专利名称：通信系统中诸换码器之间返回到级联工作方式的方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种被安排去实施换码工作的通信系统，特别地，但不是唯一地，适用于在一个蜂窝通信网络中被安排去提供非级联语音编码工作方式的方法以及相关的信令方案。
一般来说，在电话系统中，为了保证有意义的和可分辨的通信，语音质量应当保持在一个适应的水平之上。的确，在移动通信网络中，例如在全球移动通信系统(GSM)中，改进语音质量以满足用户们向该系统提出的要求(特别是关系到移动单元与移动单元之间的呼叫)并支持与改进这些系统的市场渗透力，正在成为日益重要的事情。
在移动通信系统中，当前出现了一种双编码处理过程。具体地说，一个移动单元将首先对语音进行编码，以便，例如，通过一条射频链路传输到基站。随后，该固定的基础设施将对该信号进行进一步的编码并传输到该系统，以保证有效的和稳健的通过空中接口(典型地通往另一个移动单元)的通信。
例如，就GSM来说，一个移动单元按照16千位/秒的速率对一般语音通话进行编码，其中包括13千位/秒的采样和编码语音信息以及3千位/秒的辅助信息，例如奇偶校验位、纠正错位(诸如此类)以及同步信息；它们被装进一个称为换码器速率适配单元(TRAU)的帧里面。这个16千位/秒的语音信息经过多路复用，进入一个含有另外3路语音呼叫的时隙，以便在一条陆地通信线上产生一个64千位/秒的信道，并且这个信道通过一个基站控制器(BSC)(在一个下行链路中)与至少一个固定的基站收发子系统(BTS)进行通信。以后将懂得，基站收发子系统服务于一个单元，后者典型地被划分为不同的诸区域，每个区域由单独的收发两用机进行管理，而一个基站控制器则服务于一群单元。一个换码器(它对基站收发子系统接收到的编码方案提供码位置换)对该信道进行多路分解，然后将每一路语音通信编码为64千位/秒的脉冲编码调制(PCM)格式，以便透明地和顺序地径由一个第一移动交换中心(MSC)、一个第二移动交换中心传输到一个第二换码器进行PCM解码，然后按路由向前传输到一个基站控制器、基站收发子系统并且最终地可能到达另一个用户单元。
特别注意到该GSM系统(它被单独地用于说明目的)的编码工作，一个信息的TRAU帧具有20毫秒(ms)的持续时间，而语音则以每秒8000个样本的速率进行采样。因此，每20毫秒的语音区段含有160个八位样本。随后，通过换码器操作，将这160个样本各编码为一个八位的PCM字，以提供每帧1280位的PCM信息(等效于64千位/秒)。下面将懂得，该八位的PCM帧的结构是用以表示一种信号电平的，在编码信息的重构中，跟相继的每一位的相对重要性相比，最低有效位(LSB)具有相对地较小的重要性。名符其实地，最高有效位(MSB)在编码信息的重构中具有最大的影响，因为它的位值跟最低有效位的位值相比，具有更大的重要性。
已经确认，通过使用一种避免在诸换码器之间进行PCM编码的所谓“非级联”或“语音编码器傍路”的操作，能够显著地改进全部移动到移动呼叫的呼叫语音质量。在这一方面，已经提出了介于诸移动交换中心之间的信令方案，但是这些方案都遇到了明显的信令延时问题，并且不能确定诸呼叫何时经过外部语音压缩风络被发送(因此在本例中是失败的)。一种变通的机理涉及在带内利用该64千位/秒PCM电路的诸最低位来发送编码的语音信息并且不需要附加的信令或控制符号交换，但这种机理在系统控制和信令方面尚未被有效地优化。另一种被推荐的机理涉及一种带内信令方案的使用，但这只能在呼叫建立的时候使用，并且不能处理在附加服务或越区切换时可能引起的呼叫路由所带来的通信中的变化。
