CN1187271A - 数字移动通信系统中的回声消除 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在移动通信系统中消除移动台产生的回声的一种方法和装置。根据本发明,在移动网一侧放置回波抑制器以消除移动台回波消除器的残余回声。因为从移动台返回的下行语音可能作为回声附加在上行信号上,所以该回波抑制器包括一个下行话音行为检测器(35)。如果检测器(35)检测到下行语音,选择器(303)中断向语音解码器(38)提供上行信号,并提供来自生成器(302)的噪声取而代之。舒适噪声的频谱特征和密度在每一时刻都类似于移动台工作环境中的背景噪声。在检测到话音行为之后的预定时延后开始生成噪声,而在检测到话音行为结束之后的预定时延后终止噪声的生成。

Description

数字移动通信系统中的回声消除

本发明涉及在数字移动通信系统中消除移动台所产生的回声的一种方法和装置。

在数据传输系统，例如电话网的端对端连接中，经常发生长的传播时延，其结果是，例如当信号从该连接的远端反射回发送方时，在正常语音中能检测到回波。

回波的产生主要有两个原因：话机接收器和麦克风之间的回声，以及电回波，它由该连接的发送和接收方向的传输系统产生。

电回波的主要产生源是混合电路(2线到4线变压器)，它们位于固定网络的端局或远端用户级。出于经济原因，固定网络的用户线通常是2线线路。交换机间的连接则通常是4线线路。

这里定义远端为将回波返回到发言人自己这一端的传输连接端，而近端是回波被反射回来的传输连接端。一般而言，近端是一个移动台而远端是另一方，比如是一个PSTN用户。

通常通过回波消除器或回波抑制器尽量消除返回的回波所引起的问题。回波消除器是一种处理信号，比如语音信号的设备，用于通过减少连接上发生的回波(信号)中的估计回波来减少回波。回波抑制器则在出现回波时断开从近端到达的信号。

现有技术数字移动通信系统拥有回波消除器，后者能防止从公众交换电话网(PSTN)返回的回波被发送给移动用户。在移动交换机中，这类回波消除器通常置于交换机间的中继电路中。

从移动台返回的回波通常通过置于实际移动台中的回波消除器来消除。这样的回波消除器通常基于自适应滤波器或比较输出信号和输入信号的值。目前使用的移动台中有很多并不能很好地消除回波，其回波消除仅处于相对低的级别，从而干扰回波被发送到另一方。原则上通过发展移动台的回波消除方法可以减少出现的问题，但这主要就新的移动台而言，情况才得到改善。相反却难以改变已投入使用的移动台的软件或设备，因为移动台已归其用户所有，为服务措施而将它们收集起来是耗时且昂贵的。因此在移动通信系统中，总会存在无法很好消除回波，而引起干扰回波发向另一方的移动台。在数字移动通信系统中，语音传输也完全数字化进行。从移动网的角度看，最有限的资源是移动台和基站间的无线路径。为了减少无线路径上一个无线连接所需的带宽，在语音传输中采用语音编码，因而实现了一种与电话网中一般使用的64Kbit/S的传送速率相比较低的传送速率，例如16或8Kbit/S。移动台和移动网当然都必须包括语音编码器和语音解码器以进行语音编码。在网络一侧，语音编码功能可以放置于许多可选位置，比如在基站中或与移动交换机相关联。因此，在每一个移动台接入或发起的语音呼叫中，语音连接连接到网络侧的语音编码器，用于解码从移动台到达(上行方向)的语音信号和编码发向移动台(下行方向)的语音信号。

此外，在某些数字移动通信系统中，语音传输涉及一种DTX模式(不连续传输)。它旨在通过下述方式降低干扰值来改进系统的效率：当从信息角度看该无线信号并不是必需时，则阻止该无线信号的发送。通常DTX模式是正常模式的一种可选模式，在移动通信网中针对每次呼叫在这两种模式中作出选择。在DTX模式下，当用户正在说话时，话音正常编码，例如13Kbit/s，而在其它时间中使用低得多的比特率，比如大约500Kbit/s。这种较低的比特率用于在发送侧编码背景噪声中的信息。在接收侧，为收听者重新生成背景噪声，因而将之称为“舒适噪声”(comfort noise)，从而收听者在传输暂停期间不会认为连接已被中断。在发送端监视是否出现话音行为的功能被称为“话音行为检测VAD”。一般基于某个阈值和比较测得的信号能量来判定信号是否包含语音或背景噪声。

因为经验表明当语音后的背景噪声突然终止时，收听者会受到很大干扰，所以需要生成舒适噪声。这在不连续传输中时常发生。一种避免干扰收听者的方法是在不接收信号时产生人工噪声。这种噪声的特性周期性改变，并通过位于发送端的语音编码器发送到接收端。

