专利名称：通信系统和终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及如在权利要求1的前序定义的通信系统。这种通信系统可以是一个蜂窝或无绳电话系统，诸如公共交换电信网(PSTN)或因特网的一个有线系统，一个混合的有线/无线系统，或具有话音编码和解码装置的终端的任意其它适当的系统。
本发明还涉及在这种通信系统中使用的终端。
从A.Lovrich等人的IEEE消费者电子事务处理，第35卷第4号，1989年11月第716-722页“多速率传输编码器”中知道上面类型的通信系统。在这篇文章中，描述一个多速率语音传输编码器用于64K比特/秒PCM(脉码调制)数据的编码或将编码的话音解码为64K比特/秒PCM数据。该描述的多速率传输编码器是编程为支持三种编码速率，64K比特/秒PCM，32K比特/秒ADPCM(自适应差分脉码调制)和16K比特/秒SBC(子带编码)的一个DSP(数字信号处理器)。在第721页，描述了这种传输编码器的各种通信应用，诸如移动无线电电话和语音信箱系统，其中接收者可以是LAN(局域网)上的另一个PC(个人计算机)。对于移动无线电，所述文章建议使用16K比特/秒速率的传输编码器，而对于语音信箱，该文章建议使用32K比特/ADPCM或16K比特/秒SBC传输编码器。在例如移动无线电系统的通信系统中，通常的业务是实时双向通信话音连接，也叫作全双工话音通信链路。对于这种话音通信链路，典型的话音传输问题涉及由若干网路单元引起的回波，但是主要问题是该通信链路的另一端的终端，所谓的B端终端。所述的B端是经两种机制，即故意电实现耦合和经从其耳机到发送机的送话器的声音连接反回到达其接收机的话音信号。接着这种话音耦合在所谓的A端终端的情况下变成传送回话音的原始点。这种称作环回的耦合是要给具有“活动话音连接”的A端用户以B端用户的印象。而且，如果其它端的用户是静止的，则还有在A端和B端的本地声音环回，给A端和B端用户“活动连接”的印象。
在类似GSM(全球移动通信系统)的数字移动无线电系统中，当B端静止时采用DTX(不连续的传输)。在实际断开B端传输连接以前，首先估计的B端背景噪声传送到A端。接着，在A端产生所谓的舒适噪声(comfortnoise)以便给A端用户一个仍然“活动链路”的印像。由于上述的声耦合路径，在例如具有由编码和解码延迟以及传输延迟引起的在A端和B端终端之间相当长的往返路程信号延迟的GSM的数字移动无线电中，在没有回波消除情况下，A端用户的话音信号将在A端终端的耳机中强烈地重复，在GSM系统中，往返路程信号延迟一般是200毫秒。在没有回波消除的情况下，这种自己话音的延迟回声将体现为特别地吵闹。基于这个原因，在这种系统中采用回波消除器。如果往返路程信号延迟将变得非常大，那么设计在给定规格的界限内的回波消除器实际上是不可能的。特别是，过长的编码和解码延迟将是成问题的。目前，特别移动无线电系统提供仍然大量增长的包括语音信箱的业务。这种业务是单向语音或话音业务。
而且，上述的GSM系统具有以灵活方式开发无线电资源的能力，特别是当使用慢跳频模式时。其中一个用户的数据短脉冲串作为在随机频率序列上扩展的一个短脉冲串序列发送。如果一个或者甚至若干个这些随机频率将被其它用户同时使用作为干扰，在不管最小化这种干扰的系统过程的情况下，信道编码能够恢复受干扰的突发数据。相应地，甚至在任意无线电传输方向上的短的瞬间停止，从全帧到发送较短的半帧的转换，或整个传输方向的断路，特别是在高负载条件下，将会减少用户间的无线电干扰并且相应增加在无线电环境下系统可以支持的通信数量和/或质量。
本发明的一个目的是提供上面类型的一个通信系统，特别是提供各种类型的话音业务的一个移动无线电系统，其中最佳使用是由系统资源构成的。