诸如在专利WO 96/23297中所描述的机理也能引起非级联工作方式，在该专利中，在例如一个64千位/秒的语音电路中被选定的一帧的诸最低位，在带内发送一个预定的数据样板。若该通信路径的一个第二换码器检测到这个嵌入的数据信道，则引起非级联(换码器傍路)工作方式，并且按16千位/秒编码的换码器速率适配单元(TRAU)各帧(在GSM的特例中)直接利用该64千位/秒电路的两位进行传输。可以理解，这样的带内(嵌入的数据信道)编码对正常的语音呼叫来说，显然是不可检测的。该数据样板的目的是去确认在编码过程中所使用的换码器(例如一个专门厂家生产的机器具有一种特定的PCM帧格式)的类型、格式以及兼容性。因此，该预定的数据样板按照换码器的类型进行指定，并因此保留在该换码器中以便用于编码与识别目的。特别是，如果有可能去识别该正在编码的换码器，那么，就有可能通过改变该正在编码的换码器的工作方式，或者最好是通过完全消除对换码器进行编码与解码的需求而达到语音编码器傍路(即非级联方式工作)的目的。要完全消除对换码器进行编码与解码的需求，应满足的条件是该互连的诸换码器在结构上相同并且它们因此能够仅在语音编码层面上支持直接的数据传送。
图1是一份含有用于实施非级联的语音编码工作的诸换码器的现有技术通信系统10的方框图。该通信系统10以简化的形式表现出来并用以说明在该通信系统内部诸用户单元之间的呼叫路由机制。诸用户单元可以是诸移动单元，可以是诸固定位置的终端，它们可以设置于由一个公共基站收发子系统提供服务的复盖区域或者不同的诸单元里面。一个第一用户单元12通过一条通信链路，例如一条射频信道或者一条光纤链路，将数据16(通过上行链路)传送到一个第一基站收发子系统14。该第一基站收发子系统14被连接到一个第一基站控制器18，该第一基站控制器18被连接到一个第一换码器(XCDR1)20。于是数据16从第一用户单元12顺序地传送到该第一换码器20。该第一换码器20通过一个通信信道资源24以及一个控制信道资源26，连接到该第一移动交换中心22。该控制信道资源是双方向的并且主要地被安排在该第一换码器20以及该第一移动交换中心22之间传送用于系统管理的控制信息。一个定位于远处的第二移动交换中心28经由一个通信信道资源30以及一个控制信道资源32，连接到该第一移动交换中心22，而一个第二换码器(XCDR2)34则经由一个通信信道资源36以及一个控制信道资源38，连接到该第二移动交换中心28。在一个下行链路中，该第二换码器34被连接到一个第二基站控制器40，后者又被连接到一个第二基站收发子系统42。最后，该第二基站收发子系统BTS被安排通过适当的通信介质46将该原始数据16中继到一个第二用户单元44。
为了简短起见，仅用有限数量的基础设施和用户设备对该通信设备10进行图解说明和叙述，然而，人们将懂得，该系统将能容纳，例如，许多用户单元和许多换码器。
在图1的系统中，在如下所述的基础上可以引起非级联工作方式。正如在英国专利申请UK9616734.1中所叙述的那样，换码器XCDR1接收一段编码的语音信号(例如，在GSM中使用的16千位/秒的多路合成语音信号)。然后确定是否有可能进入非级联工作方式。若没有可能，该编码的语音信号通过一种PCM过程(或诸如此类)进行再一次的编码。用PCM进行双编码之后，换码器XCDR1在所选定一帧的所有PCM字中，侵占其最低位，并且用表示该换码器XCDR1类型的一种数据样板取代这些最低位(因此修改了该样本的信息内容)。在本例中，在插入该数据样板之后，该PCM编码信息被中继(或发送)62到XCDR2。