodizität dargeboten werden. Die Sprachcodierer können außerdem eine Einrichtung zur Stillenentfernung enthalten. Nach einer Verarbeitung werden dem AAL2-MUX somit Pakete mit einer variablen Länge p und/oder einer Paketrate f dargeboten. Ein typischer zweckmäßiger Wert für TTimer_CU ist 1 ms, was auf Berechnungen und Simulationen basiert. Im Allgemeinen ist TTimer_CU viel kleiner als die Paketperiodizität t (=1/f) für die meisten Codierer, auch wenn sie mit Paketisierungsprozeduren kombiniert sind, ähnlich den durch ITU-TG.764, Voice Packetization – Packetized Voice Protocols oder FRF.11, Voice over Frame Relay Implementation Agreement, FR Forum Vorgeschlagenen. Das Ergebnis ist, dass es eine niedrige Wahrscheinlichkeit eines Aufnehmens einiger Pakete von unterschiedlichen Sprachquellen in dieselbe ATM-Zelle gibt, wenn die Quellenanzahl gering ist, zum Beispiel kleiner als 20. Der übrige Teil der ATM-Zelle, der nicht mit Paketen bei dem Ablauf des Timer_CU gefüllt ist, wird dann gestopft. Jedoch zerstört bei wenigen Quellen der resultierende Stopfoverhead ziemlich den Vorteil des Einsatzes von Codierern mit oder ohne Stillenentfernung. Eine Situation, in der dieses ein Problem sein könnte, ist ein PBX-Trunking bzw. ein PBX-Verbinden. PBX steht für Private Branch Exchange und ist im Wesentlichen ein Nebenanlagentelefonvermittlungssystem, das eine Anzahl von Telefonen innerhalb eines Gebäudes bedient.

Es sollte deshalb wahrgenommen werden, dass es einen Bedarf für ein Gerät und ein bezogenes System und Verfahren zum effizienteren Transportieren paketisierter Daten von einigen Quellen auf einem paketorientierten Transportmedium gibt und im Besonderen, wenn es nur wenige Quellen gibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 5, einer bezogenen Vorrichtung gemäß Ansprüchen 6 bis 16 und einem bezogenen System gemäß Ansprüchen 17 bis 24 verkörpert.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass es möglich ist, die zweiten Pakete, zum Beispiel ATM-Zellen, effizient mit Daten von einigen wenigen Quellen zu füllen, bevor die zweiten Pakete auf dem paketorientierten Transportmedium transportiert werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Paketisierungsverzögerung auf einem niedrigen Niveau zu halten, aber immer noch ein hohes Niveau einer Bandbreitennutzung/Effizienz bereitzustellen.

Die aktuelle Verwendung von AAL2 für den paketisierten Sprachtransport ist für mobile Anwendungen optimiert, in denen die typische Anzahl von auf einer einzelnen ATM-Verbindung gemultiplexten Quellen in den niedrigen Hundert liegt. AAL2 hat eine große Menge an Aufmerksamkeit für die zusätzliche Verwendung beim PBX-Trunking auf sich gezogen. Jedoch ist die Anzahl von Sprachquellen, zum Beispiel 50 oder weniger, für ein PBX-Trunking signifikant niedriger als für eine mobile Trunking-Anwendung, was die Verwendung von AAL2 weniger optimal macht. Mit der Verwendung der vorgeschlagenen Lösung kann das aktuelle Problem der geringen Quellen jedoch überwunden werden, und AAL2 könnte sich genauso nützlich für das PBX-Trunking wie für das mobile Trunking erweisen. Man beachte, dass PBX-Trunking nur ein Beispiel ist, dass wenige Quellen vorhanden sein könnten. Ein anderes Beispiel könnte ein ATM-basiertes Wohnviertelzugangsnetzwerk sein, das zum Tragen von Telefonverkehr verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, das ein System darstellt, das eine Synchronisierungseinrichtung umfasst, die zum Ausführen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geeignet ist.

2 ist ein Blockdiagramm, das in Synchronisationsgruppen geordnete Paketisiereinrichtungen veranschaulicht.

3 ist ein Diagramm, das den Zeitablauf des Ausgebens von Paketen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

4a, 4b und 4c zeigen ein Blockdiagramm, das veranschaulicht, wo das Paketsynchronisationssignal durch unterschiedliche Typen von Paketisiereinrichtungen empfangen wird.

5 zeigt einen Vergleich zwischen dem Ergebnis einer Berechnung der Effizienz als eine Funktion der Anzahl von Quellen, wo eine synchronisierte und eine nichtsynchronisierte Freigabe der Sprachcodierer durchgeführt werden.