为此，根据本发明的通信系统特征在于至少一个终端包括用于从声音话音路径转换到至少一个非声音路径的转换装置，该系统被设计为是否确定一个终端到另一个终端的连接为一个单向话音通信链路，并且用于使该转换装置转换到至少一个非声音路径和多速率话音编码和解码装置以便如果确定了连接是单向话音通信链路，那么采用比双向话音通信链路使用的话音编码速率低的话音编码速率。
本发明是基于如果B端终端是非声音耦合的设备则没有声音或电子噪声或话音环回，并且因此既不需要对于话音信号的环回，也不需要任何回波消除。它是在可以接受较长的单向信号延迟的这样一种情况下实现的。它还实现了修改语音编解码器的编码和解码延迟有助于单向信号延迟的可能，而且编码和解码延迟涉及语音编解码器的比特率。一般地，对于一般的会话话音信号和特殊的编解码器类型，较长的编码和解码延迟能够编码为较低的比特率编码或从较低的比特率编码。
因此本发明的优点是对于无线电资源和立即无线电传输的较少需求，导致更好和更有效地利用例如无线电传输能力的无线电资源的可用系统资源。相应地并且再此，更多的话音链路可以容纳在给定的频段中，导致对于系统操作员和/或用户的操作成本的减少。配备例如GSM的现代通信系统，甚至使用在一个方向上按另外方式保持未用或在一个方向上瞬间保持未用的那些无线电资源。对于较便宜的资源，操作者可以向用户收取较低的费用。除根据本发明的语音信箱以外，例如话音消息，和基于话音识别业务的其它业务，也可以从这个发明获益。
在从属权利要求中声明了实施例。如果该系统知道通信链路是单向通信链路的先验，那么可以通过信令控制编码速率之间的转换和侧音的调整。由此，得到一个非常强有力的系统。可以编程一个终端通知该系统它需要一个单向话音通信，并且该系统可以相应地匹配它的资源。该系统还可以动态检测该通信链路是否是单向话音通信链路。这样一个实施例除了涉及话音延迟和侧音设置的特征以外类似一个双向通信。首先在打开其它的通信方向以前，已经以一种可靠的方式检测到话音活动，并且接着，具有低延迟的编码的选择已经与用于设置反回到双向通信值的侧音的信令一起发生。因此，在打开其它方向的声音路径以前需要一些端到端信令。相应地，打开第二话音链路方向的延迟将比检测到话音活动和对于没有活动期间的传输仅是不连续的已知方法长。采用一种非对称编码/解码修改是根据本发明的系统的一个实施例，特别是采用分段解码。由此，得到一个非常灵活的系统，它最佳工作在所有话音通信环境中。非对称编码/解码本身是公知的。
现在参照附图，通过示例描述本发明，其中
图1示例性地表示根据本发明的通信系统，图2表示根据本发明的终端的方框图，
图3示例性地表示根据本发明的网络，图4表示话音编码和传输的时序关系和回声以及话音响应时间，和图5示例性地表示当以交互通信使用单向话音传输时的控制流程。
所有图中相同的特征使用相同的标号。
图1示例性地表示根据本发明的通信系统1。系统1包括一个网络2，它可以是例如一个GSM网络的蜂窝电话网，它是一个FD/TDMA(频分/时分多址)网络，例如IS-95A网的一个CDMA(码分多址)网，IS-95A是US TIA蜂窝无线电标准，或具有数字话音编解码器的任意其他适当的网络。在系统1中，话音编解码器是多速率的编解码器。网络2耦合到一个公共交换电信网3，至少一个有线终端4耦合到公共交换电信网3。公共交换网3可以耦合到因特网(未示出)以便因特网设施和电子邮件是可用的。还示出一个个人计算机5，具有一个调制解调器并被编程为操作语音信箱程序，话音识别程序等。这种个人计算机本身是公知的，该系统还包括一个移动无线电终端6和一个移动无线电终端7，移动无线电终端7耦合到一个膝上式计算机8。该膝上式计算机8包括一个海量存储器或硬盘(未示出)用于存储数据和信号和可以由计算机8执行的通信程序。这种膝上式计算机本身是公知的。可以是一个GSM网络的蜂窝网2，仅仅示例性地表示。