专利名称：蜂窝/移动/pcs电话系统下行链路信道的双音多频的制作方法
技术领域：
总的来说，本发明涉及无线电话系统及方法，尤其是涉及使用双音多频(DTMF)信令的无线电话系统。
背景技术：
数字蜂窝式/移动无线电话系统可以包括通过从移动电话到电话网的上行链路方向的信令信道传输双音多频信号音的电路。使用这种方法的原因是信令信道的防差错性能比普通话音信道好。而且话音信道中的话音编码器/解码器(codec)被优化用来传送话音而不必是双音多频信号音。当使用上行链路双音多频信令时，电话检测到按键并产生上行链路传输所必需的信令消息。
例如1993年6月的4.5.0版GSM规范04.08描述了上行链路(从移动电话机到网络)的双音多频能力，其中包括5.3.3节(双音多频协议控制程序，114～116页)、7.3.5节(双音多频协议控制，第151页)、9.3.24节(启动双音多频消息，第287页)、9.3.25节(启动双音多频确认消息，第288页)和9.3.26节(启动双音多频拒收消息，第289页)。
然而在下行链路方向(即从网络到移动电话机)上没有双音多频信令能力，缺少下行链路双音多频信令能力与下列事实有关(a)传统地不需要下行链路双音多频信号音传输；(b)因为从传统的公共交换电话网(PSTN)电话机到蜂窝式/移动电话网没有隐含的直接按键指示(例如PSTN连接可能是一个模拟连接)。
随着电话系统，尤其是蜂窝式和无线电话通信系统的发展，人们逐渐认识到在下行链路方向提供可靠的双音多频传输的必要性。例如建议的个人通信系统(PCS)的一个目标就是用基于无线接入的电话机(蜂窝式移动电话机)取代PSTN电话机。在这种情况下，就希望使用户能够利用他们已有的辅助设备和应用终端例如应答设备和传真设备，而不必以新设备代替。许多传统的辅助设备包括双音多频信号音检测器，它可以通过PSTN连接从远端位置控制辅助设备。例如一个用户可以从远端位置呼叫他的应答设备，通过按下电话机上的某些键来命令他的应答设备重放已录好的信息并记录一条新的问候信息等等，这种功能依赖于发送双音多频信号音到应答设备的能力，然而，正如上面所描述的，假如应答设备被耦合到例如是蜂窝式电话网络而不是PSTN，那么向应答设备传送双音多频信号音的这个能力就不存在了，或者是不可靠的，这是因为话音编码/解码器中引入的失真或者因为话音信道中的信道差错。因此，应答设备的功能就被破坏了。
发明概述上述及其它问题都被一种操作无线电话系统的方法和按照这种方法运行的无线电话系统克服了。这种方法包括下列步骤(a)检测接收到从公共交换电话网来的双音多频信号的开始；(b)构成第一消息来指示PSTN电话键盘上的一个键，它对应着检测到的DTMF信号的开始；(c)通过无线信道传输第一消息；(d)用无线电话机从无线信道接收第一消息；(e)对接收到的第一消息作出反应，在无线电话机内产生一个相应DTMF音频信号音。
这种方法进一步包括以下步骤(f)检测接收到来自公众交换电话网的DTMF信号的结束；(g)构成第二消息，指示PSTN电话键盘的一个键，它对应检测到的DTMF信号的结束；(h)通过无线信道发送第二消息；(i)用无线电话机从无线信道接收第二消息；和(j)对接收到的第二消息作出反应，在无线电话机内终止产生对应的DTMF音频信号音。
产生和终止的步骤每个都包括产生一个确认消息以确认从无线信道接收到消息；以及从无线电话机通过无线信道传送确认消息的任选步骤。
在本发明的一个实施例中，第一和第二消息都是通过将信令信息传送到无线电话机的无线信道接收的，而任选的确认消息通过用来从无线电话机传送信令信息的无线信道传送，在这个实施例中检测和构成的步骤是通过与公共交换电话网相连接的移动交换中心来完成的，而传输的步骤是通过接在移动交换中心和无线信道之间的基站子系统完成的。另一个方案是，检测、构成和传送的步骤是由基站子系统完成的，构成的步骤包括将已构成的第一和第二消息通过移动交换中心从移动交换中心发送到基站子系统的一个步骤。