6 zeigt ein Blockdiagramm der Synchronisierungseinheit und der Paketisiereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

7 ist ein Flussdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Synchronisierungseinrichtung 30 veranschaulicht, die zum Ausführen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geeignet ist. Die Synchronisierungseinrichtung 30 umfasst eine Synchronisierungseinheit 32 zum Synchronisieren der Aktivität einer Vielzahl von Paketisiereinrichtungen 20 zum Erzeugen von Paketen mit einer Länge p bei einer Rate f. Die Synchronisation wird durch Verwenden eines Synchronisationsbusses 34 zum übertragen von Paketsynchronisationssignalen 36 zwischen der Synchronisierungseinheit 32 und der Paketisiereinrichtung 20 erreicht. Jede Paketisiereinrichtung 20 ist mit einer entsprechenden Quelle 10 verbunden und empfängt davon eingegebene Daten. Die Dateneingabe können zum Beispiel Sprachsignale oder Videosignale sein. Die Sprachsignale sind bevorzugt ein Strom von 8 Bit PCM-codierten Abtastwerten. Die Videosignale können ein Video einer niedrigen Bitrate gemäß der ITU-T Spezifikation H.261 oder H.263 sein. Jede Paketisiereinrichtung 20 ist mit einem Multiplexer 50 zum Multiplexen von von der Paketisiereinrichtung 20 ausgegebenen Paketen an ein paketorientiertes Transfermedium 60 verbunden. Vor einem Ausgeben von Paketen überträgt die Paketisiereinrichtung 20 eine Aktivierungsanforderung 40 an die Synchronisierungseinheit 32. Die Synchronisierungseinheit 32 wird dann ein Paketsynchronisationssignal 36 über den Synchronisationsbus 34 an die Paketisiereinrichtung 20 zum Aktivieren derselben in Synchronität mit anderen bereits aktivierten Paketisiereinrichtungen 20 oder als ein erstes Mitglied einer neuen Synchronisationsgruppe 2 übertragen. Der Begriff Synchronisationsgruppe 2 wird unten beschrieben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das paketorientierte Transfermedium ein ATM-Vermittlungsnetzwerk und der Multiplexer ist ein AAL2-Multiplexer 50, der einen Timer_CU 51 zum Garantieren einer maximalen Haltezeit von AAL2-Paketen, vor Übertragung der tragenden ATM-Zelle, umfasst.

2 ist ein Blockdiagramm, das sieben Paketisiereinrichtungen 20 veranschaulicht, die durch die Synchronisierungseinrichtung 32 in Synchronisationsgruppen A, B, C geordnet sind. Unter der Annahme, dass es drei Paketisiereinrichtungen 20 pro Synchronisationsgruppe geben sollte, ist Gruppe A voll und haben Gruppe B und C jeweils Raum für eine weitere Paketisiereinrichtung 20. Die Synchronisationsgruppen sind zeitlich verteilt, um ATM-Zellen-Bursts zu vermeiden.

3 ist ein Diagramm, das den Ablauf der synchronen Freigabe von Paketen 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Quellen 10 geben unabhängig voneinander einen Strom x, y, z von PCM-Abtastwerten bei einer Rate von 64 kbit/s aus, d.h. 8 Bits jede 125 &mgr;s. Wenn die Ströme x, y, z von PCM-Abtastwerten an die Paketisiereinrichtung 20 eingegeben werden, fordert die Paketisiereinrichtung 20 ein Aktivierungssignal 36 von der Synchronisierungseinheit 32 an, dass sie mit dem Erzeugen von Paketen 3 beginnen kann. Die Synchronisierungseinheit 32 prüft, ob es andere Paketisiereinrichtungen 20 gibt, die bereits Pakete 3 erzeugen. Eine vorbestimmte Anzahl von Paketisiereinrichtungen 20, die Pakete 3 in Synchronität erzeugen, wird eine Synchronisationsgruppe 2 genannt. Entweder wird die Paketisiereinrichtung 20 einer bereits existierenden Synchronisationsgruppe 2 zugeteilt, oder sie wird durch die Synchronisierungseinheit 32 einer neu gebildeten Synchronisationsgruppe 2 zugeteilt. Bis die Paketisiereinrichtung 20 ein Paketsynchronisationssignal 36 empfangen hat, darf sie nicht Pakete 3 erzeugen. Folglich wird es bis zur Aktivierung einige PCM-Abtastwerte geben, die verloren gehen können. Die Paketisiereinrichtung 20 gibt Pakete 3 jede t ms aus, wobei t ms viel größer als 125 &mgr;s ist. Die Pakete 3 werden danach durch einen AAL2-MUX 50 verarbeitet, der die Pakete 3 anpasst, so dass sie in eine ATM-Zelle 4 passen. Die ATM-Zelle 4 umfasst einen Header 5 und eine vorbestimmte Anzahl von AAL2-Paketen 61. Die vorbestimmte Anzahl von AAL2-Paketen 61, die in eine ATM-Zelle 4 passen, hängt von der Größe der durch die Paketisiereinrichtung 20 erzeugten Pakete 3 ab. Da die Anzahl von AAL2-Paketen 3, die in eine ATM-Zelle 4 passen, von der Größe der durch die Paketisiereinrichtung 20 erzeugten Pakete 3 abhängt, hängt folglich die Größe der Synchronisationsgruppen 2 auch von der Größe der Pakete 3 ab.