回声也发生在这类采用降低的传输速率语音编码的数字移动通信系统中，当从另一端接收的语音信号从话机的听筒传播到麦克风并返回到该连接的远端时，在移动台中就产生了所述回声。

英国专利申请225,635,1公开了一种移动台，在该移动台中回波抑制器比较下行和上行信号的值。当下行信号值超过某个与上行信号相关的阈值，并且在上行方向上没有发生话音行为时，假定上行信号包含回波。因而以包含舒适噪声的语音帧取代上行帧，在另一端将所述语音帧解码成伴音帧。这样就减少了从移动台返回的回波。根据美国专利522,255,1一种用于移动台的免提(handsfree)设备带有一个回波抑制器，当从该免提设备接收的信号含有回声时，该回波抑制器断开来自该免提设备的信号，并提供噪声取而代之。

这些现有技术回波消除器或回波抑制器仅在部分新移动台中减轻了由回声所引起的问题，但是在移动通信网络中仍将有无法充分消除回声的旧移动台和可能的其它类型的新移动台。因此，该现有技术回波消除器并不能消除上述问题。

日本专利申请4-207,825(日本专利摘要，第16卷，第550号，第3页)公开了一种带有自适应回波消除器的无线系统基站设备。其目的是完全避免在移动台中使用回波消除器。

上面已表明了本申请的发明者所进行的研究和方法，但是因为在汇接局中回波路径上存在着两个语音编解码器(在移动台和网络中)，所以置于移动网一侧并基于回波路径建模的自适应数字滤波器的自适应回波消除器并不能在数字移动通信系统中工作。因此，返回的回波信号的信号与失真比极差，能达到的回波信号衰减非常低。根据本发明者的发现，如果移动台没有任何回波消除器以减少回波值，在网元中用一个回波抑制器取代回波消除器也不是一种优化方案。因此，返回回波的值很高，从而必须使回波抑制器的通话重叠特性较差，即在通话重叠期间该回波抑制器很容易切断上行语音。

因此，非常需要在所有移动台中部能有效地消除移动台所产生的回声，不论该移动台是何种类型，以及它所使用的回波消除器或回波抑制器是何种类型。

因此，本发明的目的是实现一种方法和装置，用于防止移动台产生回声并返回PSTN网络用户或另一个移动用户。

这通过本发明用于消除数字移动通信系统中回声的方法来实现，在该系统中上行方向是从移劝台发向固定移动网的方向，而下行方向是其相反方向，并且在该系统中无线路径上采用一种语音编码方法，该方法包括通过移动台回波消除器衰减上行信号中出现的下行语音的回声的步骤。该方法的特征在于，固定移动通信系统中上行方向上从移动台返回的下行语音残余回声的消除包括下述步骤：

如下消除固定移动通信系统中上行方向上从移动台返回的下行语音残余回声：

监视移动网中下行方向上的话音行为，

监视是否出现通话重叠的情况，

当检测到下行方向上的话音行为时，在预定时延之后用噪声取代移动网中上行话音信号，

当检测到下行方向上话音行为终止时，在预定时延后停止用噪声取代上行语音信号，

当检测到通话重叠情况时，阻止用噪声取代上行语音信号。

本发明的另一目的是一种消除数字移动通信系统中从移动台返回的回声的设备，该系统采用参数化语音编码方法以降低无线接口上的传送速率，该移动台包括一个衰减回声的回声消除器。该回波消除器的特征在于，该设备是置于移动网一侧，用于消除移动台回波消除器的残余回波的回波抑制器，该回波抑制器包括

一个下行话音行为检测器(35)，其上行方向是从移动台(MS)发向固定移动网的方向，而下行方向是其相反方向，

一个通话重叠检测器(301)，

装置(302，303)，用于当在下行方向上检测到话音行为时，在预定时延之后用噪声取代上行语音信号。

在本发明中，除了在移动台中安置一个回波消除器之外，在移动网的一个网元中安置一个回波抑制器或一个回波抑制器功能，用于消除移动台中产生的回声。在本发明中，回波消除分布在移动台和移动网之间。在移动台中，通过移动台的自适应回波消除器对回声信号进行基本衰减。然后使用本发明的回波抑制器，通过中断信号的传播并提供噪声取而代之来消除移动台回波消除器之后可能留有的残余回波。通过本发明的回波抑制器，可以独立于移动台回波消除质量有效地消除残余干扰回声。

本发明的回波抑制器可以是一个独立的设备，或者它可以位于移动通信网的语音编码器，所述语音编码器此后称之为变码器。根据本发明提供回波消除的设备或功能此处一般称之为回波抑制器，而与它是独立设备还是变码器的附属设备或功能无关。回波抑制器对残余回波消除而言，一般也称为非线性处理(NLP)或中央削波器。因为回声的基本衰减已由移动台的自适应滤波器执行，所以本发明的回波抑制器的通话重叠特征类似于NLP。