GSM网络是公知的并且由所谓的移动交换中心、基站控制器和基站收发信机站(未详细示出)组成。在后面中，仅描述与本发明有关的网络部分。在一个特定的网络中，描述的功能性可以在GSM系统的各种硬件部件上分配。传输编码器可以是MSC的部分或者可以根据特定的实现更多地实现在基站收发信机站的方向。在网络2中，示出一个收发信机，包括位于交换网3侧端的一个话音编码器9和一个话音解码器10，它们都耦合到PCM编码器/解码器11。PCM编码器/解码器11将模拟话音编码为由话音编码器9进一步处理的64K比特/秒话音采样，或解码为由话音解码器10产生的64K比特/秒话音采样。一种典型的多速率话音编解码器是例如1995年5月的US TIA IS-96-A标准，第2-1，2-2，2-7页描述的可变数据速率的双向话音编解码器。另一种多速率话音编解码器可以是目前用于GSM和PCS-1990的在ETSI(欧洲电信标准协会)的标准下的所谓的AMR(自适应多速率)编码器。在GSM中，尤其，话音编解码器支持DTX(不连续的传输)。在那种情况下，如果VAD(声音活动检测)功能块13检测到语音停止，则舒适噪声功能块12产生舒适噪声。在语音解码器10的侧端，示出一个推断功能块14。在无线电接口侧端，语音编码器9和解码器10经天线共用器16耦合到天线15。如所描述的，传输编码器的物理位置可以位于移动交换中心中，然而天线15和天线共用器16都包括在一个基站收发信机站中。这种结构本身是公知的并且在这里没有详细示出。在网络2的侧端，示出一个另外的天线17，它属于同一个或另一个基站收发信机站。经天线15网络2与终端6通信，并且经天线17，网络2与终端7通信。由于在GSM网络中公知，用户负荷通过业务信道传送，然而信令通过控制信道发送。这种信令包括呼叫建立和监视，系统资源的控制，和任意其他的控制任务。
图2表示彼此间通过无线电或蜂窝网2通信的根据本发明的终端6和终端7的方框图。终端6，是一个移动无线电终端，包括在输入端被耦合到送话器21，而在输出端耦合到一个语音编码器22的一个模数变换器20，在输入端被耦合到语音解码器24，而在输出端耦合到一个耳机或扬声器25的一个数模变换器23，和诸如调制器/解调器，混频器，频率合成器的另外公知的无线电电路，以及耦合到天线共用器27的天线26。如在网络2中，终端2包括一个舒适噪声功能块28和一个话音活动功能块29。终端7，也是一个移动无线电终端，包括经天线共用器31耦合到天线30的相同的无线电电路。终端7还包括一个语音编码器/A/D变换器32和一个语音解码器/D/A变换器33。根据本发明，终端7包括转换装置，这里转换开关34和35，用于在没有声音反馈的情况下从双向话音通信链路转换到单向话音通信链路，和转换控制装置35A。在单向话音模式下，转换语音路径36转换成信宿(sink)，和/或转换语音路径37转换成信源。除送话器以外，信源例如可以是一个膝上式计算机设备8，并且信宿例如可以是从PC5或从耦合到一个非声音设备的另一个移动无线电终端，或从网络中的一个业务提供器接收语音信箱消息的膝上式计算机8。当在单向话音模式下，多速率编码和解码装置设置在比全双工或半双工话音通信链路使用的比特率低的低速率模式下。如所述的，这通常对应从终端6到终端7的较长的信号延迟，反之亦然。控制语音编码和解码装置采用低比特率的控制命令可以通过与如所描述的业务信道有关的信令子信道或无线电控制信道传送。例如，如果终端7的用户激活语音信箱软件，则这种情况可能出现。当激活语音信箱时，终端7可以发送消息到网络2，指示网络2设置其相应的编码和解码装置到较低的比特率。终端7本身可以立即设置其编码和解码装置到较低的比特率，或可以等待来自网络2的确认。等待确认具有优点即保证在实际传输开始之前在编解码器的两侧已经采用相同的速率。一种动态但是不安全，但是仍然可能的方式是在终端6和7和/或网络2中检测通信是否是单向话音通信，和很可能是语音信箱等。这种方法对于一种类型的业务例如基于话音识别的业务是适当的，因为，该业务也已经确定了识别的话音消息的终点。这样在通信部分中必要的另外特征是使语音编解码器确定发送的和后来由提供该业务的系统识别的话音的终点的信令。终端另外包括一个送话器38和一个耳机或扬声器39。
