CN1310544A - 多功能isdn数字电话机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多功能ISDN数字电话机,包括模拟输入端、音频接口模块、U接口模块、串行接口模块、键盘模块、供电模块、存储器以及CPU,CPU还通过终端适配程序模块、计费程序模块控制以上模块实现呼叫控制信令的收发、计费信息的传送与处理、AT指令和串口数据的处理。本发明以ISDN数字电话机为基础,将数字电话机、NT1和TA等多种功能集于一体,为终端用户带来巨大的便利。

Description

多功能ISDN数字电话机

本发明涉及综合服务数字网络(以下称ISDN)的终端设备，更具体的说涉及一种多功能的ISDN数字电话机。

ISDN是在模拟制电话系统构架基础上推出的综合业务数字网，目的是同时向客户提供拨号的电话话音和其他数据业务。ISDN使用了在传统双绞线上的全双工数字传输技术，ISDN应用的相关接口主要有三种，如图1所示。

(1)U接口：定义ISDN交换机到第一类网络终端(以下称NT1)的关系；NT1主要功能是将ISDN网络所提供的U接口转换为S/T接口，以连接多台ISDN终端设备TE1。

(2)S/T接口：定义NT1与ISDN终端设备TE1的关系；ISDN终端设备TE1有诸如数字电话(ISDN Phone)、可视电话(Video Phone)、G4传真机。

(3)R接口：泛指非ISDN设备TE2与终端适配器(以下称TA)之间的接口；非ISDN设备TE2有诸如电脑、传统电话机、G3传真机等。由以上可知，ISDN设备多种多样：NT1、TA、ISDN电话机、可视电话等等。但是目前的各种终端设备的应用目的比较单纯，功能相对单一，而且需要通过正确的连接组合才能正常工作。如图1，常见的数字电话机(TE1)需要通过S/T接口和NT1连接，再利用NT1的U接口与ISDN网络相连，这样才能使用ISDN的电话业务；若要让计算机(TE2)上网，则还需连接终端适配器TA，如中国专利ZL90103466.5提出的一种终端适配器，具有加密解密和调制解调器的仿真功能，这是一个典型的功能单纯的ISDN终端设备。中国专利96105962.1提出的ISDN电话机，虽具有多种功能，但只能插上S/T接口，即还需要借助NT1才可以与ISDN网络相连。

另外，专用NT1设备有不同类的多个接口且外型相似，不小心很容易接错。因此，用户不仅需要购买各种终端设备，而且需要正确的物理连接，才能享用ISDN提供的业务，这给非专业技术人员的用户造成极大不便。

为了能够节省用户资源，达到一机多用的目的，并提供一些对终端用户而言有较高实用价值的功能，本发明提出一种多功能ISDN数字电话机。

该多功能ISDN数字电话机以ISDN数字电话机为基础，将数字电话机、NT1和TA等多种功能集于一体，除了具有一般的ISDN数字电话机所具有的主要语音功能及附加功能外，还提供U接口和数据传输功能。

为了实现上述目的，本发明的多功能ISDN数字电话机，包括：

模拟输入端，用以将声音信号转换成模拟音频信号再输入音频接口模块；且将音频接口模块传送来的模拟音频信号转换成声音信号；

音频接口模块，用以将模拟输入端送出的模拟音频信号转换为数字信号，再传送给中央处理器CPU，且将CPU传来的数字信号转换为模拟音频信号，再送至模拟输入端，该模块为基本的语音通讯功能提供硬件支持；

键盘模块，用以获知用户从数字键输入的号码或其他功能键信息；

供电模块，用以为ISDN电话机提供电源；

中央处理器CPU，用以发出命令并协调控制上述模块；

存储器，用以存储供CPU取还的命令序列；其特征在于，还包括：

U接口模块，用以实现原始ISDN数据信号到U参考点要求的数据信号方式的转换，再送给CPU，且实现CPU传来的数据信号到ISDN数据信号的转换。

串行接口模块，用以在计算机与ISDN电话机之间传送数据；

终端适配程序模块，其运行于CPU之上，用以处理从串行接口模块送出的数据信号，处理后的信号传送给U接口模块，且将U接口模块传来的数据信号处理后，再传送给串行接口模块；