回波抑制器监视下行方向上是否出现语音。当下行方向上出现语音时，该下行语音可能从移动台作为附加在上行信号上的回声返回。因此，回波抑制器在检测到下行方向上的话音行为时，阻止上行信号的传播，并产生背景噪声来取代它，该背景噪声的频谱特征和密度在每一时刻都类似于移动台工作环境中的背景噪声。此处将该背景噪声称为舒适噪声。开始生成舒适噪声的有利时刻必须比回声从移动台返回回波抑制器的时刻要稍前一点。因此，在检测到下行话音行为之后的预定时延后开始生成舒适噪声，并且只要下行话音行为继续，舒适噪声也不断生成。当下行方向上回波抑制器不再检测到话音时，它在预定时延之后终止上行方向上舒适噪声的生成并回到正常的上行语音传输，在该时延期间所有的回声都已从移动台返回回波抑制器。

在本发明的一种优选实施例中，舒适噪声的生成和检测是分布化的。回波抑制器不需要从接收信号中分离语音和背景噪声，也不需要计算背景噪声的值和频谱。所有这些信息都可以在移动台发送的舒适噪声信息，例如GSM系统的SID帧中找到。该信息描述了当移动台没有说话且没有回波时，该移动台的背景噪声。回波抑制器存储该信息，并利用它生成舒适噪声以取代回波抑制器从中检测到回波的帧。这样，在移动台中判定并检测背景噪声，而在回波抑制器中生成背景噪声。这简化了回波抑制器的处理。

本发明的回波抑制器还包括上行方向上的通话重叠检测器。通过通话重叠检测，在生成舒适噪声时可以防止中断移动用户的语音。通话重叠检测如下进行：如果在舒适噪声生成期间在上行方向上检测到足够高的信号值，过程立即切换到通话重叠模式。在通话重叠模式下，经过轻度衰减后上行信号可以有效地通过。衰减非常轻微，它不会导致移动用户的语音较难以理解。在这种情况下回声也得以通过，但因为返回的回声已混合了移动用户的语音，所以其干扰性不是太强。

下面将结合附图，通过优选实施例来解释本发明，在附图中

图1说明了一种数字移动通信系统；

图2的框图示出了采用不连续传输的移动台的原理；

图3的框图示出了本发明的回波抑制器的原理，所述回波抑制器已置于图1所示的移动网变码器单元TRCU中；以及

图4和5的框图说明了图3中回波抑制器的操作。

本发明可以应用于采用数字语音传输和语音编码技术以降低传送速率的任何移动通信系统中。

一个例子是欧洲数字移动通信系统GSM(全球移动通信系统)。其基本结构和操作在ETSI/GSM建议中公开。在上述GSM建议和“The GSMSystem for Mobile Communications”，M.Mouly，M-B.Pautet，Palaiseau，Frarce，1992，ISBN：2-9507190-0-7一书中可以找到GSM系统的更详细的描述，此处将其列出以资参考。

下面将以GSM系统为例描述本发明。但是本发明并不局限于此。

图1简要地示出了GSM系统的一些基本元件。移动业务交换中心MSC负责交换来话和去话，它所执行的工作类似于公众电话交换网(PSTN)的交换机。它还完成移动通信所特有的任务，比如用户位置管理。移动无线台，即移动台MS通过基站系统BSS连接到MSC。基站系统由基站控制器BSC和基站BTS组成。

GSM系统是完全数字化的，语音和数据传输也完全数字化进行。目前在语音传输中使用的话音编码是RPE-LTP(定期脉冲激励-长期预测)，它同时采用长期和短期预测。编码产生了LAR，RPE和LTP参数，它们代替实际语音被传输。在GSM建议06章中公开了语音传输，尤其在建议06.10中公开了语音编码。在不久的将来可能还能采用其它编码方法，比如半速率方法。因为本发明与实际语音编码方法不相关，并不取决于后者，所以此处不再进一步描述语音编码方法。

移动台当然必须有语音编码器和语音解码器以进行语音编码。移动台如何实现对本发明并不重要，它与标准没有什么不同。下面将结合图2针对不连续传输(DTX)描述移动台的结构和操作。

移动通信系统固定网一侧的不同语音编码功能一般集中在变码器/速率适配单元TRCU。TRCU可以根据生产厂商的需要放置于许多可选的网元中。变码器单元的接口是对移动业务交换中心MSC提供64Kbit/s PCM(脉码调制)接口(A接口)，而对基站BTS提供16或8Kbit/s的GSM接口。在GSM建议中对这些接口也使用术语上行方向和下行方向，上行方向是从MS到MSC的方向，而下行方向是其相反方向。