在本发明的第二实施例中，第一和第二消息都是通过一个无线信道接收，该无线信道用于将编码的话音信息传送到无线电话机，而确认消息通过一个无线信道发送，该无线信道用来传送来自无线电话机的编码的话音信息。在这个实施例中，检测、构成和传送的步骤都是通过基站子系统的话音代码转换器部分完成的，基站子系统通过一个移动交换中心接到公共交换电话网。
对附图的简单描述以上的描述和本发明的其它特性在结合附图阅读后面的本发明详细描述时，会更加明白。其中
图1是本发明第一实施例的方框图，其中DTMF检测器和DTMF信令发生器位于移动交换中心内；图2是本发明第二实施例的方框图，其中DTMF检测器和DTMF信令发生器位于基站子系统内；图3是更详细地表示图1实施例的移动交换中心的方框图；图4是更详细地表示图2实施例的基站子系统的一部分的方框图；图5是传统GSM蜂窝无线电话系统的方框图；图6是根据本发明构成的移动电话机的一部分的方框图。
本发明详细描述此处应用了以下缩写PSTN-公共交换电话网DTMF-双音多频MSC-移动交换中心TRC-话音代码转换器BSS-基站子系统BSC-基站控制器BTS-基站收发信机MS-移动台或电话机(一般是无线电话机)GSM-全球移动通信系统(欧洲数字蜂窝电话标准)PCM-脉冲编码调制PCS-个人通信系统本发明提供一个DTMF信令系统，用于在蜂窝/移动无线电话系统中的无线接口上的下行链路DTMF传输。在本说明书中假设PSTN与无线电话连接，尽管本发明的教导不限于仅应用在PSTN中。也就是说本发明的教导一般应用于任何接口，在这些接口中，DTMF信息或者通过来自内部信息源的一些信令获得，譬如在一个移动站到另一个移动站呼叫的情况中，或者从提供直接发DTMF信号的装置的某个外部系统/网络获得。
在这儿还假设无线电话适合于连接到至少一个无线信道，以便接收话音和信令信息。尽管在此如在传统蜂窝无线电话中那样称为“移动电话”或“移动站”，但应该认识到此处的无线电话机实际上可能放置在固定位置。例如无线电话机可以放在家里或办公室，而不一定是车载或者用户携带的，无线电话机也可以集成在别的设备里，例如传真机或应答机。
现参考图1说明本发明的第一实施例。在一个通信系统10中，当PSTN用户按下传统PSTN电话机12上的一个键时，在PSTN电话机里产生了一个DTMF信号音，该信号通过PSTN网络14传送到蜂窝/移动电话系统的MSC16。MSC16将这个呼叫发送到多个基站子系统18的至少一个基站子系统，一个蜂窝/移动无线电话机(MS)20通过空中(无线)接口与基站子系统18连接。
MSC16包括多个DTMF检测器16a，它们检测到从PSTN网络14来的入中继线14a上的DTMF信号。DTMF检测器16a可以是传统结构的，因此在这儿不做详细描述。DTMF检测器16a的输出端连接到DTMF信令发生器16b，它为对应的移动电话机20产生DTMF通/断消息。DTMF消息随后通过基站子系统18传送到移动电话机20，在此消息被解释并执行。
更详细地说，当在MSC16的一个来话呼叫检测到DTMF信号音信号时，DTMF检测器1 6a就会给DTMF信令发生器16b指出，信令发生器16b接收到哪一个DTMF信号音信号(即DTMF信号音信号对应电话机键盘的哪一个对应键)。作为响应，DTMF信令发生器16b构成一个或多个信令消息，这些消息通过蜂窝/移动电话网络传送到移动电话机20。移动电话机20接收信令消息和本地产生指定的DTMF信号音并通过扬声器和/或者与移动电话机的音频输出相连的某个设备输出产生的信号音。