随后，该第二换码器对接收到的PCM编码信号进行解码。若该XCDR1(嵌入的)数据样板存在(确认发送方的换码器类型兼容于或互补于接收该PCM信号的该换码器类型)，则建立一种语音编码器旁路的工作方式，其后所接收的信息被预期为编码的语音信息，并因此采取直接通过该换码器的路由而不需要PCM解码。典型地，换码器XCDR2通过该信令信道(即通过一个控制信道资源)向发出该呼叫的换码器，即XCDR1发送一个识别或确认信号，以表明它能够并准备好接收已经仅仅进行语音编码的信息。在一项正在进行的通信的入站支路与出站支路之间的非级联工作方式中(其中每一条支路都可以被认为包括所有用户和介于一个移动或固定用户单元以及一个移动交换中心之间的基础设施)，一个典型地编码的语音信号的帧结构60包括一个初始的同步序列62，跟随其后的是控制信息64。在帧60的内容中，位于控制信息64之后的主要是数据66-72(可能采取邻接的诸八位字节的形式)。然而，为了在帧60以内的相当长的数据传输周期中保证维持同步，附加的诸同步位74-76被周期性地散布到这些八位字节中去。典型地，在每两个八位字节中就有一个同步位。最后，该帧60通常以一个附加的控制信息块78作为结尾。
对这样的非级联工作方式的一个重要要求就是检测出返回到PCM(级联)工作的需求并快速地返回到PCM工作的能力。当介于两条支路之间的传输路径变得不透明，即当信息(例如编码的语音信号)在接收中出现恶化时，这样的能力是必不可少的。而且，在两条支路之间的该链路的一个方向上，当该编码的语音信号已经被一个PCM信号所置换时，返回到级联工作方式的要求就成为至关重要的事情。的确，因为如果将该PCM信号或者严重地恶化了的编码语音信号解释为合法的编码语音信号，将导致语音质量的显著降低，所以，快速检测并切换到PCM传送方式是必不可少的。事实上，在将该恶化的或PCM信号(借助于基础设施)解释为合法的编码语音信号这段时间内，其最终结果将可能是完全无法理解的。
在英国专利申请UK9616734.1中，切换到PCM方式依赖于(在GSM的特例中)通过该64千位/秒的信道，跟该编码的语音信号一起，发送一个低电平并带有噪声的PCM信号(在较高的若干位采取一种固定的已知PCM样板)。在几乎所有的情况下，在这个样板中的误码或故意的改变都能够很快地被检测出来并允许在亚毫秒的时间内切换到PCM方式。遗憾的是，在进行这样的切换以后，存在一段不可避免的时间，在其中该低电平并带有噪声的PCM(即该固定的样板)信号被编码并被送往该移动站。为了避免这样的延时，变通的无级联工作的方案将该原始的PCM信号(取代该固定的样板)跟该编码的语音信号一起发送，但由于在该信道较高的若干位中存在一个随机的、载有信息的样板(而不是一个预定的位序列)，这就意味着不可能快速地切换到PCM方式。因此，这些变通的方案依赖于在编码语音信号的成帧过程中对诸误码的识别。
此外，某些导致该编码信号恶化或者用PCM来取代编码语音信号的事件，仅仅影响该呼叫中两条支路之间的信号传输机制的一个方向。例如，插入到外部网络(即，诸如位于两个移动交换中心之间，或位于一个移动交换中心与一个路由节点或专用电话交换机之间的基础设施)的一个双音频多频(DTMF)信号或拨号音只能沿一个方向发送。这种单方向形成的信号恶化仅出现在接收该DTMF信号的支路(例如，含有基站收发子系统14至移动交换中心22的#1支路)中，该支路随后将切换到PCM方式，以便将到达的信号解释为PCM信号(就其处于相反方向通往另一条支路的传输路径而言)，并将开始发出PCM信号以取代碥码语音信号。这个过程不可避免地引入一段延时，从而导致该接收的(恶化的语音或PCM)信号被解释为合法的编码语音信号。