如果变码器单元TRCU位于BTS的远端，则在BTS和TRCU之间通过所谓的TDAU帧传送信息，TRAU帧在GSM建议08.60中定义。在这些帧中传送LAR，RPE和LTP语音编码参数，以及不同的控制比特，包括上述DTX模式的控制比特。但是TRAU帧对本发明而言并不重要，此处不再予以进一步关注。

不连续传输DTX

不连续传输，或DTX是一种在语音暂停期间可以中断无线路径传输的方法。这旨在降低发送机的功率消耗，后者对移动台而言极其重要，并降低无线路径上的总干扰值，这对无线系统的容量产生影响。

图2的框图示出了采用正常传输模式和不连续传输模式DTX的移动台的原理。在发送端，麦克风21将声音转换成电信号，并输送到语音编码器22。语音编码器22例如通过RPE-LTP方法产生语音参数，例如LAR，RPE和LTP参数，传送到TXDTX处理器23，不管麦克风产生的信号中是语音还是仅有背景噪声，TXDTX处理器23每次都以正常传输模式前转这些语音帧，从而将语音编码到较低的速率。这些语音帧被传送到无线单元24，后者包括一个收发信机和无线路径所需的其它元件和功能。无线单元24将这些语音帧以射频上行信号的形式通过无线接口发送到基站BTS。

基站可以发送命令以要求移动台切换到DTX模式。当MS处于DTX模式时，话音行为检测模块VAD25判明麦克风信号的语音参数包含语音还是仅有背景噪声。VAD功能在GSM建议6.32中定义，它主要基于对信号能量和频谱变化的分析。VAD25生成一个VAD标识，其状态指示信号包含语音(VAD＝1)还是仅包含背景噪声(VAD＝0)。如果VAD标识＝1，负责在发送端进行不连续传输的功能，即TXDTX处理器23(发送DTX)发送正常语音帧。如果VAD标识＝0，则TXDTX发送SID帧(沉寂描述符)，后者包含接收端生成舒适噪声所需的背景噪声信息。发送的帧中控制比特中标识SP(语音)指示它是正常语音帧还是SID帧。如果VAD标识的状态变为零，即信号中没有检测到语音，则在计算背景噪声参数所需的预定数量帧之后，将语音帧转换成SID帧。无线单元24在上一个语音帧之后发送一个SID帧(SP＝0)，之后终止无线路径传输。但是TXDTX处理器23不间断地继续生成含有噪声信息的SID帧，传送到无线单元24，后者将这些帧中的一个前转到无线路径以修改接收端的噪声参数。这些修改噪声参数的SID帧此后称为舒适噪声修改帧，即CNU帧。之后当VAD25从语音编码器22的参数中检测到语音时，它将VAD标识设置成值1，其结果是TXDTX处理器23重新启动语音帧的连续传输(SP＝1)。

TXDTX处理器23根据编码器22所生成的语音参数生成代表背景噪声的参数。TXDTX处理器23从正常语音参数中选出提供背景噪声值和频谱信息的那些参数，即LAR系数和描述语音帧字块最大值的XMAX参数，作为噪声参数。对应于四个语音帧时长的均值进一步由这些参数组成。每一语音帧包含四个XMAX参数，从中计算出对应于四个语音帧时长的一个共用值。这些噪声参数以上述方式通过SID帧传送到无线路径。因此，并不是通常传送的所有参数都被传送，其部分参数被替换成由零组成的SID代码字。其它不必要的参数也被编码成值零。舒适噪声的生成在GSM建议06.12中描述。

移动台MS的接收机的原理如下。无线元件24从基站BTS接收射频下行信号，从所述下行信号中分离的下行帧输送给负责在接收端进行不连续传输的RXDTX处理器(接收DTX)。如果移动台处于正常传输模式，则RXDTX处理器27将接收的语音帧前转给语音解码器28，后者进行接收参数(例如LAR，RPE和LTP参数)的语音解码。在接收机(扬声器)29中解码语音信号转换成声信号。如果移动台MS处于不连续传输模式(DTX)，根据从无线单元24接收的帧是一个正常语音帧还是一个SID帧，RXDTX处理器27以不同方式对其进行处理。RXDTX基于帧的SP标识判定帧类型。如果接收帧SP＝1，则RXDTX27将这些语音帧前转给语音解码器28。如果帧SP＝0，RXDTX27切换到某个状态，在该状态下它基于接收的噪声参数生成包含舒适噪声的语音帧。每次RXDTX接收到一个新的SID帧，它修改生成舒适噪声所用的参数。语音解码器28通过产生一个信号来解码“包含噪声”的语音帧，前述信号由扬声器或接收机29转换成类似于发送端所产生的背景噪声。这样在DTX模式下避免了由背景噪声所承载的语音和完全沉寂之间的起伏，后者会使收听者觉得很不舒服。除了上述元件，MS当然还包含一个回波消除器以衰减回声。

