CN1129888A - 用于二线式电信业务的固定式蜂窝终端 - Google Patents

Abstract

两线电信业务的固定蜂窝终端，用以接入GSM移动通信网并对连接在该终端上的电话机提供基本电信业务。它是从GSM移动蜂窝终端中得出的，具有一个“四到二”线转换电路组成的接口，该接口连接到发射通路、接收通路和一条用户线路，以实现“四到二”线转换。它还包括含有两个衰减器的回声抑制器，其衰减量由控制电路控制，该控制电路接收话音活动性检测器和寂静描述符帧检测器来的信号。

Description

用于二线式电信业务的固定式蜂窝终端

本发明涉及固定式蜂窝终端，该固定式蜂窝终端用于为电话类型终端提供话音业务的移动蜂窝通信网内。尤其在尚无固定式通信基础结构设施的地方或在通信容量现在已饱和的地方是特别有用的，并且规划一个工作“岛”，为它提供这种话音通信业务。这种情况例如是在一些农村地区。

固定式蜂窝终端与移动式蜂窝终端基本相似，它们工作就象是一个四线式终端：两线用于发射通路，两线用于接收通路，并且互相独立。

本发明的目的是对于从移动终端得到的固定式蜂窝终端提供一种用以执行“四到二”线转换和“二到四”线转换的接口，借此提供一种二线式用户线路，用于与标准的电话机终端相连接，并具有从远处用户终端来的可接受的回声特性。本发明在GSM类型的蜂窝终端中具有特殊的应用，在这样的终端里业已开发出满足这种系统类型的那些标准所需的部件，并可重复使用。

近年来，基于开发的新标准的移动业务扩展，使这种类型的网络已产生出一系列另外的用途，它们超出了初始开发的用途。

例如，在某些低用户密度的地区内安装固定式基础结构设施的费用很高且经济效益不好。为此，在这样的地区内难以提供基本的电话业务，至少难以象大城市中提供的那种形式的电话业务。为了解决这个问题，求助于主要基于无线电访问的各种技术，这极大地简化了基础结构设施的连接。

根据J.M.Garcia Aguilera在1993年9月10日在马德里举行的第23届欧洲微波会议的论文集第124和125页上发表的题为“APPLICATION OF MOBILE TECHNOLOGY IN THE AC-CESS NETWORK”的文章，最有希望获得广泛接受的可替代的方案之一是基于现有的移动网基础结构设施。借此，这些现有的移动网基础结构设施可以同时支持多个移动通信业务，因为它们所有的特性都与移动性的概念有关并且“固定式”业务还具备蜂窝无线电访问。

这意味着，在已经安装了移动式蜂窝系统例如GSM的地区内，就可应用的信道数目而言，只要网孔的容量允许，操作员都具有尽可能快速地提供用户线路的能力。为此，正在开发已知的“固定式蜂窝终端”，它们在GSM类型的情况下基本上是移动蜂窝终端，但是移动性功能已被排除了。也就是说，网络控制系统知道这里涉及的终端总是在同一网孔内被发现，因而，所需要的处理比标准的移动终端的处理简单些。

它们还通常利用定向天线，这首先具有比移动式蜂窝区域覆盖范围更大些的范围，其次，在其它接收机产生的并从其它接收机接收到的干扰会少些。

利用等效的四线连接，GSM蜂窝移动系统建立了称为“全双工”的双向通信。这个四线式链路一直完善地建立到移动蜂窝终端的最后音频级，也就是扬声器和话筒，它们处在完全分隔开的线对上，与基本电话业务的标准电话机的情况相对比，在那种情况下发生两线式转换，用以通过一条用户线路同时进行发射和接收，接着在终端电话机上转换到四线，以便将目的地为扬声器的接收的信号与来自话筒的发射信号分离开。

为了在一条标准用户线路上适应固定蜂窝终端和电话机终端相互兼顾这两个要求，共同的实践是利用带有混合变化器的无源电路或利用有源电路，如专利申请WO90/13962所述的，应用一个电桥电路将来自电话机终端的平衡型两线音频信号转换成不平衡型四线信号，以在双向电话系统中发射和接收这些音频信号。