上述终端适配程序模块包括指令分析模块、D通道协议模块、SCC(串行通信通道)控制模块、速率匹配模块。

本发明的另一个特征在于，还包括计费程序模块，用以实现ISDN电话机与远端计费中心之间的信息传送和处理。

本发明集中实现了数字电话机、自动远端集中计费和上网三种功能。其一，该终端全面覆盖了一般数字电话机的所有功能，很好地完成语音通话等任务；其二，通过实现远端集中计费系统的实现，收费标准和话费的计算均在远程局方进行，限制了可能的公用电话的管理员向用户随意收费现象，可被用为公共计费电话机；其三，由于该终端集成了NT1和TA的功能，于是计算机可以直接通过该终端接入ISDN网，不需要任何其他的设备。

集成NT1的功能为终端用户，特别是普通家庭带来的巨大的便利。本发明涉及的ISDN数字电话机对外只提供两个接口，一个接ISDN网络，另一个接计算机。用户只需要购置一个电话机(无须另购专用NT1设备)，按照一般电话机的方式安装，就可以使用包括传统话音通讯在内的数字终端的多种功能。集成的方式也相对减少了其他的技术问题的产生，比如连接线物理损伤、NT1不能正常激活和多个接口的接触不良等问题，提高系统的稳定性。

下面结合附图和实施例，进一步对本发明进行描述。

图1是ISDN的用户网络连接的基本配置示意图；

图2是本发明ISDN数字电话机的硬件构成示意图；

图3是本发明数字电话机与其他通信设备、通信网络的联系示意图；

图4是本发明一次成功的远端计费的全过程示意图；

图5是本发明实现TA功能呼叫控制基本过程示意图；

图6是本发明实现TA功能数据传输的基本过程的示意图。

如图2所示，本发明多功能数字电话机包括音频接口模块202、U接口模块203、RS-232接口模块205、LCD模块206、键盘模块207、存储器208，这些模块均与中央处理器CPU 209连接并接受其控制管理，本发明还包括模拟输入端201和供电模块204，模拟输入端201与音频接口模块202相连，供电模块204与U接口模块203连接。

1)中央处理器CPU209和存储器208

本发明数字电话机的CPU由嵌入式内核、带有RISC微处理器的通讯处理单元(CP)以及外围模块组成，集成了多种通讯协议，以便于实现多种功能。同时在电话机中加入存储器208，这使得许多功能可方便地通过软件实现。

2)音频接口模块202和模拟输入端201

音频接口模块202提供最基本的语音通讯功能，支持模拟信号输入端201。模拟信号输入端201包括电话机听筒、头戴式话筒耳机或麦克风，使用者藉由模拟输入端201，将声音信号处理成模拟音频信号，传送至音频接口模块202，然后将模拟音频信号转换成数字信号，再送至中央处理器209；或者反向操作，将数字信号经音频接口模块202和模拟输入端201处理成声音信号。

音频接口模块202从内部结构可以划分为三个部分：

●模拟前端，完成模拟输入输出信号的接入，放大和A/D,D/A变换。

●数字前端，对从模拟前端来的双向信号进行数字信号处理，包括数字滤波，数字放大。

●数字接口，不仅包括PCM语音信号的接口，还包括内部寄存器与外部主控单元之间的接口。

3)U接口模块203

通过对U接口模块203的使用，在电话机中把NT1的主要功能集成进去，可以直接外接ISDN网211的U接口。

在T1.601中规定了物理层的U接口使用四电平编码，也即在译码时依据某个电平不同的极性和电压值的高低来表示用两位二进制数表示的一个四进制数。为了兼容现有线路，需要在一对线上实现全双工的信息传送。

U接口模块为本发明提供2B+D的“U”接口用户线连接，U接口模块在本发明中主要完成以下工作：·与ISDN交换机之间的物理层信号传输。采用2B1Q回波抑制的编解码和传输技术，符合ANSI T1.601标准规范要求。·“U”接口的激活/去激活管理。·“U”接口的操作维护功能和EOC(嵌入操作维护通道)支持。

U接口模块203和中央处理器209的相互配合，实现了原始数据到符合ITU-T规定的U参考点数据信号方式的转换，同时针对U接口的要求进行速率匹配。

4)RS-232接口模块204

RS-232接口模块一方面为本发明提供了本地的操作维护的接口(即串行接口，也是上述R接口)和向终端管理者输出计费数据；另一方面则当数字电话机作为数据通讯工具时外接计算机系统210，用于同计算机进行信息交流的通道，为实现上网功能服务。