Dass die Paketisiereinrichtungen 20 im Wesentlichen synchronisierte Einrichtungen sind, bedeutet, dass sie zum Freigeben von Paketen koordiniert werden, so dass ATM-Zellen auf die optimalste Weise vor dem Ablauf des Timer_CU des AAL2-MUX gefüllt werden.

Zum Beispiel kann, wenn die Abtastrate 8 kHz für gewöhnliche PCM-codierte Sprache ist, die AAL2-Paketfreigabe nicht exakt gleichzeitig getan werden, sondern vielmehr um ein Vielfaches von ungefähr 4 &mgr;s getrennt, was die Oktettankunftszeit für die PCM-Abtastwerte auf einer 2-Mbit/s-Verbindung für zu unterschiedlichen Sprachkanälen gehörende Abtastwerte ist. Dieses funktioniert, da das Abtastintervall von 125 &mgr;s viel kleiner als die resultierende Sprachpaketperiodizität t ist, die Millisekunden beträgt, und die Sprachpaketperiodizität signifikant größer als der Wert von Timer_CU 51 ist.

4a, 4b und 4c zeigen Blockdiagramme, die veranschaulichen, wo das Paketsynchronisationssignal 36 durch die unterschiedlichen Typen der Paketisiereinrichtungen 20 empfangen wird. Der Schlüssel liegt in dem Timing des Erschaffens der als Eingabe für zum Beispiel CS-ACELP-Codierer verwendeten Blöcke oder des Erschaffens der Blöcke von zum Beispiel einem ADPCM-Codierer, d.h. dem Synchronisieren der PCM-Abtastwerte/Bitblöcke. Im Grunde existieren zwei unterschiedliche Codierertypen: einer, der inhärent Pakete produziert, zum Beispiel CS-ACELP- und GSM-Codierer; und der andere, der Bitblöcke mit 8 kHz Abtastrate produziert, zum Beispiel ADPCM- und offensichtlich PCM-Codierer.

4a zeigt paketisierte PCM-codierte Sprache;

Eingabe: 8 Bit PCM-Abtastwerte, 8 kHz Abtastrate;

Ausgabe: Pakete der Länge p, Paketrate von f.

4b zeigt paketisierte ADPCM-codierte Sprache;

Eingabe: 8 Bit PCM-Abtastwerte, 8 kHz Abtastrate;

Ausgabe: Pakete der Länge p, Paketrate von f.

4c zeigt paketisierte CS-ACELP-codierte Sprache;

Eingabe: 8 Bit PCM-Abtastwerte, 8 kHz Abtastrate;

Ausgabe: Paketlänge von 10 Oktetts, Paketrate von 100 Hz.

Für unkomprimierte Sprache (4a) umfasst die Paketisiereinrichtung 20 nur einen Paketisierer 21, der dann Paketsynchronisationssignale 36 von der Synchronisationseinrichtung 32 empfängt. Der Paketisierer 21, zum Beispiel gemäß ITU-T G.764, empfängt 8 Bit PCM-Abtastwerte bei einer Abtastrate von 8 kHz und gibt Pakete einer Länge p bei einer Rate f aus. Folglich wird paketisierte PCM-codierte Sprache von der Paketisiereinrichtung 20 ausgegeben.

Eine Alternative zu ITU-T G.764 könnte dem in FRF.11 beschriebenen Paketisierverfahren ähnlich sein, das im Wesentlichen auf denselben wie G.764 zugrunde liegenden Prinzipien basiert. Noch eine andere Alternative könnte gemäß der kommenden ITU-T Empfehlung I.TRUNK sein, die aktuell von der ITU-T vorbereitet wird, um neben anderen Dingen Verfahren zum Paketisieren von Sprachdatenströmen innerhalb des AAL2 Service Specific Convergence Sublager (AAL2 SSCS) bereitzustellen.

Für komprimierte Sprache gemäß den ADPCM-Standards (4b) umfasst die Paketisiereinrichtung 20 einen Paketisierer 21, der Paketsynchronisationssignale 36 von der Synchronisationseinrichtung 32 empfängt, und einen Codierer 22. Für den Fall eines ADPCM-Codierers 22 muss ein Paketisierer 21 nach dem Codierer hinzugefügt sein, um Sprachpakete mit einer geeigneten Länge p und Rate f zu produzieren, da der ADPCM-Codierer Bitblöcke von 5, 4, 3 oder 2 Bits bei einer Abtastrate von 8 kHz ausgibt. Dies kann gemäß ITU-T G.764, FRF.11 oder I.TRUNK getan werden. Folglich wird paketisierte ADPCM-codierte Sprache von der Paketisiereinrichtung 20 ausgegeben.