还应指出，对于GSM标准(如在ETSI的标准GSM03.50中可以看到的)，在用户终端与GSM网和公共交换网的互连点之间的双向(发送和接收)上，容许的最大传输时间是180毫秒。另一方面，按照CCITT建议书G.131对于具有长延时的网络所绘制的可容许的回声曲线，响应指数的衰减必须具有一个很高的值，象本发明的情况那样作出“四到二”线的转换时这是很难达到的。

据此，一个技术问题是实施一种要完成从四线通信到两线通信转换的接口，就象GSM类型蜂窝移动终端那样。这个接口必须对用户是完全透明的，必须满足已建立的标准，特别是满足那种针对最大可容许回声值的标准。

本发明主要用于GSM类型固定蜂窝终端，用以接入到一个移动通信网，随后接入到公共交换网，以便由此向该交换网上连接的两线电话终端提供基本的电信业务。从移动蜂窝终端得出的该固定蜂窝终端与四线链路一起工作，并因所述的原因，该终端具有一个接口，它包括一个两线转换电路，它既连接到固定蜂窝终端的音频发射和接收线对上，也连接到用户线对上，而电话机终端就连接在此用户线对上。

按照这种方式，实现了“四到二”线的转换，容许电话机终端立即连接到固定蜂窝终端上。

该接口其特征在于，它还包括一个回声抑制器，位于链路的四线部分中并在两线转换电路之前。该回声抑制器包括两个信号衰减器，每条通路有一个信号衰减器，以分别衰减发射和接收通路的每一个通路中存在的两个信号的至少一个信号，从而基本上抑制掉主要产生在两线转换电路中和电话机终端中的回声信号。

这个回声抑制器的衰减器由一个衰减控制电路来控制，该衰减控制电路接收来自寂静帧检测电路(它含在GSM类型终端内)的一个话音指示信号，并在接收到的该帧内含有话音信息的情况下衰减发射通路中的信号。

该衰减控制电路还接收来自位于固定蜂窝终端内话音编码器中的一个话音活动性检测器的话音检测信号，以在没有话音活动性的情况下发射通路也将受到明显的衰减。

作为应用本发明的结果，对于话音频带内的信号，可在与四线和二线电话终端一起工作的终端之间执行“四到二”线的转换，它既产生无不稳定性诱发的反馈，也不对远端业务的用户产生烦恼的回声。

在四线终端(组成GSM类型数字蜂窝移动网的一部分)的情况下，本发明被证明是特别有益的，在这种情况下，部件的重复使用已经呈现在该终端本身内，这使得应用本发明能在极低的成本下实现。

参照以下附图阅读下面的描述就能充分理解本发明。

图1概略地示出两个终端之间的一条电话链路、一个直接连接在公共交换网(PSN)上的固定终端、一个移动终端(MCT)通过蜂窝型公共陆上移动通信网(PLMN)接通到该公共交换网上。

图2示出一种相似的配置，但其中的移动终端已由一个固定蜂窝终端(FCT)取代，一个标准型电话机终端(TT)连接在该固定蜂窝终端上；

图3示出蜂窝移动通信的GSM终端的方框图，从该图可以得出一个固定蜂窝终端；

图4概括地示出用以实现“四到二”线转换以容许连接一个两线式标准电话终端的传统的解决方案；

图5概略地示出本发明建议的解决方案，该方案可使上述接口针对回声特性能满足现有建议书的要求；

图6和图7分别示出在不连续传输过程中GSM蜂窝终端内发射部分(TX)和接收部分(RX)的模块的方框图。

作为涉及本发明的实施的一个先行考虑，必须指出，在电话通话中，甚至在全双工操作的情况下，当一个用户说话时，另一方通常听着，这意味着通话实际上只是按双工形式进行的。这是一个细节，在研制本发明时不仅考虑到，而且在其它类型的通信网例如卫星链路中也考虑到了。

