专利名称：用于在基于分组的通信系统中降低旁路分组的优先级的方法和装置的制作方法
背景技术：
本发明涉及用于在帧中继系统中降低旁路分组的优先级(de-prioritizing bypass packet)的方法和装置，具体地说，当给予移动站到移动站的呼叫比移动用户和陆线(landline)用户之间的呼叫低的访问基于分组的网络的优先级时，该方法和装置影响变码器(transcoder)中的优先级机制。
在蜂窝电话领域中，分别为移动无线电话用户提供服务的多个基站通过基础设施连接在一起，这些基础设施将呼叫从一个基站路由到另一个基站和现有的基于陆线的公共交换电话网络(PSTN)。虽然现在有各种各样的将信号从基站点(base site)传送到为它们提供服务的基站(base station)的方法，但是在越来越多的无线基础系统中采用基于分组的网络(诸如帧中继)来处理语音业务是因为相对与传统的语音或电路交换网络而言帧中继可以有效地使用带宽并且成本较低。
由于帧中继最初是为处理突发流量数据而设计的，所以诸如帧中继的分组交换网络和电路交换网络相比在处理周期性的和随机性较少的语音业务的时候天生的效率较低。为了实现好的语音质量，必须将穿过帧中继网络的语音分组的延迟降到最小。因此，具体地说，在多个用户竞争访问用于连续发射的帧中继管道的时候，将语音通信信号的延迟最小化就变得至关重要了。
关于语音业务的另一个问题是对于移动站到陆线的呼叫来说，在将语音信息发送给PSTN之前，必须在基站点处，由在变码器中的语音处理器(即执行编码和解码的设备)对从移动站发送到基站的经过编码的无线通信信号进行解码。对来自无线用户的信号进行解码的步骤进一步增加了语音业务信号的延迟。为了减少延迟，以及防止因为双重代码转换而带来的语音衰减(degradation)，无线系统通常都使用旁路机制，这个机制可以让从一个移动站发送到另一个移动站的语音信息“旁路”掉在基站的变码器中执行的解码和编码步骤，从而消除这些步骤所固有的延迟。
如同在前面所提及的，基站点中的语音处理器还必须为访问帧中继管道而进行竞争。通常，控制语音处理器对连续的帧中继管道的访问的控制处理器根据它们进入的顺序，一次只允许一个语音处理器对帧中继进行访问。通常将这种情况称为FIFO(先进先出)队列。因此，在(例如)由一个控制处理器和12个语音处理器组成的典型的变码器池中，在最坏的场景下如果全部12个语音处理器都有差不多同时要在帧中继管道上发送的分组，那么分组的发射将延迟11x(分组发射时间)毫秒。因此，在旁路模式的呼叫和普通模式的呼叫(例如，从移动站到陆线或者反过来)之间没有区别，并且，因此需要用于语音编码(vocoding)的额外处理时间的普通呼叫可能在FIFO队列的最后进行，并在不需要解码和编码的旁路呼叫之后发射。
图1显示了本发明的帧中继通信系统的全图；图2显示了图1中所示的基站点的典型配置；图3显示了在图2中所示的基站点中使用的语音处理器的方框图；图4显示了3∶1帧系统中的帧结构。
具体实施例方式
本文所公开的方法和装置提供了一种用于在基于分组的网络(诸如帧中继网络)上接收和发射通信信号的变码器。具体地说，帧中继网络用于将来自和发往变码器的通信信号引导到帧中继管道，帧中继管道将分组分发给适当的基站。在每个变码器中都包含一个或多个对通信信号进行编码和解码的语音处理器。还包括用于根据选择性的排队机制控制语音处理器对帧中继管道的访问的控制处理器。具体地说，选择性的排队机制可能依赖由语音控制器初始化的控制标志(flag)来指明呼叫是旁路模式的还是标准模式的。然后控制处理器可以使用控制标志来确定队列顺序，在这里降低旁路呼叫模式的优先级，这样它们就在标准呼叫之后发送到帧中继管道上。
图1显示了包括无线和陆线通信的通信系统10。在无线一边，包括多个基站点12。在每个基站点12中有一个或多个基站14和变码器16，其中变码器16影响基站14之间在帧中继管道(一个或多个)13上的通信。与基站14通信的是移动站18，移动站18通过无线链路20与基站14进行通信。
