CN1076565A - 利用音频能量电平检测链路中断的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种噪声指示器，适合用于射频通信设备中，通 过在一段短的时间周期对信号的能量电平进行取样 来检测射频链路的中断。因此，输出到基站的电信接 口或手机的扬声器的音频信号能够响应于由噪声检 测器检测的链路中断，由来自控制器的信号予以静 噪。无线通信设备经接收机电路接收射频信号，在一 段预定时间周期(N)取样所接收的信号，以测量多个 信号能量电平，并根据多个信号能量电平的平均值超 过或未超过一个预定的阈值来确定射频链路中断或 未中断。

Description

一般来讲，本发明涉及无线通信技术，具体来讲，是涉及用于检测射频链路中断的方法和设备。

第二代无绳电话（CT-2）的公用空中接口（CAI）描述了用于第二代无绳电话发送和接收数字化声音和控制数据的协议。CT-2手机经受话器接收模拟的话音信号，变换该模拟话音信号为数字化的话音信号，压缩该数字话音信号，将该压缩后的信号调制在一个射频上，和通过天线发送该已调射频信号。所发射的射频信号被附近的一个基站接收，在该基站中该数字信号被变换为模拟信号或保持数字形式以便于数字交换设备。最后，该信号被传送到目的电话机。当类似的信号是从该目的电话机接收时，电话信号在相反的方向经受相同的处理。基站发送一个数字射频信号到手机，该手机经天线进行接收、解调、去压缩、和变换为模拟话音信号，该话音信号驱动在手机中的一个扬声器。

数字是以每两毫秒发送一毫秒脉冲串的方式发送的，该脉冲串的每个帧含有16个4比特自适当差分脉冲编码调制（ADPCM）的样值和或两比特或四比特的控制数据。发送到基站和从基站接收的发送和接收信号是在乒乓通信方式中分组进行的。CAI规定了该分组信息的一部分包括信令信息，而信令信息包括诸如，呼叫建立、终端请求和交换信息。对于信号接收来说，一个信息组被接收、解调、由ADPCM解码器处理、从数字PCM变换为模拟信号，而后提供给扬声器。

在CT-2无绳电话系统中，手机与基站建立一条数字链路。该链路一般保持到此次呼叫完毕。在某些情况下，手机和基站之间的链路在呼叫期间可能失掉或中断。例如，如果用户将手机带出该基站的范围，则该链路可能失掉。结果，由于所接收的数据的随机性，故向扬声器提供了高电平的白噪声，直至该链路中断被检测到和噪声被静噪。这种噪声极大的干扰了常规电话或手机耳机的用户。

通常的模拟系统依靠接收信号的强度检测去静噪音频电路。不幸的是，在诸如CT-2这样的数字系统中，失掉载波不仅仅是失掉数据的源。此外，失掉帧同步也将导致链路（和数据）的失掉。接收信号的帧同步唯独是在链路建立时建立起来的。如果帧同步失掉了，曾经建立的链路也要失掉。如果同步失掉，所接收的数据也变得无意义和随机的了。因为以随机的和无意义的方式接收的数据，利用载波检测作为静噪控制是不可能的，这是由于在可以接受的场强电平期间也可能发生失去同步。所接收的随机数据由ADPCM编解码器变换为模拟信号时，将变换为一般低于最高电平3dB至6dB的白噪声。

近来，由CAI协议用作检测链路丢失的唯一方法是缺少交换消息。交换消息的传输周期可以长达数秒。缩短检测时间的一种办法是迫使基站与手机之间周期性通信，这种办法导致检测时间缩短为数百毫微秒。尽管如此，当链路中断时，用户仍可以听到很长的噪声。迫使“D”（控制）信道通信将提供数百毫微秒数量级的静噪时间间隔。这是由于基于各码字是码长80比特和以1千比特/秒（最高1.2千比特/秒）或80毫秒/码字传输这个事实。因为单个比特将提供码字无效（CRC差错），算法应当要求在静噪前失掉两个到三个码字的最低值为度（1%到2%的比特差错将引起在音频信道中轻微的喀呖的噪声）。