还必须考虑根据已知的“不连续传输”技术，对于遵循与GSM类型终端相对应的某些标准的要求，这些标准反映在ETSI标准中，参见1993年10月的GSM06.31“欧洲数字蜂窝电信系统(阶段2)；全速率语音话务信道的不连续传输(DTX)”，1993年10月的GSM06.12“欧洲数字蜂窝电信系统(阶段2)；全速率语音话务信道的可容忍噪声特性”，以及1993年10月的GSM06.32“欧洲数字蜂窝电信系统(阶段2)；话音活动性检测(VAD)”。

这些文献涉及在一个终端发射的脉冲串是否携带话音的判定过程。为了做到这一点，判定是否有话音活动性而这些脉冲串由一个比特来标志，该比特指明脉冲串是否含有话音，或是判定脉冲串是否为寂静的描述。对于这后一种情况，它们被应用于通信的远端处，以产生与在近端上出现的相同特性的背景噪声。为此，在接收侧也具有检测寂静描述脉冲串的装置，以便识别出接收到的脉冲串中是否携带有话音。

有许多的电信网络容许在与它们相连接的用户之间实现话音和/或数据通信业务。在这些网络中，最广泛应用的是公共交换电话网，它突出的是提供基本的电话业务，利用这种电话业务，用户可经一个两线电话线路连接到一个本地交换机上，在那里实现四线电路的转换。从这一点起直到远端处的用户线路接口，通信始终在等效的四线电路上进行。

图1概括地示出通过一个两线电话终端TT1获得基本电话业务的一个用户与公共交换电话网PSN之间的连接。为此，需要具有一个称作混合线圈的“二到四”线转换电路H1。

在用户到交换机的方向上，该混合线圈在两个单向对上执行发射信号与接收信号的分隔，而在从交换机到用户的另一个方向上，它在一个单独的双向对上传输这些信号。从这一点看，公共交换电话网始终以四线工作。

在用户到一个公共陆上移动通信网PLMN例如GSM蜂窝移动网的情况下，如图1中的右边部分所示，在移动蜂窝终端MCI与该通信网PLMN之间形成连接，也就是说，利用一个基站系统BSS进行连接，整个通信过程在其内在四线等效电路上直到达话筒和扬声器来进行。

当连接在公共交换电话网PSN上的一个用户希望与GSM网上的另一个用户建立通信时，在一个标为POI(互联中的连接点)的接口上也按四线实现互连。

GSM网在它的移动业务交换中心MSC内还设置了一个回声消除器电路EEC，它处于POI的接收线对上，用以抑制由连接在公共交换网上的终端产生的可能的回声，因GSM网具有一个大的固有延时，故这种回声的影响在移动终端里是极其有害的。

图2示出一个基本的电话业务用户利用蜂窝接入经由一个两线电话机终端TT1接通到公共交换网PSN上，而另一个用户也利用蜂窝接入接通到基本的电话业务上所执行的连接。其基本结构实质上与图1的相同，但图1中的移动蜂窝终端MCT由一个固定蜂窝终端FCT取代了，在该固定蜂窝终端上FCT连接一个标准型电话机终端TT。对于这种型式的接入，网络操作员认为它是一个固定接入，它的记帐、计数等都必须与先前的方式完全兼容。

图3示出一个GSM型蜂窝终端的配置，它包括一个天线ANT、一个无线电的子系统BSS、一个合成器子系统SSS、一个基带子系统BBSS、一个控制子系统CSS和一个接口子系统IFSS。该基带子系统BBSS以等效于四线操作的方式配合两个分别的发射和接收数字信道一起工作，以使两个信道之中的一信道连接在以模/数转换器ADC转换成为数字形式之前的话筒MF上，其另一个信道连接在以数/模转换器DAC转换成为相应的模拟信号之后的扬声器LS上。在这样的情况下，要考虑的回声源只是由扬声器LS与话筒MF之间的耦合所产生的声学回声，它的数值除了用免提电话场合之外是无足轻重的。