如图1所示，基站点的配置可以是不同的。例如，基站点12A所显示的配置是中变码器通过诸如帧中继管道13的基于分组的网络与基站14直接连接。变通地，基站点12B显示了多个基站14通过多分支的帧中继管道13与变码器16相连的配置的例子。另一个变例12C显示使用路由器13的情况，路由器13在变码器16和各种基站14之间路由分组。还应当注意的是在特定的基站点12中可使用多个变码器。
每个基站点12都与移动交换中心(MSC)22相连，然后，移动交换中心通过专用连接线路(connection)24与变码器16相连。应当注意的是在图1中只显示了一个MSC的配置仅仅是个例子，不同数量的MSC和不同类型的网络配置也是可能采用的。同样与MSC 22连接的是公共交换电话网络(PSTN)26，PSTN通过专用连接线路24与MSC 22相连以与陆线28进行通信。例如，各种变码器16和PSTN之间在专用连接连接线路24上的通信通常是脉冲码调制的，而变码器16之间通过专用连接进行的通信可能是基于分组的。作为通信方式的例子还显示了与PSTN 26连接的MSC 22，这种方式可能会影响其它的MSC。这个MSC 22将又与其它的基站点12相连。
图2显示了可能会在图1所示的通信系统10中使用的典型基站点12的配置。如同在前面所提及的，每个基站点12包括变码器16，其影响在帧中继管道13和基站14上进行通信，又影响与多个移动用户18进行的通信。在变码器16内部有多个处理发往或来自基站14的通信信号的语音处理器32。语音处理器32除了对从移动用户18处接收到的信号进行解码、对发往移动用户18处的信号进行编码之外，还可判断呼叫是否是移动站到移动站的呼叫，从而需要旁路掉处理器32中的解码或编码装置，或者判断呼叫是否是移动站到陆线的呼叫(即，所谓的“普通”呼叫)，这种呼叫需要对从基站14接收到的信号进行解码和对发往基站14的信号进行编码。
变码器16还包括输入/输出(I/O)处理器30，它用于控制语音处理器32对帧中继管道13的访问。具体地说，在帧中继系统中，给定的变码器池(即，控制处理器和多个语音处理器)顺次地使用帧中继管道。I/O处理器30的一个功能就是对语音处理器访问帧中继管道13的请求进行仲裁。如同在前面讨论过的，传统技术的I/O处理器创建一个FIFO队列，从而可以根据语音处理器的请求顺序一次让一个帧中继管道访问语音处理器。如同将要在后面讨论的，本发明所讲述的方法和装置通过降低旁路呼叫的优先级来修改传统的FIFO队列，从而将它们置于FIFO队列的底部或末端(即，最后)。
图2还显示了一种变通的配置，其中使用了帧中继路由器15而不是直接将帧中继管道和基站14连接起来。
图3显示了可能在图2所示的变码器16中使用的典型语音处理器32。在每个语音处理器32中都有对旁路模式呼叫和普通呼叫进行仲裁的旁路路由逻辑电路34。在基站14和MSC 22之间发射的旁路模式的呼叫(即，移动站到移动站的呼叫)在图3中用虚线40显示。如图所示，旁路呼叫通过旁路逻辑电路34中的路径38引导，这样就不对信号进行解码和编码。此外，旁路路由逻辑电路34还初始化与发射到接收基站的信号40相关联的控制标志，这个控制标志被发送到I/O处理器30，表示所述信号是旁路模式呼叫。I/O处理器30使用这个控制标志来区分出信号是旁路模式呼叫并如同将在后面讨论的那样对FIFO队列进行相应地修改。