而且，在该相反方向(即，没有受到该单方向恶化并且没有被通知转入级联工作方式的通往该基础设施的另一条支路)，编码的语音信号将被认为是合法的编码语音信号，直到#2支路(即，包含移动交换中心28至基站收发子系统42的那条支路)确认#1支路已经切换到级联工作方式并因而发送PCM信号这一时刻为止。因此，在#2支路的切换过程中出现了不可避免的和不能接受的延时，在这段延时之内，由于到达的PCM信号被解释为编码的语音信号，致使服务质量降低。跟#1支路相似，该检测速度(由此返回到中继工作)取决于在该成帧的编码语音信号中对同步位中诸误码的识别。
因此，存在对一种有效机制的需求，旨在从一种绕过语音编码器的方式返回到级联工作方式，以便在两个换码器中快速地重新建立PCM工作方式。
根据本发明的第一方面，提供了一种在一个含有许多换码器的通信系统中，从非级联工作方式(在其中，信息按单编码帧格式进行通信)切换到级联工作方式(在其中，信息按双编码帧格式进行通信)的方法，该方法包括以下诸步骤在一个第一换码器中切换到级联工作方式；并且对该对编码帧格式中对应于在该单编码帧格式中诸同步位的若干位进行倒置；在一个起初工作中非级联工作方式并连接于该第一编码器的第二换码器中将接收到的该双编码帧格式视同一种单编码帧格式；从该单编码帧格式的诸同步位(作为在该双编码帧格式中诸对应位被倒置的结果)中检测出若干错误；并且，在从诸同步位中检测到若干错误以后，作为响应，切换到级联工作方式。
为了保证快速地返回到级联工作方式，诸同步位应散布于一帧内的各个部位。而且，为了保证在返回过程中不丢失信息，本发明打算对从该第二换码器接收到的信息进行缓冲存储，并且，在切换到该级联工作方式之后，作为响应，将该缓冲存储信息为当作一种双编码帧格式来处理，并对该缓冲存储信息进行适当的解码。
现在参照诸附图，对本发明的一个示例性的实施例加以说明。
图1是采用现有技术的通信系统的方框图，该系统具有安排好的诸换码器，用以实施一种非中继的语音编码工作，图中还示出了在通信过程中使用的一种典型的帧格式。
图2是一份根据本发明的一个优选实施例说明一种返回到中继工作的机制的流程图。
图3为在本发明的方法中可以使用的一种换码器的方框图。
根据本发明的一个优选实施例，通过在#1支路中的设备(一旦它被切换到PCM方式)对准备送往#2支路的PCM信号进行预处理，使之对#2支路中的适当的接收机是否切换到PCM方式的检测过程可以显著地加速。由于#1支路中的基础设施具备关于它送往#2支路的编码语音信号的帧结构的充分知识，特别是关于在这个帧结构里面的诸同步位的位置和定时的知识，所以，#1支路知道在该PCM信号中那几个特定的位将被解释为(以及对应于)#2支路中的诸同步位。因此，在一种语音编码的帧格式中，通过让#1支路有选择地影响PCM信号中对应于同步位的那些位，使得#2支路借助于重复性的同步错误的出现，就能侦知是否需要将到达的信号解释为PCM信号。因此，在一个合法的语音编码帧里面，随着#1支路切换工作方式、侵占和改变对应于诸同步位的诸PCM位，作为响应，#2支路能够迅速地改变它的工作方式，从语音编码器旁路转入级联工作方式。
特别是，在一段预定的(但是很短的)时间内，本发明的该优选实施例能保证，在该PCM信号中所有对应于诸同步位(就#2支路来说)的这些位都具有相当于该同步位诸数值的求反的诸数值。总的来说，把位的侵占以及反转限制在一段有限的时间内(即，一个预定的数目)，以便减小该PCM信号总的恶化程度。而且，在该优选实施例中，在两条支路之间传送的该八位字节排列的(PCM)信号中，成帧的编码语音信号的位置被这样安排，使得它总是占据最低位(即LSB)的位置，如果可能的话。因此，在送往#2支路的该PCM信号中的少数几个较低的位的潜在恶化，对于#2支路所接收到的该PCM信号的可懂度并无显著影响。