本发明的CPU209可通过集成于其中的串行通信通道SCC支持UART异步通信协议。加上外置的一个RS-232驱动芯片就可进行RS-232串口通讯。本模块相对简单。

5)显示器模块206、键盘模块207、供电模块204

显示器模块206负责LCD显示屏上的信息显示；键盘模块207通过扫描获知用户从终端数字键输入的号码或其他功能键信息；供电模块204为数字电话机提供两个供电电源，正常工作时同时存在，即：a．交换机经“U”接口通过用户线以远供电方式向终端提供的电源；b．本地电源(市电或电池)也向终端提供电源。

本发明的数字电话机对外只提供了两个接口，如图2、图3所示，一个接口外接ISDN网络，一个接口外接计算机系统。图3显示了该多功能数字电话机的输入输出接口，以及在通讯网中所处的位置和起到的作用。从图3中可以看到，它的一个RJ11端口2(属内部接口)是电话听筒为普通用户提供ISDN电话业务，同时还提供串行通信口1可以连接计算机，另一端是U接口3与ISDN网相连，为以上设备连入ISDN网络提供服务。

下面将对以上硬件如何协调实现本发明的三大功能进行详细的叙述。·语音通讯控制

支持语音通讯是该电话机的一大基本功能，按照ITU-T的建议，这样的软件要遵循DSS1的建议。整个软件实际上就是对有限状态自动机的实现。软件分为包括相当于用户应用层、DSS1网络层、数据链路层的多个层次。每一层的工作都是通过不同的状态在相应消息的激励下进行相应的工作并相互转换。具体的状态设置和消息的处理请参见Q.920-Q.930和Q.930-Q.940建议，这里就不再赘述。

在具体的实现中，键盘模块207将用户按键的输入以中断的方式传送到CPU209；利用CPU209和存储模块208的资源将这样的消息所反映的用户需求依据DSS1的规定经过层层加工得到传向网络的实现呼叫控制的数据流；这样的数据流经过U接口模块203的处理得到最终的可以在ISDN网络上传输的信号，从而实现语音通讯的控制。

在建立了正确的呼叫控制之后，可以开通B通道，利用音频接口模块202语音信息经过数字滤波和放大用于语音通信。音频接口支持模拟输出，其中一个可驱动一个50欧姆扬声器发声。·实现远端计费

实现远端集中计费是本发明的又一个特点。

ISDN网络拥有B通道和D通道两类通道，其中后者专门用于传输信令，由于拥有专门通道所以可以通过它传送复杂的信令信号。

本部分在实际上是同上面的部分结合在一起的，区别在于在相当于网络层的层次上选用了X.25分组交换技术，这是由于话费信息具有一定的突发性质并且通信量较小，采用运行于ISDN上的X.25分组交换的方式实现电话机与远端交换局计费中心的信息传递比较合理。在应用层上增加了对传递的话费记录的格式识别和结果的显示与打印(打印可以通过图3中串行口1将信息传递到相连的计算机上，并打印输出)。

实现远端计费整个过程中，各层次是这样协调工作的(图4表示了一次成功的计费的全过程)：

在一次通话结束后，本地电话的用户应用层模块的计费部分向计费中心的X.25分组模块发“建立”(SetupX25)消息。后者如建立X.25通道成功，向前者传回“建立成功”(SetupX25Succ)消息，并返回逻辑信道号，如不成功，则回“建立失败”(SetupX25Fail)消息及失败原因。

前者在收到SetupX25Succ消息后，向后者发计费请求消息，向计费中心请求话单。计费请求消息应包括通话双方的号码和通话的起始和终止时间。

计费中心在收到这样的请求之后，通过在通话数据库中的查询得到相关通话的计费结果信息，也以X.25分组发回，计费信息结果信息应包括，通话的双方号码、时间、采用的费率和话费总额。

后者在从下层收到源自计费中心的包含话费信息的X.25数据分组后，交前者解读话费信息结构进行进一步处理(显示或打印)。

在具体的实现中，终端管理员在一次通话结束后按下计费按键，键盘模块207截获这样按键行为以中断形式传送给CPU209，在这样的消息的激发下转向负责计费工作的程序模块，该程序模块组织数据，完成上面描述的X.25通道的建立和X.25分组数据的交换，这些数据经过U接口模块203的转化之后成为可以在ISDN网络上传送的信号。·实现上网功能