在移动电话机20中产生了指定的信号音之后，应懂得其它设备诸如传真机或应答机都能以传统的方式对这个信号音作出响应。这是本发明的一个重要方面，因为它使得现存的许多DTMF相关的设备和应用可以通过蜂窝网络被接入。
正如下面所描述的，当在MS20中启动和/或终止DTMF信号音的产生时，产生并从MS20向DTMF信令发生器16b传送确认消息的步骤都在本发明的范围内。
当DTMF信号音信号在到MSC16的输入端中止时，DTMF检测器16a向DTMF信令发生器指示出这种情况。随后DTMF信令发生器16b构成一个或多个对应的信令消息，然后这些消息通过蜂窝/移动电话网络传送到移动电话机20。由移动电话机20接收这个消息会导致移动电话机终止本地DTMF信号音的产生。对应的DTMF终止确认消息可从移动电话机20发送到DTMF信令发生器16b。
图2说明了本发明的第二实施例，其中DTMF检测和信令功能是位于基站子系统18的话音代码转换器18a中。在这种情况下，每个话音代码转换器18a包括一个DTMF检测器18b和一个DTMF信令发生器18c。
对于这个实施例，至少有两种技术发信号通知DTMF信号音的开始和结束，第一种技术执行带内信令，其中移动网络的基站子系统18中的话音代码转换器18a产生一个或多个预定的代码，这些代码为这一功能被指定直接通知移动电话机20中的话音代码转换器(ST)20a中的话音解码器部分。话音代码转换器20a检测在输入的编码话音流中的预定的编码帧，作为响应，启动或终止本地DTMF的产生。这种技术的一个优点是DTMF信令独立于蜂窝/移动网络中的任何其他(正常)的信令的发生。
第二种技术使用DTMF信令发生器18c指示DTMF信令返回到MSC16，然后MSC16将信号传递到移动电话机20。下面根据图4对第二种技术进行更详尽的说明。
现参考图3，它更详尽地说明了图1的实施例。本说明是从GSM蜂窝网络的角度进行的，但是，本发明的教导可适用于许多不同类型的其他蜂窝通信网。
首先参看表示一个例示性GSM蜂窝系统11的图5。PSTN中继线14a连接到MSC16，MSC16可以通过由32路每路64kb/s组成的2MB链路19与基站子系统(BSS)进行双向通信。32信道中的一些信道保留用作信令目的。BSS18包括一个话音代码转换器(TRC)22、一个基站控制器(BSC)24和多个基站收发信机(BTS)26。每个BTS26通过天线26a服务蜂窝无线网络的一个网孔。
再次参看图3，DTMF信号音由MSC16的DTMF检测器16a检测，DTMF检测器16a又与输入的PCM PSTN线路连接。DTMF信号音检测可以由硬件诸如一组滤波器或由软件来完成。响应检测到DTMF信号音开始或结束，DTMF检测器16a在总线17上提供一个输出信号给DTMF消息发生器16b。响应从DTMF检测器16a接收的信号，DTMF消息发生器16b产生一个消息(开始/停止DTMF)。这个消息(假设是GSM协议)具有以下格式PD协议鉴别器TI 事务处理标识符MT 消息类型IEI 信息单元标识符该消息的剩余部分包括键盘值(0～9，#，*)，它是由DTMF检测器16a检测的DTMF信号确定的。然后这个消息通过蜂窝网被前向传送到移动电话机20。
根据本发明的一个方面，任选的DTMF确认消息可以从移动电话机20发送到DTMF信号发生器16b。如果在已发送开始/停止DTMF消息后的预定时间期间内未收到确认消息，DTMF消息发生器16b就会重新发送这个DTMF消息。
现在来看图4，它更详尽地说明了图2的实施例。这个说明也是从图5的GSM蜂窝系统11的角度进行的，但它可适用于许多数字蜂窝系统(即包括话音代码转换器的系统)。