图3的框图说明了位于固定无线网络一侧，例如图1所示的变码器单元TRCU中的语音编码单元。图3的框图仅示出了解释本发明所必需的功能和元件。此外，语音编码器和变码器可以包含许多其它功能，诸如TRAU帧的处理，速率适配等等。

图3的上部示出了发送端，或下行方向的功能单元，它们是语音编码器32，VAD35和TXDTX处理器33。这些单元的结构和操作实际上类似于图2中移动台的语音编码器22，VAD25和TXDTX处理器23。但是在这种情况下，语音编码器32的输入是来自移动业务交换中心(A接口)的64Kbit/s数字语音信号。语音编码器32将信号31编码成语音参数(例如通过RPE-LTP方法)，后者通过语音帧传送给TXDTX处理器33。如果在下行方向上采用正常传输模式，TXDTX33将所有语音帧传送到位于基站BTS的无线单元。如果在下行方向上采用不连续传输模式DTX，则如同上面针对移动台MS所描述的，根据VAD标识的状态发送语音帧或SID帧。VAD35根据信号31中是否含有语音，将VAD标识的状态设置成1或0。TXDTX33设置语音帧SP标识＝1，SID帧SP标识＝0。此外，根据本发明，TXDTX33生成一个SP2标识，向回波消除器30指示下行方向上的话音行为，下面将对此，予以描述。SP2标识的状态与不连续传输模式下SP标识的状态相同。如果TXDTX33处于不连续传输模式，SP2标识值的计算与不连续传输模式相同，在该情况下，根据本发明的回波消除不需要下行DTX。

图3的下部示出了上行方向上的各个接收单元，即RXDTX处理器37和语音解码器38，其操作和结构实质上类似于图2中的RXDTX处理器27和语音解码器28。RXDTX处理从基站BTS到达的上行帧，向移动业务交换中心MSC发送语音解码器产生的数字64Kbit/s信号39。如果接收帧的SP标识为1，则不连续传输模式RXDTX37向语音解码器38提供带有语音参数的帧，如果接收帧的SP标识为0，则提供带有舒适噪声的帧。

在图1和2中已经解释过，PSTN用户2的语音在下行方向上传送给移动台MS，并在扬声器3或29中作为声信号重现，它可能以回声的形式传播到麦克风4或21，并与上行信号一起返回到PSTN用户2。该PSTN用户将听到他自己语音的回声。就已知方法而论，总是试图通过回波消除器在移动台中衰减该回声。取决于该回波消除器的质量，发向移动网的上行信号仍将包含一些残余回波。

根据本发明，通过一个回波抑制器消除从移动台返回的回声，该回波抑制器置于移动网一侧，而不是象现有技术解决方案那样置于移动台中。根据本发明的回波抑制器可以放置于网络中不同的可选位置，诸如基站，基站控制器或移动业务交换中心。在本发明的一种优选实施例中，已在变码器单元TRCU中实现了回波抑制器，该变码器单元可以放置于上述网元中的任意一个。在变码器单元中的实现特别有利，因为本发明可以利用现有的变码器单元方案，并且容易得到回波抑制器所需的语音编码参数。

在本发明优选实施例中，利用在变码器单元TRCU和移动台MS中工作的VAD和DTX功能。在本发明中，监视下行信号31中是否出现语音。如果在下行信号31中检测到语音，则以舒适噪声代替从移动台MS接收的上行信号。

在图3中，用虚线划分出本发明的回波消除器30。在该实施例中，回波抑制器的操作需要利用上行方向的不连续传输DTX。实际上所有时间都要使用上行DTX，但是根据本发明优选实施例的方法仅在使用上行DTX时才被激活。回波抑制器30的操作由控制单元301控制。RXDTX处理器提供控制单元301-4CNU标识和多个CNU参数。CNU标识指示所讨论的帧是一个舒适噪声参数修改帧(CNU帧)，即合法SID帧。CNU参数是CNU帧所包含的舒适噪声修改参数。此外，分离出描述噪声值的参数XMAX提供给控制单元301。控制单元301的第四输入是来自TXDTX处理器33的SP2标识。控制单元301的输出是输送给舒适噪声产生器302的强制舒适噪声插入(FCNI)参数，输送给FCNI选择器303的FCNI标识和输送给增益控制器304的GAIN信号。FCNI产生器302根据FCNI参数生成一个包含舒适噪声的FCNI帧。该FCNI帧输送给选择器303的第一输入端。从RXDTX处理器的输出中输送一个语音/SID帧给选择器303的第二输入端。选择器303根据该FCNI标识的状态，将语音解码器38的输入切换成FCNI帧长或语音/SID帧长。解码器38解码的语音信号通过增益控制304输送到输出39。根据GAIN信号的状态，增益控制304的增益是例如0dB或-6dB。在通话重叠情况下使用衰减(例如-6dB)。可选地，也可以完全忽略增益控制，而不会对本发明的回波控制器的操作产生任何影响。