因此，所需要的是一种适合用于射频通信设备中的噪声检测器，以便迅速地检测到射频链路的中断，以使该射频通信设备的音频输出能够被以最小的音频噪声予以静噪。

以一种形式实现本发明的目的是提供一种射频通信设备，用来经一条射频链路接收一个射频（RF）信号。该射频通信设备由下述各装置组成，用于接收射频信号的接收装置，连接到该接收装置用来对该接收信号进行取样并在整个一个预定时间周期上测量多个信号能量电平的信号取样装置，和连接到信号取样装置的确定装置，该装置根据多个信号能量电平的一个平均值超过或未超过一个预定的阈值来确定射频链路是否中断。

图1是按照本发明的无绳电话通信系统的图。

图2是按照本发明图1的无绳电话通信系统的基站框图。

图3是按照本发明的图1的通信系统的无绳电话手机的框图。

图4是按照本发明的图2和图3的噪声检测器的工作流程图。

参照图1，CT-2（第二代无绳电话）通信系统10包括多个无绳电话接入基站12、14、16，以便允许CT-2手机20、22发出呼叫。这些呼叫通过公用电话交换网28，经所建立的连接28a、28b与常规的电话24、26进行通信。为了对该CT-2通信系统10进行维护管理和为了对由于手机20、22所发出的呼叫进行计算，网路控制器30通过公用电话交换网28分别经连接28c、28d和28e与无绳电话接入基站12、14和16进行通信。下面参照图2，图中表示按照本发明的CT-2基站。按照CT-2协议，手机20、22（图1）与基站12之间的电话信号是用半双工或者乓乒方式，以数字形式分组接收和发送的。本文所用的术语“信号”是指随时间变化的电信号。术语“数字信号”是指信号的数字样值序列。“数据组”（packet）包括数字信号的一部分，或也可以是，与数字信令比特一起的电话信号的规定数目的数字样值。

电信接口40与公用电话交换网（PSTN）28相连，用来向PSTN发送模拟信号和从PSTN接收模拟电话信号。电信接口40与脉冲编码调制（PCM）编解码器42相连。PCM编解码器42将来自电信接口40的接收模拟信号变换为数字信号，反之，将数字PCM信号变换为模拟形式。从功能上讲，PCM编解码器42包括：（a）模拟/数字变换器（ADC）和带通滤波器，用于将从电信接口40接收的模拟电话信号变换为以PCM格式的数字信号;和（b）数字/模拟变换器（DAC）和低通滤波器，用于将数字信号变换为模拟电话信号，提供给电信接口40。PCM编解码器42向ADPCM码变换器44提供以PCM格式的数字信号。自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）编码器/解码器44也包括两部分。ADPCM44的第一部分是一个ADPCM编码器，用于按照CCITT规定的G.721标准将64Kbps数字电话信号压缩为32Kbps    ADPCM信号。该32Kbps    ADPCM信号由ADPCM    44送到时分双工器46。时分双工器46将来自微处理器控制器48的信令比特与来自ADPCM码变换器44的已压缩的数字数据相组合，形成CT-2数据组。时分双工器46提供CT-2数据组到射频收发信机50，该收发信机调制该信号并以射频信号形式提供给天线，以便传送到手机20、22（图1）。调制方式是如在CT-2    CAI规范中所描述的由近似高斯滤波器整形的二电平FSK。

对于接收来讲，来自基站的数据组在天线52被作为已调射频信号所接收。收发信机50接收该射频信号并将其解调，以产生CT-2数据组。该数据组被送到时分双工器46，该双工器46将该数据组分为其两个构成分量：信令比特和压缩了的数据信号。时分双工器46使微处理器控制器48得到信令比特和使ADPCM码变换器44的第二部分，一个ADPCM解码器得到压缩了的数字信号。控制器48读取信令比特和响应于该信令比特执行相关的各常规信令功能。ADPCM    44的ADPCM解码器部分按照CCITTG。721建议对从时分双工器46接收的已压缩数字信号进行去压缩。ADPCM码变换器按照G.721标准，将32Kbps的ADPCM数字信号变换为64Kbps的PCM信号。PCM编解码器42变换64Kbps的PCM信号为模拟信号。该模拟信号被送到电信接口40。

按照本发明，控制器48包括连接到ADPCM    44的接收通路的输出端的串行端口54，用于对去压缩的模拟信号进行取样。该模拟信号由串行端口54提供到噪声检测器56。噪声检测器56将接收信号的平均能量电平与一个阈值相比较，以检测射频链路的中断。如果该平均能量电平在一个预定的周期超过该阈值，则可能归结为该射频链路已经中断。控制器48响应于噪声检测器56检测到链路中断，通过控制信号线通知时分双工器46对接收信号通路静噪，从而实现电信接口40的输出端被静噪。