在MSC16和BSS18之间有一个可用的64kb/s PCM数据和信令连接器19，它例如在每个2MB线路上有32个PCM时隙。一般地32个时隙中的一个或多个时隙被保留用作双向信令，而剩下的时隙传送常规的PCM音频(例如话音)信息。TRC22可以包括回波消除功能23和一个适当的话音代码转换器(编码器/解码器)25，它用来(在下行链路上)压缩话音并把压缩后的话音组成帧或者信息包。MS20包括一个对应的代码转换器，用来解压被压缩的话音并把它转换成模拟话音信号以便驱动MS20的扬声器。
根据本发明的这个实施例，DTMF检测器18b被放置在TRC22中，用来从PCM输入端19检测DTMF信号。正如前文所述，DTMF检测器18b可以用常规的软件或硬件技术来实现。如果使用通过MSC16来传送信号(前面提到的第二种技术)，则DTMF信令发生器18C生成开始/停止DTMF消息，这些消息在总线22b上输出到MSC16。然后MSC16通过信令(与话音相对)信道将开始/停止DTMF消息发送到MS20，正如第一实施例那样。这和前面对于图1和图3的描述一样。来自MS20的任选的确认消息通过一个上行链路信令信道到达，并在MSC16中被检测，随后通过总线22b被提供给DTMF信令发生器18C。
对于TRC22的话音代码转换器25与MS20的对应话音代码转换器之间带内信令的情况(前面提到的第一种技术)，DTMF信令发生器18C产生一个预定编码的话音帧(码字)，这个帧是保留用于话音代码转换器之间的带内信令。这个码字包括DTMF键盘值并通过路径22C(虚线所示)在DTMF信令发生器18C和话音代码转换器25之间传递。码字帧随后通过一条下行链路话音无线信道传送出去并由MS20中的话音解码器20a检测。作为响应，MS20启动或终止本地指定的DTMF信号音的产生。来自MS20的任选的DTMF确认消息在带内产生并用其它的预定的码字在上行链路话音信道上传输。上行链路带内确认消息在话音代码转换器25中被检测并通过总线22C传递到DTMF信令发生器18C。
图6以一个简化的方框图形式说明MS20。MS20包括耦合到接收机32/解调器32a和发射机34/调制器34a的一个天线30。解调器32a的输出信号被输入到控制器36，这个控制器36是作为一个数字信号处理器(DSP)和微控制器单元(MCU)实现的。解调器32a也可以合并到DSP里。当按照前面叙述的第一种技术(即带外信令)运行时，控制器36识别通过下行链路信令无线信道接收到的开始/停止DTMF消息。响应与DTMF有关的消息的接收，控制器36控制DTMF信号音发生器42启动和终止DTMF信号音的产生，该信号音对应于键盘信息，它形成下行链路DTMF消息的一部分。在图示的实施例中，DTMF发生器42通过一个数字/模拟(D/A)转换器46为扬声器44的输入端提供一个DTMF信号音。任何可以连接在这个点上的辅助设备43诸如传真机或应答机能够接收DTMF信号音。作为一种选择，DTMF信号音发生器42可以合并在控制器36里，这样它就可以以数字的形式向D/A转换器46输出DTMF信号音信号。可任选地，控制器36产生一个DTMF确认消息(ACK)，它被输入到发射机34。键盘50被耦合到控制器36并使得上行链路DTMF传输以传统的方式进行。从这个角度考虑，可以参考前面提到的GSM技术规范的那些部分。MS20也可以包括一个合适的显示器38，话筒48和存储器52，这个存储器用来存储电话机运行程序NAM和操作MS20所需要的任何其它数据。存储器52最好由一些存储器诸如ROM、RAM和非易失性存储器组成。
根据如上所述的第二种技术(即带内信令)并假设还以控制器36的DSP部分实现话音代码转换器20a，输入的DTMF消息是作为插入在下行链路话音信道的编码话音帧中的预定码字被检测。当一个DTMF消息已被检测之后，DTMF信号音发生器42就会相应地被激活或使无效。