图4概括地示出使一个移动蜂窝终端实现成一个固定蜂窝终端FCT所作的主要修改，对它加上一个“四到二”线转换电路H，该转换电路的两线输出是用户线路SL，电话机终端TT连接在此用户线路上。在这种情况下，回声现象按如下方式发生：固定蜂窝终端FCT恢复出在链路另一端上产生、要传送到电话终端TT上的一个第一信号FS、借此，该第一信号FS通过两线转换电路H，在那里该信号受到已确定的衰减。该电话终端发送出一个信号TS，它根本上是由它的话筒内产生的实际信号，该信号上加入在“二到四”线转换电路内产生的第一信号FS的回声信号，而那个“二到四”线转换电路是电话终端TT内本身已存在的，用以分隔开两个信号，其一个信号是要加到扬声器上的，其另一个信号是来自终端的话筒。来自电话终端TT的信号TS到达“四到二”线转换电路II，在受到相应的衰减后向前传送到发射通路TP，在该发射通路发射来自电话终端TT的信号所组成的一个第二信号SS，但对它还必须加上由固定蜂窝终端FCT中实际的“四到二”线转换电路H中产生的另一个回声信号。

图5示出按照本发明的固定蜂窝终端FCT与克服回声有关联的电路部分。为克服回声的目的，该固定蜂窝终端FCT中设置一个回声抑制器ES，它由两个衰减器组成，一个为发射衰减器ATT2，另一个为接收衰减器ATT1。这两个衰减器由一个衰减控制电路ATTC来控制，衰减控制电路ATTC确定由两个衰减器ATT1和ATT2引入的衰减量以作为某些预先建立决策的函数。

该衰减控制电路ATTC从基带子系统BBSS接收供其操作用的控制信号，并根据接收到的信号和所建立的决策确定每个衰减器ATT1和ATT2的衰减电平。

图6和图7分别示出在发射部分和接收部分内在一个GSM终端里已经存在的功能性方块图，它们包含在本发明中。在发射部分中，含有语音信息或寂静信息(或者换句话说是指背景噪声)的话音信号加到不连续传输处理器TX/DTX上，该处理器包括：一个GSM话音编码器SE；一个话音活动性检测器VAD，它按照GSM标准06.32；以及一个舒适噪声计算器CNC，它按照GSM标准06.12，用以估算该终端中的噪声参数，并将它们编码成为专门的、称为SID(寂静描述符)的脉冲串。

据此，在该不连续传输处理器TX/DTX的输出端呈现两个信号；一个是IB信号，它含有输入信号编码比特；另一个是SP信号，它只有1个比特，用以表明先前的信号是语音信号还是寂静描述符。

这些信号传输到一个传输子系统TX/SS上，该子系统含有一个信道编码器CE，其上加有一个帧指示符SPM，用以执行在GSM标准里公知的信道编码和其后的GMSK0.3调制，接着将它在线路上传输出去。

在接收部分中具有一个接收侧不连续传输处理器RX/DTX和一个接收子系统RX/SS，由该接收子系统接收一个包含数字信息的信号，经解调之后传送到一个差错校和检测电路ECD，它通过与编码器中发生的情况相反的方式实现信道解码功能。这里还有一个寂静描述符帧检测器SIDFD，它判定接收的信息是对应于语音信号还是对应于噪声参数。

照此，如果是编码的话音，它就在GSM话音解码器SD中解码，以恢复出自链路的另一端上发射出的信号，而如果是关于噪声参数的信息，则将它们加到一个舒适噪声发生器CNG，由它利用噪声参数产生一个音频信号，以再现出在另一端上存在的背景噪声。

图5中的回声抑制器ES在接收通路RP上接收来自接收侧不连续传输处理器RX/DTX的已解码信号，该信号加在接收侧衰减器ATT1上。发射侧衰减器ATT2接收呈现在以射通路TP上的信号，将它传送到上文已说明过的发射侧不连续传输处理器TX/DTX上。

衰减控制电路ATTC接收来自寂静描述符帧检测器SIDFD的话音活动性检测器VAD中的信号，以在接收的信号被检测为话音时，利用发射侧衰减器ATT2衰减存在于发射通路TP上的信号，从而没有回声返送到远端上的用户讲话中。在接收的信号不是话音信号时，因不存在回声问题，故在接收通路中只引入少量的衰减，其原因是背景噪声回声没有固有的相关性而不令人烦恼的缘故。