下面将结合图4和5的框图解释图3控制单元所执行的回波消除算法。

在图4中，步骤400中控制单元301监视下行方向上是否出现话音行为。如果标识SP2＝1，则下行方向上正处于不连续传输模式，或者在下行DTX模式下发送语音帧。如果SP2＝0，则下行信号不包含语音。

如果在步骤400中SP2＝1，则在步骤401中设置定时器TNORM。定时器TNORM测量从发送上一个下行语音帧以来经过的时间。该定时器保证仅当下行方向上发送上一个语音帧之后经过预定时延才终止强制舒适噪声的生成。适当地选择该时延，以允许上一个语音帧所引起的回波从移动台返回回波抑制器。换句话说，该时延至少等于从回波抑制器到移动台MS并返回的系统时延和传输时延之和。

在步骤402，检查定时器TSUPR是否为零。定时器TSUPR测量从下行方向上发送第一语音帧以来经过的时间。定时器TSUPR将第一语音帧回波从移动台MS返回回波抑制器的时刻稍前的时刻确定为生成舒适噪声的开始时刻。定时器TSUPR的时延最好比在回波抑制器和移动台MS之间往返的系统时延和传输时延之和稍小。

如果在步骤402中定时器TSUPR不等于零，则进行到步骤403，如果定时器TSUPR＝0，则进行到步骤405。

在步骤403中检查是否已设置了强制舒适噪声插入(FCNI)。如果是，则进行到步骤405。如果不是，则进行到步骤406。在步骤406中控制单元301检查RXDTX处理器37的CNU标识是否＝1，即接收上行帧是否是一个舒适噪声修改(CNU)帧。如果接收帧是一个CNU帧，则在步骤407中修改FCNI参数。如果不是CNU帧，则直接进行到结束。如果在步骤400中标识SP2＝0，则在下行方向上没有出现语音。因此进行到步骤408，设置上述定时器TSUPR。在步骤401中检查定时器TNORM是否已到时(＝0)。如果定时器TNORM已到时，则从前一个下行帧发送以来已经过的时间已足以使该语音帧的回波返回回波抑制器。在该情况下，可以终止舒适噪声的生成。这在步骤410中执行，其中通过信号GAIN将增益控制的增益设置成0dB，并终止舒适噪声的生成(FCNI清零)。此外，通话重叠模式定时器TDBLT清零。下面将更详细地描述TDBLT。它从步骤410进行到步骤406。

如果步骤409给出的结果是定时器TNORM没有到时，则上一个语音帧的回波还没有返回到回波消除器。因此在步骤411中检查是否已设置了FCNI。如果是，则进行到步骤405。如果不是，则进行到步骤406。

步骤405包含图5中流程图所描述的方法的各个步骤。

图5示出了激活强制舒适噪声生成FCNI和检测通话重叠的方法的各个步骤。通话重叠是指下述情况：将下行信号解释成语音(标识SP2＝1)，并且上行信号值非常高，从而上行信号也可能含有语音。因此，本发明的回波抑制器也在下行信号中出现语音时监视上行信号值。根据描述信号值的接收语音帧的语音参数计算该上行信号值最为容易。在GSM系统的RPE-LTP语音编码方法中，这些参数由XMAX参数表示。在大多数现代语音编码方法中已采用了类似的参数。如果需要，也可以根据解码语音样本计算上行信号值，但出于下述原因它通常还需要一个第二解码器。本发明的思想在于，在可能的回声返回期间生成背景噪声，后者在每一时刻都与移动台工作环境中的背景噪声具有类似的强度和频谱质量。为了在强制舒适噪声FCNI生成期间能够根据样本值监视上行信号值，接收参数必须在一个单独的解码器中解码，因为如果同一个解码器使用两次，则可能产生干扰声。类似的方案可以是在FCNI期间监视描述上行信号值的参数，并基于它们判定通话重叠。在图5的实施例中，基于XMAX参数的使用进行通话重叠检测。