应该认识到本发明的教导适用于多种多样的蜂窝无线传输协议、调制方案和接入技术。例如本发明的教导同样适用于时分多址(TDMA)系统和扩频(SS)系统，包括码分多址(CDMS)SS系统。
应该进一步认识到可以实行上述教导的许多种变化。例如在移动站到移动站呼叫的情况下，第一移动站(移动站1)向第二移动站(移动站2)发送DTMF信号音信号。在本例中，从移动站1到蜂窝网(基站和交换机)的DTMF信号音称为DTMF1，而从网络到移动站2的DTMF信号音称为DTMF2。在这种情况下，如在GSM中DTMF1典型地是随信令消息一起发送的。该网络识别出信令消息并提取在信号中发送的DTMF数字。然后该网络(即基站或交换机)在它的信令发生器(图1中的16b和图2中的18c)中产生需要的DTMF2信令，向移动站传送。这种工作模式适用于上述两种实施例。
因此，尽管本发明已具体地示出了并参照其目前的优选实施例进行了说明，但是本领域的技术人员懂得，这项发明的形式和细节都可以做出一些变化而不脱离它的范围和精神。
权利要求
1.一种无线电话系统，包括与网络双向耦合和也与蜂窝电话网双向耦合的一个接口，所述的接口包括用于检测接收来自该网络的DTMF信号开始的装置；用于构成第一消息的装置，第一消息指示对应于检测的DTMF信号开始的网络电话键盘的一个键；和通过蜂窝电话网的无线信道传送第一消息的装置；和一个无线电话系统，所说无线电话系统包括一个接收机用来接收来自无线信道的第一消息，该无线电话机还包括对接收的第一消息作出响应进而产生相应的DTMF音频信号音的装置。
2.根据权利要求1的无线电话系统，其中所述接口还包括用于检测接收来自网络的DTMF信号终止的装置；其中所述消息构成装置响应地构成一个第二消息，用于指示对应于检测的DTMF信号终止的网络电话键盘的键；和其中所述的传送装置通过无线信道传送第二消息；以及其中所述发生装置对接收的第二消息作出响应，终止相应的DTMF音频信号的产生。
3.根据权利要求2的上述无线电话系统，其中所述无线电话机还包括产生用于确认接收到第一个消息的第一个确认消息，并产生用于确认收到第二个消息的第二个确认消息的装置；以及通过无线信道将第一和第二确认消息传送到所述接口装置的装置。
4.根据权利要求1的无线电话系统，其中所述接口装置包括双向连接到该网络的一个移动交换中心；和与所述移动交换中心和蜂窝电话网络双向连接的一个基站子系统；其中所述检测装置和所述消息构成装置放置在所述移动交换中心内，和其中所述第一消息通过无线信令信道传送。
5.根据权利要求1的无线电话系统，其中所述接口装置包括与该网络双向连接的移动交换中心；与所述移动交换中心和所述蜂窝电话网双向连接的基站子系统；其中所述检测装置和所述消息构成装置放置在所述基站子系统内，和其中所述第一消息通过无线话音信道传送。
6.根据权利要求5的无线电话系统，其中所述检测装置和所述消息构成装置放置在所述基站子系统的话音代码转换器内，和其中所述第一消息在话音数据帧内传送。
7.根据权利要求1的无线电话系统，其中所述接口装置包括与该网络双向连接的一个移动交换中心；和与所述移动交换中心和所述蜂窝电话网双向连接的一个基站子系统；其中至少所述消息构成装置放置在所述基站子系统中，其中所述第一消息从所述消息构成装置输出到所述移动交换中心，并且其中所述第一消息通过所述基站子系统从所述移动交换中心输出并由无线信令信道传送。
8.一种无线电话机包括一个接收机，用来接收来自无线信道的包括消息的信息；产生相应DTMF音频信号音的装置，它响应第一消息开始产生相应于多个电话机键盘按键的一个特定的键的DTMF信号音信号。
9.根据权利要求8的无线电话机，其中所述发生装置还对终止与多个电话键盘按键的一个特定按键对应的DTMF信号音信号的产生的第二消息作出响应，以终止该对应DTMF音频信号音的产生。