本发明的该优选实施例进一步地考虑，在一个单独的编码语音帧里面，仅需在#2支路中检测到两个同步位的错误，就足以使#2支路切换到将到达的信号解释为PCM这样的工作方式。这个数字是一种随意的选择，尽管为了保证要回到中继工作在一个单独的帧里面，能检测到更多位的同步错误，这将在下面加以说明。
现在，将GSM作为一个特例来考虑，在GSM的编码语音帧(即所谓的TRAU帧)的中间部分含有成对的八位字节的序列，在诸八位字节中，除了一个同步位以外，所有各位都是码的语音信号。(经过#1支路中的预处理)，保证所有这些同步位的位置都发生错误，就能确保在4帧的编码语音诸八位字节的接收周期内，将#2支路切换到PCM方式。在GSM中，这个周期为2毫秒。事实上，如果在#2支路中至少有4个八位字节的编码语音发生缓冲(在送往该第二移动站44之前)，那么，没等到#2支路不正确地将任何到达的PCM信号解释为合法的编码语音信号，切换到PCM的操作就有可能发生。特别是，为了接收至少两个同步位，#2支路就必须接收4个八位字节，并且随着这4个八位字节的缓冲，允许在级联方式下对该编码信息进行后续的处理(在#2支路中)。
图2是一份根据本发明的一个优选实施例说明返回到级联工作方式的机制的流程图。该系统在按照判别框202的肯定分支作出进入非级联(转入语音编码器)工作方式的决定之前，初始地工作于PCM方式200。进入非级联工作方式之后，众多的换码器互相分享一个正在进行工作的通信中继编码语音信号204。在判别框206的肯定分支中，一个第一换码器由于受到外部网络(或者另外)的影响而恢复原来的PCM工作方式，否则就(在否定分支中)保持非级联工作方式。在方框208，该第一换码器已经恢复到PCM工作方式，并且在该成帧的编码的语音传输信号中，侵占和倒置对应于诸同步位的诸PCM位。在通信中现在正在出现PCM信号传输到该第二换码器的情形。在方框210，该第二换码器在预期的编码语音帧中检测到必要数目的倒置的(因而是错误的)诸同步位，由此确认PCM工作方式已经重新开始，并且所接收到的帧应当(而不是旁路)按照PCM信号来解码。然后，该系统返回到方框200，在那里正在进行完全的PCM工作方式。
虽然本发明适用于诸同步位出现在一帧之内的一个单独位置的情形，但是，根据本发明的机理所使用的诸同步位最好嵌入(散布)到一个单独的数据帧所包含的许多邻接的数据流之中。
图3为在本发明的方法中可以使用的一种换码器300的方框图。该换码器300含有能控制其换码器300的工作的智能处理器302。该智能处理器302被连接到缓冲存储器304，后者起初接收数据流，并且被暂时地安排去存储(为了后续的处理目的)该换码器300所接收到的数据。该智能处理器302还被连接到一个存储器306，其中存储了一个语音编码帧的帧格式。这样一来，该智能处理器302就能分别地去访问该存储器306，以及去修改或查询一个数据流，以使分别地插入一个倒置的同步位，或者确定其存在与否。
若不采用本发明的位侵占与倒置技术，则为了返加PCM工作所需要的检测周期可能被显著地延长，因为在一个到达的“随机的”PCM信号中，在一个同步位的位置上接收到一个错误数值的概率约为0.5。然而，本发明能保证，在一段事先规定的时间内，处于同步位位置上的若干位是不正确的，从而使接收到一个不正确的同步位的概率接近于1。(由于该倒置位在#1支路与#2支路之间的路径中的恶化，该概率可能稍微小于1)，而且，在从#1支路送来的PCM信号中，只需要侵占和倒置少数的位，就能保证被#2支路检测出来并返回到级联工作方式。