Eine Alternative könnte ein LD-CELP-Codierer sein, der Bitblöcke von 10 Bits mit einer Bitrate von 1,6 kHz produziert. Da diese Bitblöcke zu kurz sind, um in ein AAL2-Paket paketisiert zu werden, ist ein Paketisierer 21 nach dem LD-CELP-Codierer hinzugefügt.

Dieselbe Paketisiereinrichtungsstruktur zum Erhalten von ADPCM- oder LD-CELP-paketisierter Sprache könnte zum Paketisieren von PCM-codierter Sprache verwendet werden. Dieses wird dadurch erreicht, dass der Codierer 22 ein im Fachgebiet wohlbekannter Nullcodierer ist oder eine Einrichtung zur Stillenentfernung umfasst, die auch in dem Fachgebiet wohlbekannt ist.

Für komprimierte Sprache gemäß zum Beispiel den CS-ACELP-Standards (4c) umfasst die Paketisiereinrichtung 20 einen CS-ACELP-Codierer gemäß ITU-T G.729. Ein CS-ACELP-Codierer umfasst einen Paketisierer 21, der dann die Paketsynchronisationssignale 36 von der Synchronisationseinrichtung 32 empfängt, und einen Codierer 22. Der Paketisierer 21 des CS-ACELP-Codierers 20 empfängt 8 Bit PCM-Abtastwerte bei der Abtastrate von 8 kHz und gibt 80 Oktettblöcke bei der Blockrate von 100 Hz aus, die an den Codierer 22 eingegeben werden. Der Codierer 22 gibt dann Pakete der Länge von 10 Oktetts und von einer Paketrate von 100 Hz aus.

Wie erläutert, ist es entscheidend, die Paketfreigabe von den zu derselben Synchronisationsgruppe gehörenden Paketisiereinrichtungen zu synchronisieren, so dass sie praktisch gleichzeitig auftreten. Auf diese Weise kommen die wenigen AAL2-Pakete, die zum Füllen der ATM-Zelle benötigt werden, zur selben Zeit bei dem AAL2-Multiplexer an. Wie oben gesehen wurde, kann eine AAL2-Paketnutzlastgröße beim Verwenden von CS-ACELP 10 Oktetts sein. Mit einem AAL2-Overhead von 3 Oktetts, wobei der Overhead die gemeinsame Teilunterschichtprotokoll-Steuerinformation (CPS PCI) ist, kann eine ATM-Zelle 47/13 ∼ 3 – 4 AAL2-Pakete enthalten. Es reicht deshalb aus, die Freigabe der Pakete von den 3 – 4 Sprachcodierern zu synchronisieren, um die ATM-Zelle zu füllen und praktisch die maximale Effizienz zu erreichen. Wenn zum Beispiel drei AAL2-Pakete zum Füllen einer ATM-Zelle verwendet werden, wird der übrige nicht gefüllte Teil der ATM-Zelle gestopft. Wenn andererseits vier AAL2-Pakete zum Füllen einer ATM-Zelle verwendet werden, wird ein AAL2-Paket zerstückelt bzw. segmentiert und in eine nachfolgende ATM-Zelle gegeben. Folglich ist es die Aufgabe der Synchronisierungseinheit 32, das optimalste Füllen der ATM-Zellen durch Kombinieren der Synchronisation der Paketisiereinrichtungen 20 gemäß der Erfindung mit Zerstückeln und Stopfen, die beide in dem Fachgebiet wohlbekannt sind, zu erreichen. Was als das optimalste Füllen der ATM-Zellen zu betrachten ist, ist durch den Designer des Systems zu entscheiden und kann von der verfügbaren Bandbreite, der exakten Paketlänge, typischen Anzahl von Quellen usw. abhängen.