旁路路由逻辑电路34识别和判断出在移动站18和陆线连接(例如，PSTN)之间发射的普通呼叫44(例如，移动站到陆线的语音、移动站到陆线的语音/多媒体，等等)的类型，旁路路由逻辑电路34通过通路42和总线46将这些信号引导到解码/编码逻辑电路36，以对从基站14接收的呼叫进行解码和对发往基站14的呼叫进行编码。旁路路由逻辑电路34可能还将与移动站到陆线的信号44相关联的控制标志附加在帧中继管道请求中，向I/O处理器30指出这是普通模式信号。应当注意，可以将I/O处理器30区分普通或旁路模式呼叫的控制标志都附加在旁路和普通模式呼叫请求上，或可以附加在旁路和普通模式呼叫请求两者之一上，或者是附加到影响语音处理器32和I/O处理器30之间的信号发射从而可以让I/O处理器30区分旁路和普通模式呼叫请求的任何其它方案(arrangement)或方法(mean)。
当I/O处理器30接收到来自语音处理器32的为旁路呼叫请求对帧中继管道13的访问时，I/O处理器30就有选择地修改它内部的FIFO队列，从而将特定的发出请求的语音处理器32的访问的优先级降低，以将优先权让给可能从变码器16中的其它语音处理器32接收到的普通模式的呼叫。这个内部的FIFO队列可以用术语“主(primary)”队列来表示，它授予普通呼叫优先权并降低旁路呼叫的优先权。如果不同的语音处理器32要分别处理多个旁路移动站到移动站的呼叫，那么这些旁路信号相互之间要根据(例如)它们进入的顺序在“次要”队列中排定优先级，但是给它们的优先级总比给移动站到陆线的呼叫要低。因此，本文所公开的选择性的排队机制可以让对延迟较敏感的普通模式呼叫在因为它们的旁路路由而对延迟较不敏感的移动站到移动站的呼叫之前，访问帧中继管道13。
如同前面说明了的，例如，在变码器(诸如，有12个语音处理器的变码器池的变码器16)中的最坏的情况下将有11x(分组发射时间)毫秒的分组发射延迟。通常，变码器中的分组发射时间是两毫秒。因此，假设总共有12个语音处理器，来自语音处理器32的优先级最低的帧中继管道访问请求在在帧中继管道24上发射信息之前将有22毫秒的延迟。然而，在预定的时间周期内将信息从语音处理器32发射到帧中继管道13以确保不会无限期地强制缓冲具有降低优先级的旁路呼叫的语音处理器32，这在本文所公开的选择性的排队机制中是很重要的。
本应用的发明者已经认识到诸如系统10的通信系统的基础设施的特征提供了在不降低移动站到移动站的服务质量的情况下降低移动站到移动站的旁路呼叫的优先级的能力。特别地，已经认识到典型的通信系统基础设施所造成的旁路端到端延迟主要由基站基础设施12中的每个移动站18的射频(RF)时隙分配情况决定。因此，语音分组在基础设施上的遍历时间(traversal time)(即，信号从移动站到基站，到移动交换中心，回到目标基站并最终到达目标移动站的整个旅程)与时隙分配所造成的影响相比不是很显著。
作为说明，图4显示了具有45毫秒的帧周期的3∶1的RF系统的帧结构。如图所示，第一帧48和第二帧56每个都包括三个宽度均为1 5毫秒的RF时隙(分别是50、52、54和58、60、62)。对于这个例子，假设将源移动站(MS-S)(例如，移动电话18)分配到RF时隙1(50和58)和将目的移动站(MS-T)分配到RF时隙2(52和60)，在由基站点12中的相同的基站14提供服务的多个移动站之间发生移动站到移动站的通信。此外，还假设接收和发射RF时隙是对齐的(即，基站RF时隙同步地发射和接收分组，或，换言之，全双工地工作)。
图4显示了从用箭头64表示的源移动站MS-S接收到的分组X。分组在15毫秒的时隙1(50)中接收。因此，将分组X从源移动站MS-S发射到目的移动站MS-T的最小时间延迟等于用图4中的箭头68表示的变量Y。如图所示，时间延迟Y最少是45毫秒加上传送分组所需的时隙。在图4的例子中，由于将目标站MS-T分配给了时隙2，所以最小延迟等于第一帧48的时隙2和3加上第二帧56的时隙1(58)和第二帧56的时隙2(60)，这是因为如同这个时隙结束后的箭头66所表示的分组X是在时隙2(60)的时间周期中发送到目标移动站MS-T的。
更一般地说，分组的最小延迟可以用下列等式表示min(Y)＝45msec+15msec×[(目标移动站的RF时隙数)-(源移动站的RF时隙数)]；例如，当目标移动站MS-T的RF时隙数比源移动站MS-S的RF时隙数多的时候。