图3示例性表示根据本发明的网络2。示出包括耦合到终端7中的信号路径37的信号路径40，和耦合到终端7中的信号路径36的信号路径41的网络装置。网络2包括由一个自适应滤波器43和一个减法器44组成的一个第一回波消除器42，和由一个自适应滤波器46和一个减法器47组成的一个第二回波消除器45。而且，在信号路径40中，网络2包括产生适合于回波消除的64K比特/秒数据的一个语音解码器48，和用于产生回波消除之后的语音编码数据的一个语音编码器49。同样地，在信号路径41中，该网络包括一个语音解码器50，和一个语音编码器51。在单向语音活动被检测而不是被先验地知道的实施例中，网络2可以包括一个语音活动检测器52，它可以如虚线所示地耦合在网络的各种信号路径的输入端。通常，网络的这个部分属于终接话音连接的设备，并且例如可以是语音信箱服务器。在其输出端，检测器52耦合到提供经控制信道传送到该终端的命令的微控制器53。如果系统已经被设置在单向话音模式，那么回波消除器42和45可以被旁路。在一个GSM系统中，通常编解码器48，49，50和51不能被旁路。这是因为，另外对于移动终端到移动终端通信，网络2内的信号传输也是经64K比特/秒陆地线路实现的。为简单起见，在图3中，网络2中未示出PCM编码器解码器。否则，对于单向话音通信，编解码器48，49，50和51也可以被旁路。
当单向话音连接被启动后，或利用例如作为控制设备和话音源的的终端A(图2中的6)检测，对于单向话音特征的这样的一个请求被发送到终接设备B(图2中的7)。相应地，终端B调节其输入话音的环回到零并断开它的声音路径。如果终端6和7(图2)通过无线电链路连接到网络2，则在从终端6的上行链路方向和到终端7的下行链路方向执行单向话音。从终端7到网络2的上行链路方向和从网络2到终端6的下行链路方向的通信被限制为通信链路的保持。以这样一种方式控制终端6和7，使得甚至从耳机到送话器耦合的高声音将不启动任何来自它们的上行链路传输。因此可以假设回波不会由该话音连接的任何终接设备产生，并且相应地，网络传输部分(例如国际线路)的现有回波消除器能够对付实际使用的无线电传输部分的大的延迟，例如在GSM网络中通过无线电信道的单向延迟大约是100毫秒和往返行程延迟时间最高到200毫秒。在单向通信中，对于从终端6起始的话音，最远的环回点，是到网络2的无线电基站的网络连接。终端6或系统的任意其他部分将不经历由到终端7或从终端7，或终端7本身的无线电传输中产生的任何回声。这样从网络到终端7的延迟部分可以用作允许较长的语音编码延迟的在语音传输和在别处处理中的额外延迟。这相应地扩展了语音编码延迟，由此可以用于实现在给定质量下的较低比特率编码，或利用保持与具有较短延迟的会话话音编码基本相同的比特率的较高话音质量。这种长编码延迟，单向编解码器可以是双向，短延迟话音编解码器，或在这两种编解码器之间具有非常少的共同性的单独编解码器的参数变化。当将话音转换到另一个方向上时，从控制设备起始的语音帧将包括转换传输方向的信令，以便打开相关的话音路径等。因为传输延迟和不确定性将与这个转换有关，使用另一种延迟转换的机制。其中，语音信令包括告诉其他终端在消息接收后的一个确定时间间隔后转换的带内信令。这种消息可以作为信令以这种方式与例如话音控制业务的话音提示有关以便话音方向在例如机器已经向用户给出问题或指令以后立即转换。这要求用于转换的命令在话音提示结束之前已经适当地发送。根据正在考虑的业务，则话音活动的持续期间话音传输方向和参数的控制是临时传送到终端B，或在终端A(图2的6)内保持。