5 zeigt das Ergebnis einer Berechnung der Effizienz als eine Funktion der Anzahl von Quellen, wobei eine nichtsynchronisierte und eine synchronisierte Freigabe der Sprachcodierer durchgeführt sind. Es sind: die Sprachpaketlänge = 10 Oktetts, die Paketperiodizität 10 ms und die Nominalbandbreite pro Quelle = 8 kbit/s. Kurve a zeigt eine Nutzung ohne Synchronisation, Kurve b zeigt eine Nutzung mit synchronisierten AAL2-Paketen und Kurve c zeigt eine ideale Nutzung (8 kbit/s; 64 kbit/s). Kurve b sieht aufgrund dessen so aus, dass AAL2-Pakete in zwei ATM-Zellen zerstückelt werden, wenn eine ganze Zahl von AAL2-Paketen nicht vollständig in eine bestimmte ATM-Zelle passt. In diesem Beispiel wird die Charakteristik von CS-ACELP verwendet, wodurch ein Maximum von drei vollständigen AAL2-Paketen in die ATM-Zellennutzlast passt. Wenn vier AAL2-Pakete zum Füllen einer ATM-Zelle verwendet werden, wird ein AAL2-Paket zerstückelt und sein Rest in eine nachfolgende ATM-Zelle gegeben.

6 zeigt ein Blockdiagramm der Synchronisierungseinrichtung 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Demgemäß umfasst die Synchronisierungseinheit 32 einen Speicher 31, einen Prozessor 33 und eine Einrichtung 35 zum Transportieren einer Information zwischen dem Speicher 31 und Prozessor 33, zum Implementieren des in 7 unten gezeigten Synchronisationsalgorithmus. Die Paketisiereinrichtung umfasst einen Speicher 24, einen Prozessor 25 und eine Einrichtung 26 zum Transportieren einer Information zwischen dem Speicher 24 und Prozessor 25, zum Implementieren der Paketisierung von Daten. Ein Bus 34 transferiert Anforderungen zur Erlaubnis zum Paketisieren, Erlaubnisse und Rückgabeerlaubnisse zwischen den Prozessoren 26, 33 der Synchronisierungseinheit 32 bzw. einigen Paketisiereinrichtungen 20 über die Kommunikationseinrichtungen 23, 37.

Der Zweck des Anforderungssignals 40 ist es, der Synchronisierungseinheit 32 eine Initialisierung einer Paketisiereinrichtung 20 zu melden, die zum Übertragen von Sprachpaketen bereit ist. Eine Initialisierung findet statt, wenn eine Paketisiereinrichtung 20 ungefähr für einen aktiven Sprachkanal zur Verwendung gebracht wird, entweder beim Errichten eines Sprachkanals oder wenn ein Sprachkanal bereits errichtet ist, zum Beispiel beim Verwenden von Stillentechniken, aber bei dem Beginn eines Gesprächstrahls, d.h. nach einer Stillenperiode. Es wird außerdem der Synchronisierungseinheit 32 melden, wenn eine Paketisiereinrichtung 20 in den Leerlauf getreten ist, d.h. nicht in Verwendung für einen Sprachkanal oder bei dem Beginn einer Stillenperiode ist.

Der Paketsynchronisationsbus 34 wird zum Übertragen einer Paketsynchronisationsinformation von der Synchronisierungseinheit 32 an alle Paketisiereinrichtungen 20 verwendet. Die Paketsynchronisation besteht aus einer Information, bei welchem bestimmten Abtastwert ein Block initiiert werden soll, als Eingabe an einen Codierer 22 zusammengesetzt zu werden, oder wann ein als Ausgabe eines Codierers 22 kommender Bitblock initiiert werden soll, in einem Paketisierer 21 paketisiert zu werden. Die Paketsynchronisationsinformation braucht nur einmal an eine bestimmte Paketisiereinrichtung 20 während des aktiven Intervalls der Paketisiereinrichtung 20 übertragen zu werden, es sei denn, dass eine erneute Synchronisation benötigt wird, zum Beispiel nach einer Stillenperiode. Ein aktives Intervall ist das Intervall, während dessen die Paketisiereinrichtung 20 zum Paketisieren/Codieren eines aktiven Sprachkanals verwendet wird, zum Beispiel während eines Gesprächsstrahls, wenn Stillenentfernung eingesetzt wird, oder während der vollen Dauer der Verbindung.

Die Synchronisierungseinheit 32 bestimmt basierend auf der Kenntnis über aktive Paketisierer 21, wie die aktiven Paketisierer 21 synchronisiert werden. Sämtliche der Paketisierer 21, die synchronisiert werden, gehören zu derselben Synchronisationsgruppe. Die Anzahl der in eine Synchronisationsgruppe zu gebenden Paketisierer 21 wird durch die Anzahl der AAL2-Pakete 61 bestimmt, die in eine ATM-Zelle 4 passen. Das Stopfen soll minimiert oder gesamt durch vollständiges Füllen der ATM-Zelle mittels eines Zerstückelns entfernt werden. Der Umstand, dass sämtliche Paketisierer 21 gleichzeitig ihre Pakete freigeben, wird jedoch in einer Warteschlange von in die ATM-Verbindung zu übertragenden ATM-Zellen resultieren, was zu einer zusätzlichen Verzögerung aufgrund der begrenzten Rate der ATM-Verbindung und der Zellenwarteschlange führen wird. Die Paketisierer 21 sollen deshalb in Synchronisationsgruppen verteilt sein, die wiederum gleichmäßig zeitlich verteilt sind. Durch Synchronisieren der Sprachpakete von einigen Quellen 10 wird eine ATM-Zelle 4 jedoch immer praktisch sofort gefüllt sein, mit dem Effekt, dass der Timer_CU 51 nicht ablaufen wird. Diese Tatsache führt zu einer Reduzierung der durchschnittlichen Paketisierungsverzögerung.