参看图5，控制单元301将从语音/SID帧得到的XMAX参数累加(步骤500)，每一个帧拥有4个这样的参数。控制单元301随后在步骤501比较XMAX参数之和与可调阈值thresh。如果和值小于阈值，则上行方向上没有语音，没有出现通话重叠情况，因此在步骤502测试所讨论的帧是否是一个舒适噪声修改(CNU)帧。如果是一个CNU帧，则更新该可调阈值thresh。因为在呼叫期间和呼叫之间背景噪声情况可能变化很大，所以需要可调阈值。因此如果使用一个固定上行阈值，很难仅凭基于该值的比较，区分强回声或背景噪声还是实际语音。在一次正常通话期间，当一方正在说话时，另一方则保持沉默。这样，当上行DTX处于活跃状态时，如果背景噪声具有相对稳定的特性，则变码器TRCU接收舒适噪声参数修改值。可以假定接收的舒适噪声修改值描述了当前的背景噪声值，在该情况下也可以在它们期间修改可调阈值thres。该修改后的阈值是例如一个CNU帧的XMAX参数之和加上一个特定常量，低于该阈值的偏离背景的回波假定是恒定的。从步骤503进行到步骤504。

如果在步骤502中检测出所讨论的帧不是一个CNU帧，则直接进行到步骤504。

在步骤504中检测定时器TDBLT是否已到时(＝0)。定时器TDBLT测量从检测到前一次通话重叠以来的时间，它在步骤510中设置，下面将予以解释。在通话重叠之后阻止舒适噪声的生成，直至已经过定时器TDBLT所确定的时延。这是基于下述事实：通话重叠期间语音沉寂序列(通常是无话音声和开始序列)的值保持低于阈值thres。因此上行语音将被不时中断。可以通过在启动FCNI之前加入一个单独的时延TDBLT来防止这个问题。如果在步骤504没有消除定时器TDBLT，则进行到步骤511。如果在步骤504中已清除了定时器TDBLT，则进行到步骤505。

在步骤505中，通过信号GAIN将增益控制304的增益设置成值0dB。

之后，在步骤506中检测是否已接收第一CNU帧。这是为了确保回波消除器30已修改了它所用的舒适噪声参数。如果没有接收到第一CNU帧，则进行到步骤515，从该步骤返回到图4的步骤406。如果步骤506已收到第一CNU帧，在步骤507中设置舒适噪声生成状态FCNI。换句话说，控制单元301向FCNI生成器302输送FCNI参数，根据这些参数生成器302生成一个包含强制舒适噪声的帧，并输送到选择器303的第二输入端。此外，控制单元301激活一个FCNI标识，从而选择器303选出这些FCNI帧作为语音解码器38的输入。一旦在步骤507中激活了强制舒适噪声(FCNI)的生成，则进行到步骤515。

如果在步骤501中和值XMAX大于阈值thres，则是一次通话重叠的情况，其中在下行和上行方向上都出现语音。因此进行到步骤508其中检查所讨论的帧是否是一个CNU帧。如果是一个CNU帧，在步骤509中修改阈值thres，之后进行到步骤510。如果步骤508中所讨论的帧不是一个CNU帧，则直接进行到步骤510。因此步骤508和509执行的修改完全类似于前述步骤502和503。

在步骤510中设置定时器TDBLT。上面已解释了该定时器的功能。之后，进行到步骤511，清除FCNI状态。所述状态可能已在步骤507中设置。清零意味着FCNI标识被清除并中断FCNI帧的生成。这样，选择器303将从RXDTX处理器37接收的帧传送给语音解码器38。

在步骤512检查是否接收了第一舒适噪声修改(CNU)帧。如果没有接收到第一CNU帧，则在步骤513中将增益控制304的增益设置成值0dB，之后进行到步骤515。

如果在步骤512已经接收到第一CNU帧，则在步骤514中将增益控制304的增益设置成值-6dB。因此可以通过衰减整个上行信号来衰减通话重叠情况下的可能回声，从而也衰减了实际语音。从步骤514进行到步骤515。

在本发明的一种可选实施例中，利用上行信号可以在回波消除器中产生噪声参数。在这种情况下，回波抑制器的操作并不需要上行DTX模式。可以例如通过附加编码器和TXDTX处理器来实现舒适噪声参数的生成。编码器将解码器38的输出编码成语音参数，TXDTX处理器将这些参数转换成噪声参数。这些噪声参数为控制单元301提供CNU参数输入。回波抑制器最好仅包括生成噪声参数所必需的编码器和TXDTX处理器部件。

回波抑制器也可以放置于移动网中语音编码器(变码器)之后。在这种情况下，本地生成舒适噪声，例如与前一实施例相同。利用一个特定检波器检测下行方向上的话音行为。除了在下行方向上发送一个未编码信号31之外，该检波器可以例如通过话音编码器32，VAD35和TXDTX处理器33来实现。