本发明ISDN数字电话机可以用作ISDN的TA使用，在加上集成的NT1功能，所以该终端可直接连至ISDN U接口双绞线。为实现此功能，通过RS232模块205提供了串行接口，可以与计算机机相连。在计算机一方看来，该数字电话机所起到的作用与一个外置调制解调器(以下称Modem)相仿。

本发明的又一个特点是，TA功能的实现主要通过程序实现，硬件方面的只是加上了串行通信口和其控制芯片(即RS-232接口模块)。TA功能的实现主要由终端适配程序模块完成下面的工作：1)实现D通道协议

由于本发明数字电话机将TA和话音通讯集成在一起，用于呼叫处理的D通道协议实现模块是复用的。该模块我们已经在前面作了说明，这里不再重复。在D通道进行呼叫并建立起有效的B通道后，数据通信才在B通道协议的支持下开始进行。对D通道协议的实现必须符合Q.931、Q.921(统称DSS1)规范要求。详细过程请参照CCITT相应的建议。2)串行口指令接口

TA通过串行口与PC连接，PC机需要对TA进行控制，如参数设置、拨号等。对于PC而言，TA所扮演的角色与Modem一模一样，对于用户而言，在操作上Modem与TA的差异也不大，Hayes AT指令集是串行口上最普及的拨号工具，每家Modem厂商都提供AT指令集，因此该数字电话机也要提供AT指令集。AT命令集的指令是以“AT”为前缀的字串，例如“ATD870001”表示拨号命令，对方的号码为870001。为支持AT指令集，工作分为两个步骤：首先对来自于串口表征AT命令字串的数据进行分析，得到命令的类别和所带的参数；接着将这样的命令转换为完成相应功能ISDN网的呼叫控制消息或者按照要求对数据传输的属性进行设置。还以上面的例子AT命令“ATD870001”为例，经数据分析后得到这是一个要求拨号的命令，其参数为拨叫的目的号码870001，下一步程序将其转换为呼叫控制消息“Setup”，并将号码写入消息中对应的被叫号码信息单元，经过U接口模块的处理后发向ISDN网络。3)速率适配

PC机可以两种方式通过串行口传送数据，即异步(Asyns)和同步(Sync)方式，若利用一个B通道传输数据，同步传输可达64Kbps，异步传输速率是57.6Kbps。若以两个B通道传输，同步的传输速率可达128Kbps，异步的传输速率是115.2Kbps。为了使串行口上非64Kbps的数据流在64Kbps的ISDN B通道上传输，数字电话机就需要进行速率适配，支持ITU目前提供的两种ISDN的速率适配协议，V.110和V.120。进行速率匹配的基本方法是添加bit法，从不同的初始速率到最终的速率64Kbps或128Kbps需要遵从不同的规范，这样的规范在V.110和V.120之中有详细的规定。对于来自与串口的数据，当其数据速率小于48Kbps时，速率匹配工作可以分为两个过程：

1．在CPU上运行的进行速率匹配的程序模块将读取来自串口的速率为2ⁿ×600bps的数据并按照协议要求通过重复数据位和添加控制位的方法将数据重新构建从而使速率达到2ⁿ×8kbps；

2．接下来再依照协议要求还是通过类似的过程将数据速率进一步转换为64Kbps或128Kbps。

当来自于串口的数据速率为48Kbps或56Kbps时，直接通过添加bit的方法将速率一步调整为64Kbps。

具体的添加规范见V.110和V.120协议。举例来说，欲将56Kbps调整为64Kbps，程序在原始数据的每7个bit之后自动加入一位1，从而达到速率匹配的目的。

为了实现速率的匹配实际上增加了许多多余的数据，在传输数据的对方，再按照协议的要求将经过加工的包含大量多余位的数据还原为原始的数据。4)异步PPP到同步PPP转换

PPP(Point to point protocol，点对点协议)是一个由IETE(InternetEngineering Task Force)制订的用于点对点之间的数据链路层协议。

虽然PPP一开始主要用于专线或模拟线路，但PPP在ISDN的应用也是一样的顺畅自然，而且几乎所有的ISP(Internet Services Provider，网络服务提供者)都提供PPP供用户连接用。

正如PC机串行口有异步和同步两种方式，PPP也有同步和异步之分

异步PPP：基于Byte的PPP

同步PPP：基于Bit的PPP

因为到目前为止，大部分通信软件把TA视为外接式Modem，受限于通信软件只支持异步PPP,TA与PC间的传输也多是异步PPP，而ISDN网络是64Kbps的同步信道，因此TA软件需要支持异步PPP到同步PPP的转换。