或min(Y)＝45msec+15msec×[(最大RF时隙数)(源移动站的RF时隙数+(目标移动站的RF时隙数))；例如，当源移动站MS-S的RF时隙数比目标移动站MS-T的RF时隙数多的时候。
此外，如果基础设施的延迟比最小时间延迟周期Y-(1个时隙时间) (例如，在本文公开的实施例中是Y-15msec)大时，由于基础设施的延迟将导致因为分组不能及时到达以在下一帧的相应时隙中发射出去而错过时隙，所以总的延迟时间将增加。例如，如果在第一帧(48)的第一时隙50从MS-S发射的分组在基础设施中延迟了大于Y-15msec，那么分组就不能及时到达以在第二帧56的时隙2(60)中发射到目的移动站。因此，延迟将变成最小延迟Y加上帧周期(即，45毫秒)，因为分组X的发射将不得不一直等待到第三帧的时隙2再进行。
因此，由于即使是1毫秒的延迟也会导致错过下一帧，但是在下一帧中的所指定时隙到来之前不能发射信息，尽管信息可能比下一帧到达的要早，所以在基础设施中减少延迟并不会获得好处。换言之，变码器不能影响(即，既不会改善也不会降低)移动站到移动站的互连呼叫的延迟。因此，只要通过基础设施的额外传输时间不超过帧周期(例如，对于图4中给定的例子来说是45毫秒)，那么降低移动站到移动站的全双工呼叫的优先级就是可以接受的并且不会衰减信号。
如同前面讨论过的，在使用12个语音处理器的系统中，由基无线变码器16导致的最大额外延迟通常是22毫秒，在假想的3∶1系统中这远远少于45毫秒的帧周期。因此，本降低优先级队列机制是可行的并且不会导致移动站到移动站的语音呼叫的服务质量的下降。应当注意，在其它帧结构(诸如具有90毫秒的帧周期的6∶1帧系系统)中，本文所公开的装置和方法更加可行。在出于成本的考虑而使帧中继管道的带宽非常有限情况下本装置和方法就更为理想。因此，这里的降低优先级的机制就变得更加有益和有效。
尽管上述例子是在帧中继协议的上下文中提出的，但是也可以得到本文公开的更一般的特征。那就是，协议仅仅需要在系统中某个指定的偏移(offset)处周期性地发射和/或接收移动无线用户18的语音数据，系统有从0到n-1的时间周期范围内的预定义的“n”个偏移(例如，在上述例子中的3个15毫秒的时隙)。
还应当注意本文所公开的系统是在帧中继系统的上下文中描述的。然而，本文所公开的内容可以使用任何用于在各种速率上传输(例如，IP协议或其它已知的分组协议)语音分组的优先级机制。
应当注意，可以使用控制标志之外的其它机制的来用信号通知I/O处理器正在处理的呼叫的特定类型(例如，移动站到移动站的呼叫)。作为一个例子，可以将系统配置成向I/O处理器指出呼叫类型信息，该呼叫类型信息来自在呼叫建立期间对这些信息进行追踪的特定基站点、基站或其它网络元件。此外，还可以判断呼叫的双方是否都是特定系统的一部分。因此，在本地位置寄存器(HLR)或访问位置寄存器(VLR)或任何其它类似的数据库中都有移动用户的电话号码和某些唯一标识。然后，这些信息将通过在呼叫建立或呼叫状态信号通信中使用的其它链路转发给对它们感兴趣的网络元件(即，I/O处理器)，以告知网络元件呼叫是在本文所公开的装置和方法中的降低优先级时使用的特定类型。
还应当注意，本文所公开的数据管道即可以如同这里所讲的位于变码器和基站之间，又可以位于变码器和PSTN之间或两种情况同时存在。这种配置对于支持用于发送PCM分组流(诸如，在IP系统上的语音，其中，将PCM分组到IP分组中并在因特网上传送)的共享数据管道的带交换的系统非常有用。
尽管所公开的装置和方法是按最可行和最优选的实施例考虑的，但是应当理解本文所公开的并不限于此，而是覆盖了在附加的权利要求书的精神和范围内所做的文字上或同等原则上的各种修改和配置的。
权利要求