因此，本发明有利地提供一种用于返回到级联工作方式的快速而有效的机制。而且，本发明的技术能有效地应用于所有当前的和将来的GSM编码译码器(包括半速率、全速率以及扩展的全速率格式)，也可以应用于在一次呼叫的不同阶段中(在该基础设施的范围之内)使用语音编码和/或压缩的其他远程通信网络。
当然，人们将懂得，上面的说明仅仅是作为例子而给出的，可以在本发明的范围内作出细节上的修改，例如将该一般原理应用于数据通信，特别是在诸换码器(诸移动交换中心)之间的通信资源既有充分高的质量又充分稳健的情况下。而且，正如人们将理解的那样，虽然图1所示的诸换码器位于移动交换中心与基站控制器之间(并且，确实，在许多系统中，通常靠近该移动交换中心)，但本发明并不局限于这种结构，因此，可以考虑将该换码器定位于所说明的基础设施里面的其他位置，特别是介于基站收发子系统与基站控制器之间的一个位置。此外，以上的详细说明是专门参照于一个在其中诸移动单元与基站收发子系统进行通信的系统而给出的，可以理解，本发明也同等地适用于那些使用固定连接的系统，例如公共交换电话网络(PSTN)或者专用小交换机(PBX)。
权利要求
1.在一个含有许多换码器的通信系统中，从信息按单编码帧格式进行通信的非级联工作方式切换到信息按双编码帧格式进行通信的级联工作方式的一种方法，该方法包括以下诸步骤在一个第一换码器中切换到级联工作方式；以及对该双编码帧格式中对应于在该单编码帧格式中诸同步位的若干位进行倒置；在一个起初工作于非级联工作方式并连接于该第一换码器的第二换码器中将接收到的该双编码帧格式视同一种单编码帧格式；从该单编码帧格式的诸同步位中检测出若干作为在该双编码帧格式中诸对应位被倒置的结果的错误；以及在从诸同步位中检测到若干错误之后，作为响应，切换到级联工作方式。
2.在权利要求1所述方法中，诸同步位被散布到一帧之内的不同位置。
3.在权利要求1所述方法中，诸同步位的若干错误出现在一帧之内。
4.在权利要求3所述方法中，若在同一帧内检测到两个错误，则切换到级联工作方式。
5.在权利要求1所述方法中，该第一换码器将该双编码帧格式中对应于在该单编码帧格式中相继的诸同步位的预定数目的若干位进行倒置。
6.在权利要求1所述方法中，该单编码帧格式为编码的语音信号。
7.在权利要求6所述方法中，该双编码帧格式为该编码的语音信号的脉冲编码调制产物。
8.权利要求1所述方法进一步地包括以下步骤将该第二换码器所接收的信息存储到缓冲存储器；以及切换到级联工作方式之后，作为响应，将存储在缓冲存储器里面的信息当作双编码帧格式进行处理，并对其进行适当的解码。
9.在权利要求1所述方法中，第一换码器的切换是作为对从一个外部网络施加于该第一换码器的影响的响应。
全文摘要
为了便于一个通信系统返回到级联工作方式(200),一个原先已经变回到级联工作方式(206)的第一换码器(20),将一个双编码帧格式中对应于一个非级联的单编码帧格式的诸同步位的若干位进行倒置,以便在一个第二换码器(34)中产生跟诸同步位有关的若干错误。若在一段预定的时间内,在诸同步位中检测(210)到预定数目的错误,则第二换码器(34)返回到级联工作方式,如图2的流程图所示。
文档编号G10L19/14GK1189072SQ9712542
公开日1998年7月29日 申请日期1997年12月8日 优先权日1997年12月8日
发明者史蒂文·巴西尔·阿夫特拉克 申请人:摩托罗拉有限公司