参照图3，它表示按照本发明构成的手机20的框图。手机20的构成类似于基站12并可以包含相似的部件。来自基站12（图1）的信号由天线52′所接收，并提供到接收机50a。接收机50a解调所接收的信号并将该信号提供到时分双工器（TDD）46′。TDD46重建分别送到控制器48′和ADPCM码变换器44′的接收信号的控制信令和数字信号分量。控制器48′读出信令比特和执行相关的信令功能，诸如呼叫建立和拆线。ADPCM44′去压缩数字信号和将其提供到PCM编码解码器42′，以便变换为模拟信号。该模拟信号被提供给手机20的扬声器60，以便将其音频输出。

对于从CT-2手机20的话音传送而言，送话器62连接到PCM编解器42′，以便向送话器提供模拟信号。传送通路通过PCM编解码器42′，ADPCM码变换器44′，TDD46′处理这一信号，发射机50b用于从天线52′射频发送。按照本发明，CT-2手机20的控制器48′包括连接到ADPCM码变换器44′的输出端的串行端口54′和用于对接收信号进行取样的噪声检测器56′，以检测射频链路的中断。

对于其他操作来说，诸如拨电话号码，是通过用户控制器64向微处理器控制器48′提供适当的信号。此外，微处理器控制器48′可以提供一个信号给显示驱动器66，以便在显示器68上产生一个可视消息，提供给用户。

按照本发明，基站12和手机20中的分别的噪声检测器56和56′是以相同的方式构成的。噪声检测器56接收来自串行端口54的重建信号Sr（K）和如下三个参数：标记“N”为包括在估算能量中的样值数目;标记“NETH”为能量阈值;和标记“ND”为噪声检测启动。控制器48向噪声检测器56提供参数N、NETH和ND。响应于标记为“EAVE”的Sr（K）的平均能量超过标号为“ETH”的预定阈值，噪声检测器56向控制器48提供一个标记为“NOISE”的噪声指示。执行这种能量计算的一种方法是通过将在N个取样周期的Sr（K）信号的绝对值相加起来，然后再被N除以近似EAVE，上述计算可以表示为：

EAVE＝（1/N）（∑｜Sr（K）｜）（1）

其中“∑”表示取和算符，和其中的求和的范围是从K＝0到K＝N-1。如果用平均能量代替总能量计算的话，平均功率计算也可以为了减少处理时间而不用除指令。如果标记为“NEAVE”的N个样值的能量超过NTTH，则本发明的优选实施例的噪声检测器56启动NOISE（即NOISE＝1）。这个公式从数学上表示为：

如果（NEAVE＝∑｜Sr（K）｜＞NETH）则

（NOISE＝1）（2）

其中，与上文一样，求和范围是从（K＝0）到（K＝N-1）。因为样值数目N和平均能量阈值在前面可以被确定，所以它们的积NETH是已知的。微处理器控制器48向噪声检测器56提供NETH，该检测器执行公式2的平均能量估算并从而提供NOISE。响应于NOISF的启动，控制器48衰减或静噪所接收的信号。静噪可以在TDD    46、ADPCM码变换器44、PCM编解码器42中进行，或者直接对提供给电信接口40的信号静噪。在优选实施例中，控制器48利用控制信令线，提供噪声指示信号给TDD46以静噪所接收的信号。

图4表示按照本发明方法和说明本发明方法的流程图。图4的流程图实现了图2的噪声检测器56和图3的噪声检测器56′。噪声检测器56在步骤100开始执行噪声检测程序，该程序在102步检查是否标记为“ND”的检测控制比被置为1。如果ND未置1，则噪声检测器56被禁止，在第104步NOISE被清除，程序返回105，等待控制器48下一个指令以开始噪声检测。如ND置1，则在第106步检查标记为“CNTR”的计数器变量。CNTR是一个内部变量，它保持｜Sr（K）｜的多少个值尚需累加的跟踪。当加上电源的时候CNTR置为-1并且控制器48复位。如果ND＝1（启动），和CNTR是负值，则CNTR被初始化为N，即将被用在第108步能量计算中的｜Sr（K）｜的样值数目。代表N个样值的总的能量估算的内部变量NEAVE，在第110步被初始化为0。