1.一种通信装置，其包括用于接收和发射通信信号的变码器，所述变码器与用于向所述变码器发送和从所述变码器接收所述通信信号的基于分组的网络相连；和；其中，所述变码器包括对所述通信信号进行编码和解码的一个或多个语音处理器；和用于根据选择性的排队机制来控制所述一个或多个语音处理器对所述基于分组的网络的访问的控制处理器。
2.如权利要求1中所述装置，其中，所述一个或多个语音处理器中的每一个都用于将控制标志插入到传送给所述控制处理器的信号中，所述控制处理器使用所述控制标志来确定所述选择性的排队机制的排队顺序。
3.如权利要求2中所述装置，其中，所述控制标志指明通信信号是否是标准呼叫和旁路呼叫模式中的一种。
4.如权利要求3中所述装置，其中，所述标准呼叫模式包括经过由变码器解码或编码中的一种处理的通信信号，所述旁路呼叫模式包括没有经过变码器解码或编码的通信信号。
5.如权利要求4中所述装置，其中，所述经过由变码器解码或编码中的一种处理的通信信号是移动站到陆线和陆线到移动站的呼叫中的一种，所述没有经过变码器解码或编码的通信信号是移动站到移动站的呼叫。
6.一种通信系统，其包括一个或多个基站点，每个都用于发射和接收来自一个或多个移动设备的无线通信信号、并且对所述无线通信信号进行编码和解码，所述一个或多个基站点中的每个都包括基于分组的网络和至少一个变码器；一个或多个PSTN；通过专用线网络与所述一个或多个基站点和一个或多个PSTN相连的至少一个交换中心，所述至少一个交换中心用于在所述一个或多个基站点和所述一个或多个PSTN之间路由通信信号；和其中，所述至少一个变码器包括用于对所述通信信号进行编码和解码的一个或多个语音处理器；和用于根据选择性的排队机制来控制所述一个或多个语音处理器对所述基于分组的网络的访问的控制处理器。
7.一种操作具有一个或多个变码器的基于分组的通信系统的方法，每个编码器都有控制处理器器和一个或多个语音处理器，其中，所述控制处理器根据选择性的排队机制来控制所述一个或多个语音处理器对基于分组的网络的访问，所述方法包括在由至少一个所述语音处理器每次发射通信信号的时候，将控制标志与来自所述一个或多个语音处理器中的每一个的通信信号信息一起发射给所述控制处理器，其中，所述控制标志表明所述通信信号是否是旁路呼叫和标准呼叫中的一种；和由所述控制处理器根据所述选择性的排队机制选择性地允许所述一个或多个语音处理器对所述基于分组的网络的访问，其中，给予标准呼叫高于旁路呼叫的时间优先级，这样该标准呼叫就在所述旁路呼叫之前被传送给所述基于分组的网络或从所述基于分组的网络接收。
8.如权利要求7中所述方法，其中，所述旁路呼叫是移动站到移动站的呼叫，所述普通呼叫是移动站到陆线和陆线到移动站的呼叫中的一种。
9.如权利要求7中所述方法，其中，访问所述一个或多个语音处理器用于将控制标志插入发送给所述控制处理器的信号中，所述控制处理器使用所述控制标志来确定所述选择性的排队机制的排队顺序。
10.如权利要求7中所述方法，其中，所述选择性的排队机制包括经过修改的FIFO队列，其中，将带有标明旁路呼叫的通信信号置于所述经过修改的FIFO队列的底部，使所述通信信号就在普通呼叫之后输出到所述基于分组的网络。
全文摘要
一种用于在通信系统中降低移动站到移动站的呼叫的优先级以有利于移动站到陆线的呼叫的方法和装置。降低由于旁路了编码和解码步骤而对基础设施的延迟较不敏感的移动站到移动站的呼叫的优先级，可以让由于需要编码和解码而需要额外的处理时间的对延迟较敏感的移动站到陆线的呼叫在通信系统中先发射。控制处理器创建经过修改的FIFO队列来影响排队机制，从而降低移动站到移动站的呼叫的优先级。基于分组的网络中的所述降低优先级的应用提高了移动站到陆线的呼叫质量，同时对移动站到移动站的呼叫的服务质量没有造成显著的影响。
文档编号H04L12/56GK1640079SQ03804588
公开日2005年7月13日 申请日期2003年1月13日 优先权日2002年2月25日
发明者埃斯特班·耶佩斯三世, 加勒特·P·普兰, 马让荣 申请人:摩托罗拉公司