例如在投下语音信箱的情况下，没有必要从语音信箱盒传送该控制，因为主叫方仅投下一个消息和接着终止了该呼叫。在交互式话音业务的情况下，终端之间控制转换比较频繁。在将它转换为双向改变话音方向之后，如果业务需要，话音活动的检测可以驻留在控制设备或在开始话音的设备上，这些不需要相同的设备。对于这种情况，如果使用不连续的传输，话音活动检测众所周知的瞬间活动或无声中止，但是另外地，它检测话音消息的结束。因此，这里叫做话音消息检测，并且可以在检测话音消息的开始和结束之外，由识别的开始和/或停止的话音命令启动。例如，词“开始”和“结束”可以由系统或用户使用开始或停止一个传输的话音消息来训练。
根据本发明的一个可能的控制和信令流表示在图4中。终端A在时间t0开始会话，保持控制但是呼叫例如一个语音信箱中心。在时间t1建立连接和一个消息提示话音由B终端传送。实际的话音消息持续到时间t22但是在B于时间t21发送一个控制消息到A端之前，在那个消息(实线荐头41)指定的时间之后接手控制。在t3之前，B的话音消息持续到时间t22，并且它的传输到时间t23。从时间t3向前，A可以发送一个单向话音，并且在信道的话音传输在时间t31开始。在时间t32，在A检测到话音消息的结束，并且相应地，一个消息被发送到(箭头42)B端以便接手控制。从A到B的传输持续到t33，并且话音的控制在时间t4由B重新假定。在以一个方向话音传输期间，可能有在相反方向上的信令，它可以具有短的不连续的话音脉冲串或短消息业务的格式，但是不会发生双向话音通信。
关于回声控制的情况示例性地表示在图5中，图5表示从终端A(51)经网络接口(52)或B终端53的回声回到它的耳机的话音传输延迟。时间在垂直轴上跑动。时间t0的话音在t1编码，并且通过第一无线电接口在t2传输，此处第一回声(回声1)可以返回终端A，在时间e1到达。因此终端中的回波消除应该如箭头55(图5)所示的工作直到延迟Techo1。
如果话音另外变成从网络向另一个移动终端传输，那么从在终端B53的(电或声)耦合产生下一个实际上的回波。这个回波变成传送回终端A，在时间e2到达并且在双向话音连接的情况下确定回声的最大延迟作为Tmax，1。
但是，这个回波在网络接口对于B终端已经是显然的并且变成在这个接口点被消除，如由箭头54表示的。因此在时间e2到达A终端的端到端的回声在回波消除点56变得强烈地衰减。
从接口(例如MSC-PSTN接口)看，回波消除的最大延迟被确定为箭头54，它是在所述回波消除点信号和其回声之间的最大时间差。
在单向话音通信的情况下，没有回声到达网络接口点，并且所有网络可以处理具有出现在编码/传输部分的任意延迟的单向话音。因为该终端既没有接收信号到其传输路径的任意耦合，也没有相反方向的耦合，在该终端的回波相消对传输无关系。这样的耦合将只局部地用于该终端以便给出被连接的感觉。
使用较长的编码延迟的单向话音的传输表示在图5的划点线中。从t0开始的话音变成编码的和传输的，在点581到达网络接口。这个点可以位于PSTN/ISDN/PLMN的任意地方并且正常连接到具有包括一些回声的双向话音链路的无线电传输中。例如，在语音信箱服务器的情况下，该服务器可以位于距离移动/PSTN网络接口数百米。
但是，由于无线电传输中的单向话音传输，产生回声的这种网络在点582终止并且不到达终端A。在端到端类型的单向话音传输的情况下，所有的回声都被终端和移动接入网中的反向路径的缺少而阻止。这样，单向的话音传输使在移动网中能够使用长的编码延迟，而没有与在网络的任意部分中的回波控制有关的问题。