尽管以上仅参照特定实施例解释了本发明，但显然上述解释仅通过例子来进行，在不偏离后附权利要求书中提出的范围和精神的前提下，可以对以上公开的实施例进行变化和改进。

Claims (12)

1.一种消除数字移动通信系统中的回声的方法，在该系统中上行方向是从移动台到固定移动网的方向，而下行方向是其相反方向，该系统的无线路径上采用语音编码方法，该方法包括下述步骤：

通过移动台中的回波消除器，消除上行信号中出现的下行语音的回声，

其特征在于，

如下消除固定移动通信系统中上行方向上从移动台返回的下行语音残余回声：

在移动网中监视下行方向上的话音行为，

监视是否出现通话重叠情况，

如果在下行方向上检测到话音行为，则在预定时延之后用噪声取代移动网中的上行语音信号，

如果在下行方向上检测到话音行为结束，则在预定时延之后终止用噪声取代移动网中的上行语音信号，

如果检测到通话重叠情况，则阻止用噪声取代上行语音信号。

2.根据权利要求1的方法，

其特征在于，所述噪声是类似于移动台工作环境中背景噪声的舒适噪声，该方法包括步骤，

在传输期间将语音编码成较低传输速率的语音编码方法的语音参数，

至少在上行方向上采用不连续传输，其中，

a)在语音暂停期间中断从移动台到无线路径的传输，以特定间隔传送包含背景噪声信息的舒适噪声参数，

b)在上行方向语音暂停期间利用所述语音编码参数，在移动网语音解码器中生成舒适噪声。

3.根据权利要求1或2的方法，

其特征在于，监视通话重叠的所述步骤包括：

在下行方向话音行为期间比较上行信号值和一个阈值，

如果上行信号值超过所述阈值，则检测到通话重叠情况。

4.根据权利要求3的方法，

其特征在于，

基于从上行方向接收的语音参数，确定上行方向上的所述信号值，并表征该信号值。

5.根据权利要求3或4的方法，

其特征在于：

基于从舒适噪声修改帧中接收的语音参数修改所述阈值，并表征噪声值。

6.根据权利要求1或2的方法，

其特征在于，

在移动台中分析移动台工作环境的背景噪声，

在移动台中生成表征所述背景噪声的舒适噪声参数，

从移动台向移动网发送所述舒适噪声参数，

如果在上行语音信号中检测到下行语音信号回波的出现，则基于从移动台接收的所述舒适噪声参数生成取代所述上行语音信号的噪声。

7.根据权利要求1的方法，

其特征在于，在通话重叠情况下衰减出局上行信号。

8.一种在数字移动通信系统中消除从移动台返回的回声的设备，前述系统采用参数化语音编码方法以降低无线接口的传输速率，该移动台包括衰减回声的回波消除器，

其特征在于，该设备是放置于移动网一侧的回波抑制器，用于消除移动台回波消除器的残余回波，该回波抑制器包括

一个下行话音行为检测器(35)，其上行方向是从移动台(MS)到固定移动网的方向，而下行方向是其相反方向，

一个通话重叠检测器(301)，

装置(302，303)用于在下行方向上检测到话音行为时，在预定时延之后用噪声取代上行语音信号。

9.根据权利要求8的设备，

其特征在于，所述噪声是类似于移动台工作环境中背景噪声的舒适噪声，以及

所述取代装置(302，303)用于在检测到下行话音行为之后的预定时延后，开始生成舒适噪声，

所述取代装置(302，303)用于在检测到下行话音行为结束之后的预定时延后，终止舒适噪声的生成。

10.根据权利要求8或9的设备，

其特征在于，所述取代装置包括：

一个舒适噪声生成器(302)，生成包含类似于移动台工作环境中背景噪声的噪声的语音帧，

一个具有第一状态和第二状态的选择器(303)，在第一状态中它选择从移动台接收的语音参数作为语音解码器(38)的输入，而在第二状态中它选择舒适噪声生成器(302)所生成的语音参数作为语音解码器的输入，

如果在下行方向上检测到话音行为，则在预定时延之后选择器(303)从第一状态切换到第二状态。

如果在下行方向上检测到话音行为结束，则在预定时延之后，选择器(303)从第二状态切换到第一状态，

如果检测到通话重叠情况，所述通话重叠检测器(301)，强制选择器(303)切换到第一状态。

11.根据权利要求8的设备，

其特征在于，所述噪声是类似于移动台工作环境中背景噪声的舒适噪声，以及

在移动台中进行舒适噪声的分析，并生成舒适噪声参数，以及

基于从移动台接收的舒适噪声参数，在回波抑制器中生成舒适噪声。

12.根据权利要求8，9，10或11的设备，其特征在于，回波抑制器(30)位于变码器单元(TRCU)中。

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