Die Synchronisierungseinheit 32 unternimmt vorzugsweise die folgenden Handlungen:

  • 1. Bei einer Aktivierungsanforderung von einem Paketisierer 21/Codierer 22, wird er an eine zweckmäßige Synchronisationsgruppe zugeteilt. Das Grundprinzip ist es, die Anzahl der Synchronisationsgruppen durch Maximieren des Füllens der ATM-Zelle 4 niedrig zu halten.
  • 2. Synchronisationsgruppen werden mit einer gleichmäßigen zeitlichen Verteilung erschaffen, um ATM-Zellen-Bursts zu vermeiden.
  • 3. Optional soll es möglich sein, einen Paketisierer 21/Codierer 22 einer anderen Synchronisationsgruppe zuzuteilen, um die ATM-Zellenfüllung zu maximieren. Diese Situation ist möglich, wenn andere Paketisierer 21/Codierer 22 zum Beispiel aufgrund von Stillenperioden inaktiv werden. Ein Verlust von einem oder einigen Abtastwerten, aber nicht so viel wie ein Sprachpaket, wird jedoch als ein Ergebnis aufgrund des erneuten Synchronisationsprozesses möglich sein. Da die Anzahl der Quellen 10 gering ist, sollte die Rate, bei der eine erneute Synchronisation für einen bestimmten Paketisierer 21/Codierer 22 auftritt, jedoch extrem gering sein.

7 ist ein Flussdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Demgemäß wartet in Schritt 100 ein Paketisierer 21, bis er im Schritt 102 eine Dateneingabe x, y, z empfängt. Im Schritt 104 bestimmt der Paketisierer 21, ob Stille herrscht. Wenn die Antwort ja ist, bestimmt der Paketisierer 21 im Schritt 106, ob er eine Erlaubnis zum Produzieren erster Pakete hat. Wenn die Antwort nein ist, wartet der Paketisierer 21 im Schritt 108. Wenn die Antwort ja ist, überträgt der Paketisierer 21 im Schritt 110 die Anforderung zum Zurückgeben der Erlaubnis an die Synchronisierungseinheit 32. Im Schritt 112 empfängt die Synchronisierungseinheit 32 die Anforderung zum Zurückgeben der Erlaubnis zum Paketisieren und entfernt im Schritt 114 den Paketisierer 21 von der Synchronisationsgruppe und gibt die Synchronisationsgruppe, wenn sie leer ist, an die Synchronisierungseinheit 32 selbst zurück, zum Beispiel an eine Leerlaufliste nicht zugewiesener Synchronisationsgruppen. Im Schritt 116 bestätigt die Synchronisierungseinheit 32, dass die Erlaubnis zum Paketisieren an die Synchronisierungseinheit 32 zurückgegeben worden ist, und im Schritt 118 empfängt der Paketisierer 21 die zurückgegebene Erlaubnis und wartet im Schritt 120. Wenn der Paketisierer 21 im Schritt 104 bestimmt, dass keine Stille herrscht, bestimmt er im Schritt 122, ob er eine Erlaubnis zum Produzieren erster Pakete hat. Wenn die Antwort nein ist, fordert der Paketisierer 21 im Schritt 124 eine Erlaubnis zum Paketisieren 40 von der Synchronisierungseinheit 32 an. Im Schritt 126 empfängt die Synchronisierungseinheit 32 die Anforderung zur Erlaubnis 40 und bestimmt im Schritt 128, ob es einen Leerlaufschlitz in irgendeiner Synchronisationsgruppe gibt. Wenn die Antwort nein ist, bestimmt die Synchronisierungseinheit 32 im Schritt 130 einen Zeitschlitz für eine neue Synchronisationsgruppe und errichtet die Synchronisationsgruppe. Im Schritt 132 teilt die Synchronisierungseinheit 32 die Anforderung zur Erlaubnis der Synchronisationsgruppe zu. Wenn die Antwort im Schritt 128 ja ist, teilt sie die Anforderung zur Erlaubnis an die Synchronisationsgruppe 132 zu. Im Schritt 134 überträgt die Synchronisierungseinheit 32 die Erlaubnis zum Paketisieren an den Paketisierer 21 und im Schritt 136 empfängt der Paketisierer 21 die Erlaubnis. Im Schritt 138 gibt der Paketisierer 21 die eingegebenen Daten in einen Block, und wenn der Block voll ist, sendet er den Block als erstes Paket bei dem durch die Synchronisationsgruppe definierten zugeteilten Zeitschlitz. Wenn die Antwort im Schritt 122 ja ist, gibt der Paketisierer 21 die eingegebenen Daten direkt in einen Block, und wenn der Block voll ist, sendet er den Block als ein erstes Paket bei dem durch die Synchronisationsgruppe definierten zugeteilten Zeitschlitz, wie im Schritt 138. Im Schritt 140 wartet der Paketisierer 21.