10.根据权利要求9的无线电话机，其中所述无线电话机还包括产生用于确认接收到第一消息的第一确认消息，并产生用于确认接收到第二消息的第二确认消息的装置；通过无线信道传送第一和第二确认消息的装置。
11.根据权利要求9的无线电话机，其中所述第一和第二消息在将信令信息传送到所述无线电话机的无线信道上接收。
12.根据权利要求9的无线电话机，其中所述第一和第二消息在传送编码的话音信息帧到所述无线电话机的无线信道接收。
13.根据权利要求12的无线电话机，其中无线电话机包括一个话音解码器，用于解码已编码的话音，和其中所述第一和第二消息是在所述话音解码器接收的帧中传送的。
14.一种操作无线电话系统的方法，包括以下步骤检测接收来自公共交换电话网的DTMF信号的开始；构成一个第一消息，用于指示对应于检测的DTMF信号的开始的PSTN电话键盘的一个键；由无线信道传送第一消息；用无线电话机接收来自该无线信道的第一消息；响应接收到的第一消息，用无线电话机产生一个对应的DTMF音频信号音；检测接收来自公共电话交换网的DTMF信号的终止；构成一个第二消息，用于指示对应于检测到的DTMF信号终止的PSTN电话键盘的一个键；通过无线信道传送第二消息；用无线电话机从无线信道接收第二消息；响应接收的第二消息，用无线电话机终止对应DTMF音频信号音的产生。
15.根据权利要求14的方法，其中产生和终止步骤的每个步骤包括下列步骤产生用于确认接收到来自无线信道的消息的一个确认消息；从无线电话机通过无线信道传送确认消息。
16.根据权利要求15的方法，其中的第一和第二消息通过用于将信令信息传送到该无线电话机的无线信道接收，和其中确认消息通过用来传送来自无线电话机的信令信息的无线信道传送。
17.根据权利要求15的方法，其中的第一和第二消息通过用来传送编码的话音信息到该无线电话机的无线信道传送，以及其中确认消息通过用来传送来自无线电话机的编码话音信息的无线信道传送。
18.根据权利要求14的方法，其中检测和构成的步骤由与公共交换电话网相连的移动交换中心完成，而其中传送的步骤由连接在移动交换中心和该无线信道之间的基站子系统完成。
19.根据权利要求14的方法，其中检测、构成和传送的步骤由通过移动交换中心与公共交换电话网相连的基站子系统完成。
20.根据权利要求19的方法，其中检测、构成和传送的步骤是由通过移动交换中心与公共交换电话网相连的基站子系统完成的，其中构成步骤包括通过移动交换中心并从移动交换中心传送构成的第一和第二消息到基站子系统的步骤。
21.一种操作无线电话系统的方法，包括以下步骤用第一无线电话机产生一个DTMF信号音信号；该DTMF信号音信号作为第一DTMF信令消息传送到蜂窝网；在蜂窝网从第一DTMF信令消息提取DTMF信号音信号；该DTMF信号音信号作为第二DTMF信令消息从蜂窝网传送到第二无线电话机；在在第二无线电话机从第二DTMF信令消息中提取DTMF信号音信号；响应提取出的DTMF音频信号，用第二无线电话机产生对应的DTMF音频信号音。
全文摘要
操作无线电话系统的方法及按该方法操作的无线电话系统。该方法检测接收来自公共交换电话网的DTMF信号的开始；构成第一消息；通过无线信道传送第一消息；用无线电话机接收第一消息；响应第一消息，在话机内产生对应的DTMF信号音。还包括检测接收DTMF信号的结束；构成第二消息；通过无线信道传送第二消息；用无线电话机接收第二消息；和响应第二消息，在话机内终止相应DTMF信号音的产生。
文档编号H04M11/00GK1159722SQ9612326
公开日1997年9月17日 申请日期1996年12月20日 优先权日1995年12月21日
发明者J·哈格威斯特, J·E·麦阿蒂尔 申请人:诺基亚流动电话有限公司