在随后的样值上，在第106步检测到CNTR的正值时，则在第112步将｜Sr（K）｜加到NEAVE的值，和在第114步将CNTR减少。在第116步再次测试CNTR，以确定其是否为负。对每个样值重复第112、114和116步，直至CNTR被减到-1。当CNTR递减为-1时，NEAVE代表对于由样值间隔次数N限定的时间间隔的总能量估算。对于G.721的32KbpsADPCM而言，样值时间间隔为125微秒（μs），因此NEAVE代表信号在（N）×（125μs）一般时间间隔上总能的估算。在第118步NEAVE与NETH比较。如果NEAVE不小于NETH，则在120前NOISE被置位。

还有可能的不同的方式实现这一算法。图4的流程图表示一种递减的样值计数器。还有可能将一个递增的样值计数器初始化为0，而后当该计数器达到N时，将NEAVE值与NETH进行比较。另外，在第59步，响应于测试是否NEAVE小于NETH的“非”结果，NOISE被置位。在另外一个实施例中，响应于是否NEAVE大小NETH的测试的“是”结果，而将NOISE置1。

描述至此，已经十分清楚，本发明提供了一种适用于射频通信设备，诸如CT-2手机20或基站12中的噪声检测器56。该噪声检测器56通过对一般短的时间内的接收信号的能量电平进行取样，能够快速检测射频链路的中断。因此，到扬声器60的或到电信接口的音频信号输出响应于由噪声检测器56的链路中断的检测，通过来自控制器48的信号，可以被静噪为最低的音频噪声输出。

Claims (10)

1、一种经一条射频链路接收射频(RF)信号的无线通信设备，该无线通信设备包括：

用于接收射频信号的接收装置；

连接到接收装置的信号取样装置，用于在一段预定的时间间隔内对所接收的信号进行取样，以测量多个信号的能量电平；和

连接到信号取样装置的确定装置，用于响应于多个信号能量电平的平均值超过或未超过一个预定的阈值，来确定射频链路中断或未中断。

2、权利要求1的无线通信设备，还包括连接到接收装置和确定装置的音频输出装置，如果多个信号能量电平的平均值未超过预定的阈值，响应于所接收信号提供可闻性输出并且如果多个信号能量电平的平均值超过预定阈值，提供不可闻性输出。

3、权利要求1的无线通信设备，还包括连接到接收装置和确定装置的模拟信号产生装置，如果多个信号能量电平的平均值未超过预定的阈值，响应于所接收信号提供一个模拟信号并且如果多个信号能量电平的平均值超过预定阈值提供一个不可闻性输出。

4、权利要求1的无线通信设备还包括：

连接到确定装置的控制装置，用于响应于多个信号能量电平的平均值超过预定的阈值，产生一个噪声指示信号：

连接到接收装置和控制装置的音频输出装置，用于如果控制装置未产生噪声指示，响应于所接收的信号提供一个可闻性输出。

5、权利要求1的无线通信设备，还包括连接到接收装置的串行输入装置，用于响应于所接收的信号重建一个信号Sr（K）并提供该信号Sr（K）到信号取样装置，其中该信号取样装置接收上述信号Sr（K）和对多个接收样值的每一预定数目的接收样值的上述取样信号Sr（K）的总能量估算进行计算，其中上述确定装置根据上述总能量估算超过噪声阈值和上述预定数目之积来确定射频链路中断。

6、权利要求1的无线通信设备，其中无线通信设备是一个基站，用于以此提供双向射频（RF）通信。

7、权利要求1的无线通信设备，其中无线通信设备是一个无绳电话手机。

8、权利要求3的无线通信设备，其中模拟信号是一个提供给公用电话交换网的模拟电话信号。

9、一种在接收其中有数据调制的射频（RF）信号的无线通信设备中检测突发噪声的方法，该方法包括以下步骤：

接收射频信号;

初始化总能量估算为0;

对所接收射频信号的已调数据进行取样;

将取样的所接收射频信号的绝对值相加到一个预定次数的上述总的能量估算上，和

如果上述总的能量估算超过预定阈值，提供一个噪声指示。

10、权利要求9的方法，还包括如果上述总能量估算超过上述预定数目与一个能量阈值之积，则提供上述噪声指示的步骤。

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