基于Byte的异步方式以Byte为基本单位，在每个Byte的首尾分别有起始bit和终止bit其中间为有效数据bit。前面提到本发明的CPU可通过集成于其中的串行通信通道SCC支持UART异步通信协议，将异步方式转换到同步方式的模块的工作只是通过正确的设置CPU中控制该SCC的寄存器，就可以从该SCC得到同步化的数据，同样经过该SCC发送的数据也可成为异步方式。

图5给出了本发明实现从AT命令到ISDN呼叫控制的基本过程。

首先通过串行口及其控制电路205得到来自计算机210的AT指令串，CPU209通过串行通信通道SCC得到这样的信息，运行于CPU上的指令分析模块215对之进行语法分析之后转换成为功能相等的符合ITU_T标准的呼叫控制信令或信令序列，之后利用实现D通道协议的模块216将这样的信令序列，经U接口模块203转换发送到ISDN网络211，实现拨号上网。

图6给出了本发明实现上网功能、进行数字通信的基本过程。

图6表示的是计算机210通过该多功能数字电话机和ISDN网络211进行数据传送时的情形。从计算机210来的低速的异步数据流经串行口及其控制电路205进入CPU 209的串行通信通道SCC，该SCC在控制模块217控制之下将异步数据流去掉其中的起始、终止bit进行同步化，再将经处理的数据传送进入速率匹配模块218，该模块插入比特将数据扩充并组织成同步64Kbps数据桢，最后经U接口模块203的处理以四电平码的方式离开多功能数字电话机系统进入ISDN网络211。

上述数据传输的过程反之亦然，这样就实现了计算机与ISDN网络之间的双向信息交流，即实现了上网功能。

由以上可知，终端适配程序模块主要包括指令分析模块、D通道协议模块、SCC(串行通信通道)控制模块和速率匹配模块。

本发明实现了呼叫控制信令的收发、计费信息传送和处理、AT指令和串口数据的处理，将数字电话机、远程计费器和TA集成在一起，实现了一机多用，照顾了终端管理者和终端最终用户两方面的利益。

Claims (6)

1、一种多功能ISDN数字电话机，包括：

模拟输入端(201)，用以将声音信号转换成模拟音频信号再输入音频接口模块；且将音频接口模块传送来的模拟音频信号转换成声音信号；

音频接口模块(202)，用以将模拟输入端送出的模拟音频信号转换为数字信号，再传送给中央处理器CPU，且将CPU传来的数字信号转换为模拟音频信号，再送至模拟输入端，该模块为基本的语音通讯功能提供硬件支持；

键盘模块(207)，用以获知用户从数字键输入的号码或其他功能键信息；

供电模块(204)，用以为ISDN电话机提供电源；

中央处理器CPU(209)，用以发出命令并协调控制上述模块；

存储器(208)，用以存储供CPU取还的命令序列；其特征在于，还包括：

U接口模块(203)，用以实现原始ISDN数据信号到U参考点要求的数据信号方式的转换，再送给CPU，且实现CPU传来的数据信号到ISDN数据信号的转换；

串行接口模块(205)，用以在计算机与ISDN电话机之间传送数据；

终端适配程序模块，其运行于CPU之上，用以处理从串行接口模块送出的数据信号，处理后的信号传送给U接口模块，且将U接口模块传来的数据信号处理后，再传送给串行接口模块。

2、如权利要求1所述的多功能ISDN数字电话机，其特征在于，所述供电模块(204)为ISDN数字电话机提供两个供电电源：①经U接口来自交换机的远供电源；②本地电源(市电或电池)。

3、如权利要求1或2所述的多功能ISDN数字电话机，其特征在于，还包括显示器模块(206)。

4、如权利要求3所述的多功能ISDN数字电话机，其特征在于，所述终端适配程序模块包括指令分析模块(215)、D通道协议模块(216)、SCC(串行通信通道)控制模块(217)、速率匹配模块(218)。

5、如权利要求4所述的多功能ISDN数字电话机，其特征在于，还包括计费程序模块，用以实现ISDN电话机与远端计费中心之间的信息传送和处理。

6、如权利要求5所述的多功能ISDN数字电话机，其特征在于，所述计费程序模块在网络层的层次上选用了X.25分组交换方式，在应用层上增加了对传递的话费记录的格式识别和结果的显示与打印。

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