Anspruch[de]
Verfahren zum Paketisieren wenigstens zweier Datenströme (x, y, z), mit den Schritten zum:

in einer jeweiligen Paketisiereinrichtung (20), Empfangen der jeweiligen Datenströme und Produzieren erster Pakete (3) aus den jeweiligen Datenströmen (x, y, z); und

Koordinieren des Paketisierens der Datenströme (x, y, z)

dadurch gekennzeichnet, dass der Koordinierungsschritt die Schritte umfasst zum:

in der jeweiligen Paketisiereinrichtung (40), Anfordern einer Erlaubnis zum Paketisieren (40) von einer Synchronisierungseinrichtung (30);

in der Synchronisierungseinrichtung (30), Empfangen der Erlaubnisanforderung (40) von der jeweiligen Paketisiereinrichtung (20) zum Paketisieren erster Pakete,

in der Synchronisierungseinrichtung (30), Übertragen einer Erlaubnis zum Paketisieren an die jeweilige Paketisiereinrichtung (20) auf eine Weise, so dass die Freigaben der ersten Pakete (3), die von den jeweiligen Datenströmen resultieren, synchronisiert werden, oder, wenn die wenigstens zwei Datenströme als wenigstens zwei Kanäle auf der selben Transportverbindung übertragen worden sind, der Koordinierungsschritt auf eine Weise durchgeführt wird, so dass die Freigaben der ersten Pakete (3), die von den jeweiligen Datenströmen resultieren, um ein Vielfaches der Dauer eines Zeitschlitzes auf der Verbindung getrennt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt zum Anfordern einer Erlaubnis beim Aufbauen eines Datenkanals oder bei Ankunft eines Datenstrahls durchgeführt wird. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner die Schritte umfassend zum:

in der Synchronisierungseinrichtung, Bilden von Synchronisierungsgruppen, wobei jede Synchronisierungsgruppe zwischen einer bis eine vorbestimmte Anzahl von Paketisiereinrichtungen umfasst, und die zu jeder Synchronisierungsgruppe gehörenden Paketisiereinrichtungen erste Pakete auf eine Weise freigeben, so dass die Freigaben der ersten Pakete, die von den jeweiligen Datenströmen resultieren, synchronisiert werden, oder, wenn die wenigstens zwei Datenströme als wenigstens zwei Kanäle auf der selben Transportverbindung übertragen worden sind, der Koordinierungsschritt auf eine Weise durchgeführt wird, so dass die Freigaben der ersten Pakete, die von den jeweiligen Datenströmen resultieren, um ein Vielfaches der Dauer eines Zeitschlitzes auf der Verbindung getrennt werden;

in der Synchronisierungseinrichtung, Bestimmen, beim Empfangen der Erlaubnisanforderung von der jeweiligen Paketisiereinrichtung, ob irgendeiner Synchronisierungsgruppe weniger als die vorbestimmte Anzahl von Paketisiereinrichtungen zugeteilt worden ist, und wenn dieses so ist, Zuteilen der jeweiligen Paketisiereinrichtung an solch eine Synchronisierungsgruppe, und wenn dieses nicht so ist, dann Bilden einer neuen Synchronisierungsgruppe.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner den Schritt umfassend zum Multiplexen der resultierenden ersten Pakete in jeweilige zweite Pakete auf einem paketorientierten Transportmedium. Verfahren gemäß Anspruch 4, wenn abhängig von Anspruch 4, den Schritt umfassend zum:

in der Synchronisierungseinrichtung, Auswählen der vorbestimmten Anzahl von Paketisiereinrichtungen, die zu jeder Synchronisierungsgruppe gehören, abhängig davon, wie viele erste Pakete in das zweite Paket passen.
Vorrichtung zum Paketisieren wenigstens zweier Datenströme (x, y, z), mit

wenigstens zwei Paketisiereinrichtungen (20), wobei jede Paketisiereinrichtung (20) erste Pakete (3) aus einem jeweiligen Datenstrom (x, y, z) produziert;