图5还表示恢复移动到网络连接的话音方向的定时，导致在时间59离开服务器的业务响应并且在时间r1到达A终端。在移动到移动单向话音链路的情况下，话音方向的转换相应地花费较长的时间(线591)，导致话音响应从时间r2向前到达A终端。与在双向话音通信模式中的往返路程延迟相比，由于单向的另外传输延迟是Tex＝4Txc+Ts此处Txc是编码的额外延迟和Ts是反向传输延迟必需的时间。另外，消息处理的延迟将由用户经历，但是这不涉及这里描述的系统。
本发明给本领域技术人员根据单向传输确定和建立大量的话音业务的工具。
鉴于前面描述的，对于本领域技术人员而言在由下面的所附的权利要求书所确定的本发明的精神和范围内可以作出种种变化并且因此本发明不限于提供的示例是显而易见的。
权利要求
1.一个通信系统，包括一个网络和多个终端，该网络和该终端包括多速率语音编码和解码装置，其特征在于至少一个终端包括用于从声音话音路径转换到非声音路径的转换装置，该系统被设计为用于确定一个终端到另一个终端的连接是否是单向话音通信链路，并且如果确定连接是单向话音通信链路，用于使该转换装置转换到至少一个非声音路径和使多速率语音编码和解码装置采用比双向全双工话音通信链路低的编码速率。
2.如权利要求1所述的通信系统，其中该系统建立推理该连接是否是单向话音通信链路。
3.如权利要求所述的通信系统，其中该系统包括检测装置，用于检测该连接是否是单向通信链路。
4.如权利要求1所述的通信系统，其中该系统包括检测装置，用于检测单向话音通信的方向和检测在所述方向上传输的话音消息的结束。
5.如权利要求3或4所述的通信系统，其中该检测装置被结合到一个终端中并且该交换装置被结合到另一个终端中，这个终端和其它终端被设计为彼此通信。
6.如权利要求3所述的通信系统，其中该检测装置被结合到网络中。
7.如权利要求1-6所述的通信系统，其中该系统具有转换单向通信方向的装置。
8.如权利要求7所述的通信系统，其中该系统具有转换单向通信方向的装置，使得在初始终端，检测到被传输的的话音消息的结束并且随后，执行信令回到话音通信的方向。
9.如前面权利要求7所述的通信系统，其中该系统具有转换单向通信方向的装置，使得知道其话音通信的持续时间和结束时间的控制设备，提前发送这些信息到其他终端，其他终端依次可以在有关它正在接收的话音通信的结束的所需时间点开始它自己的单向话音传输。
10.如前面权利要求9所述的通信系统，其中控制单向通信的信令装置在业务信道按话音方向执行，而专用消息按相反方向执行。
11.如前面权利要求6到10所述的通信系统，其中控制单向通信的信令装置按不连续语音传输(DTX)格式突发传送。
12.如权利要求1所述的通信系统，更改之处在于采用非对称话音编码和解码，特别是分段解码。
13.一种用于通信系统的终端，该通信系统包括一个网络和多个终端，该网络和该终端包括多速率编码和解码装置，其特征在于该终端包括用于从声音话音路径转换到至少一个非声音路径的转换装置，该系统被设计为用于确定一个终端到另一个终端的连接是否是单向话音通信链路，并且如果确定连接是单向话音通信链路，用于使该转换装置转换到至少一个非声音路径和使该多速率编码和解码装置采用比双向全双工话音通信链路低的编码速率。
全文摘要
知道例如蜂窝移动无线电系统的一种通信系统,该系统包括一个蜂窝网和多个终端。该系统可以具有多速率编解码器。目前,处理诸如全双工或半双工语音通信的基本业务之外,这种系统提供诸如语音信箱,话音信息等业务。为了更有效地利用系统资源,特别是用于单向话音通信的无线电资源,建议设置该多速率编解码器比双向话音通信低的比特率。确定通信是否是单向话音通信可以先验地或动态地实现。用处在于如下观点,即对于单向通信可以采用较长的端到端的延迟,因为在那种情况下没有采用回波消除。为了完全的灵活性,可以采用非对称编码和解码。
文档编号H04M3/00GK1243620SQ98801674
公开日2000年2月2日 申请日期1998年8月12日 优先权日1997年9月10日
发明者J·拉佩利 申请人:皇家菲利浦电子有限公司