如果在两端上都为寂静状态，按理应是无回声的，这时回声抑制器同等地衰减两侧，由它来防止通过电和/或声耦合引起的可能的振荡。如果两个用户都在讲话，即使这种情况不会持续很长时间，两个衰减器亦会将信号衰减到零与其最大值之间的一个中间电平上，以使得不是完全地抑制两个语音信号之一，而是降低两者的功率。

此外，当话音检测发现过渡期时，也即在讲话的用户开始听，而在听的用户开始讲话，则两个衰减器逐渐地改变它们各自的衰减电平，以便避免转接噪声(在背景噪声电平突然改变时将会引起转换噪声)。

最后，还需要指出，因两个衰减器处在蜂窝终端的数字电路部分内，在各自的数/模转换器DAC或模/数转换器ADC之旁，故它们是很容易实施，每个衰减器就是一个移位寄存器，每向低阶位比特方向移动一个比特相应于使信号衰减一个给定值。按照这种方式，该衰减器就象回声抑制器中的其余电路那样，用数字电路进行设计已证明是极其简单的，或是这些功能性特点可作为附加的任务被包括进来而由实际的微处理器来实现，这类微处理器按照惯例来完成上面提及的基带子系统的工作。

Claims (6)

1.一种固定式蜂窝终端，用以接入到一个移动通网上，并对一个电话终端(TT)提供电信业务，该电话终端是利用一个两线线路连接到该移动通信网上，该固定蜂窝终端具有一个接口，该接口包括一个连接在发射通路(TP)与接收通路(RP)之间的“四到二”线转换电路(H)，以及其上连接电话机终端(TT)的用户线路对(SL)，由此实现四线到二线转换；

该接口其特征在于：在链路的四线部分中、在“四到二”线转换电路(H)之前，还接入了一个回声抑制器(ES)，它包括两个信号衰减器(ATT1和ATT2)，其中一个用于发射通路，另一个用于接收通路，都处在链路的四线部分内，借此，至少使两路话音电信号之一受到衰减，其一路是去往电话终端(TT)的，另一路则来自该电话终端，以便显著地减小主要在“四到二”线转换电路(H)中和电话终端(TT)中产生的回声信号。

2.按照权利要求1的固定蜂窝终端，其特征在于，回声抑制器(ES)还包括一个衰减控制电路(ATTC)，它接收所有GSM终端中存在的、自寂静描述符帧检测器(SIDFD)来的一个语音指示符信号(SP)，以便确定何时接收到的帧对应于语音帧或寂静帧，按照这种方式，在接收的帧携带着话音信息的情况下，对链路中四线部分内发射通路(TP)上存在的信号加以衰减。

3.按照权利要求2的固定蜂窝终端，其特征在于，衰减控制电路(ATTC)对所有GSM终端中存在的、来自话音活动性检测器(VAD)的一个话音检测信号进行接收，以使得当从终端中检测到话音活动性，又接收到的帧包含话音信息时，对四线接口上发射通路(TP)和接收通路(RP)中存在的信号进行衰减。

4.按照权利要求3的固定蜂窝终端，其特征在于，发射通路(TP)和接收通路(RP)中衰减量和保持为几乎是恒定值，与两个方向内的话音活动性无关。

5.按照权利要求3的固定蜂窝终端，其特征在于，当话音活动性在两个方向之任一个方向内发生变化时，接收通路(RP)和发射通路(TP)内产生的衰减值的变动是按渐变状态从它们的先前值进到它们的新值的，借以避免在信号衰减器(ATT1和ATT2)发生切换动作时会产生出的突变噪声。

6.按照权利要求1的固定蜂窝终端，其特征在于，在四线接口上、在“四到二”线转换电路(H)之前，信号都是按数字形式处理的，为此，在接收通路(RP)中有一个数/模转换器(DAC)，在发射通路(TP)中有一个模/数转换器(ADC)，并且两个衰减器都由移位寄存器构成，其中，使移位寄存器的输入端的比特移位一个整数目时，以使该编码值除以一个等于2的幂值移位的数值。

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