gekennzeichnet dadurch, dass sie ferner eine Synchronisierungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 40) umfasst zum Koordinieren der Paketisiereinrichtungen (20) auf eine Weise, so dass die ersten Pakete synchron produziert sind, oder, wenn die wenigstens zwei Datenströme als wenigstens zwei Kanäle auf der selben Transportverbindung übertragen worden sind, auf eine Weise, so dass die Freigaben der ersten Pakete, die von den jeweiligen Datenströmen resultieren, um ein Vielfaches der Dauer eines Zeitschlitzes auf der Verbindung getrennt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Synchronisierungseinrichtung (30) umfasst

eine Einrichtung (32, 34) zum Empfangen von Erlaubnisanforderungen zum Paketisieren (40) von der jeweiligen Paketisiereinrichtung (20);

eine Einrichtung (32, 34) zum Übertragen einer Erlaubnis zum Paketisieren (36) an die jeweilige Paketisiereinrichtung; und

eine Synchronisierungseinrichtung (32) zum Übertragen der Erlaubnis zum Paketisieren an die jeweilige Paketisiereinrichtung.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Synchronisierungseinheit (32) eine Einrichtung zum Bilden von Synchronisierungsgruppen (2) umfasst, wobei jede Synchronisierungsgruppe (2) zwischen einer und einer vorbestimmten Anzahl von Paketisiereinrichtungen (20) umfasst. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Paketisiereinrichtung (20) einen Paketisierer (21) zum Paketisieren des jeweiligen Datenstroms in erste Pakete (3) umfasst. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Paketisiereinrichtung (20) eine Codiereinrichtung (22) umfasst zum Codieren, gemäß einem vorbestimmten Codierformat, des jeweiligen Datenstroms (x, y, z) in Datenblöcke, und einen Paketisierer (21) zum Produzieren erster Pakete (3) aus den Datenblöcken. Vorrrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das vorbestimmte Codierformat Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) oder Pulse Code Modulation (PCM) mit Stillenentfernung ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Paketisierer (21) das Paketisierungsprotokoll ITU-T G.764 oder irgendein Derivat davon ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Paketisiereinrichtung (20) einen Paketisierer (21) umfasst zum Produzieren von Datenblöcken aus dem jeweiligen Datenstrom, und eine Codiereinrichtung (22) zum Codieren, gemäß einem vorbestimmten Codierformat, der Datenblöcke in erste Pakete (3). Vorrrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das vorbestimmte Codierformat Global System for Mobile communication (GSM), Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) oder Coding of Speech at 8 kbit/s Using Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction (CS-ACELP) ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Paketisierer (21) eine Einrichtung (23) zum Anfordern einer Erlaubnis zum Paketisieren und eine Einrichtung (24) zum Empfangen der Erlaubnis zum Paketisieren umfasst. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Paketisiereinrichtung (20) eine Einrichtung zur Stillenentfernung umfasst. System zum Paketisieren wenigstens zweier Datenströme, mit

wenigstens zwei Quellen (10), die die jeweiligen Datenströme produzieren;

einer Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 16, die erste Pakete (3) aus dem jeweiligen Datenstrom produziert;

einem paketorientiertes Transportmedium (60); und

einer Multiplexeinrichtung (4, 5, 50, 51, 61) zum Multiplexen der ersten Pakete (3) in jeweilige zweite Pakete (4) auf das paketorientierte Transportmedium (60).
System gemäß Anspruch 17, wobei die Datenströme digitalisierte Audio- und/oder Videoinformation umfassen. System gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Datenströme Sprachdaten mit 8-Bit-PCM-Abtastwerten bei einer 8-kHz-Abtastrate umfassen. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, wobei

das paketorientierte Transportmedium (60) ein Transportmedium gemäß dem Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist;

die zweiten Pakete (4) ATM-Zellen sind; und

die Multiplexeinrichtung (50) ein AAL2-Multiplexer (50) zum Produzieren von AAL2-Paketen (61) aus jeweiligen ersten Paketen (3) und Multiplexen der AAL2-Pakete in die zweiten Pakete ist.
System gemäß Anspruch 20, wobei die vorbestimmte Anzahl von Paketisiereinrichtungen (20), die zu einer Synchronisierungsgruppe (2) gehören, durch die Anzahl von ganzen AAL2-Paketen (61) bestimmt ist, die in die jeweiligen ATM-Zellen passen. System gemäß Anspruch 20, wobei die vorbestimmte Anzahl von Paketisiereinrichtungen (20), die zu einer Synchronisierungsgruppe (2) gehören, durch die Anzahl von AAL2-Paketen (61) bestimmt ist, die optimal in die jeweiligen ATM-Zellen passen, wenn die AAL2-Pakete segmentiert sind und die ATM-Zellen gestopft sind. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das paketorientierte Transportmedium (60) ein Transportmedium gemäß Frame Relay oder IP ist. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das System weniger als 50 Quellen umfasst.






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