CN1242898A - 在不同的网络中的终端之间的语音传输 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个系统,它允许在一个移动站和连接到数据网络的终端设备之间进行语音传输。该终端设备最好是因特网电话机,根据所讨论的数据网络的协议发送和接收数据分组和装备有电话机特性。根据移动站系统它具有一个语音编码器,从由该移动站发送的并且包含在从数据网络得到的数据分组中的语音参数中合成原始的语音,和相应地产生在输出数据分组中定位的语音参数。语音参数本身在该移动站和该终端设备之间传输,不对它们应用任何另外的编码。当该移动电话网络是一个分组交换网络时,它可能直接地连接到该数据网络,或者当该移动电话网络是一个电路交换网络时,使用一个网关,该网关执行任何必需的变换,以使呼叫可以从一个网络连接到另一个网络。

Description

在不同的网络中的终端之间的语音传输
本发明涉及在两个终端设备之间的语音传输，其中之一是在移动电话网络中的终端设备，而其它的是接入该因特网的终端设备。
在数字电话系统中，数字语音信号是在语音编码中处理的，例如以大约20ms的帧和使用各种的方法，以使该结果是描述每帧参数的一组语音。这个信息或者该参数组是信道编码的并且发送到该传输通路。
图1是从传输的观点的一个GSM网络的简化视图。网络子系统NSS包括一个移动交换中心15MSC，通过其系统接口该移动电话网络连接到其它网络，诸如：公用交换电话网PSTN。网络交互工作功能16IWF是用于使该GSM网络适应这些其它网络。网络子系统NSS通过A接口与基站子系统BSS结合在一起，基站子系统包括基站控制器BSC14，每个基站控制器BSC14控制连接到它们的基地收发信机站BTS13。在基站控制器和连接到它的基地收发信机站之间的接口是一个Abis接口。基地收发信机站也是通过无线电接口与移动站进行无线电通信。
语音编码是在无线电接口两侧进行的，即在移动站和在该网络中。位于该网络侧的语音编码器称为一个代码转换器，而且它是代码转换器和速率适应单元TRAU的一部分。这个单元是基站子系统BSS的一部分，并且它可能位于与如在图1中的基站控制器14连接或者与移动业务交换中心连接的地方。代码转换器将语音从数字格式转换为其它的格式，例如它们转换从该中心的A接口来的64kb/s A律PCM为13kb/s全速率FR编码的语音，以便传送到基站线路，反之亦然。如果该传输是数据传输，它们也执行速率适应。
在网络侧，代码转换器单元必须从无线电接口获得信息，用于有效的解码。为此目的，在基地收发信机站和该代码转换器单元之间相同的信道上使用特定的带内信令，在其上传送语音或者数据。
FR语音编码器输入是从网络侧得到的一个13比特PCM信号或者是从移动站音频部分得到的A/D转换的13比特PCM。从该编码器输出获得的语音帧，所谓的TRAU帧有20ms的持续时间而且它包括260比特，是通过编码160PCM编码的语音样值形成的。另外，TRAU帧具有可用于帧同步、用于指示语音和数据、用于定时和用于其它信息的60比特。由半速率HF语音编码器产生的帧包括112比特，等于5.6kb/s的比特流。由一个增强的全速率EFR产生的帧包括244比特，等于12.2kb/s的比特流。
图1表示在GSM中使用的每个信道的传输速率。移动站在无线电信道的无线电接口发送语音或者数据信息作为话务帧。基地收发信机站13接收该信息并且传送它到TRAU帧为PCM线路的子时隙。全速率连接使用一个16kb/s TRAU帧，同时半速率连接使用一个8kb/sTRAU帧。在PCM线路的相同的64kb/s中，用这种方式获得4或者8业务信道。在基站控制器14中，该代码转换器/速率适应单元TRAU转换包含在TRAU帧中的数字信息为64kb/s的一个速率，并且该数据以这样的速率传送到移动业务交换中心，于是按如下调制和速率变化，如果要求这样的话，该信息传送到一些其它的网络。
在上面描述的安排中，在该网络中进行两个移动站之间呼叫的加倍的语音编码：在TRAU帧中发送的和在移动站的语音编码器中编码的来自第一移动站的语音在TRAU单元中解码，于是该语音作为PCM语音传播到移动业务交换中心，因此例如进一步到TRAU单元，TRAU单元位于相同的中心区域的另外一个位置区域中和编码该语音为TRAU帧。这个加倍的编码称为串联的编码。如果移动站使用相同的语音编译码器，则不需要在它们之间进行任何串联的编码并且将仅仅得到差的语音质量。因此已经建议了防止串联的编码的各种方法。串联编码的大部分的共同特征是通过在由一个或几个较低有效比特形成的一个子信道的PCM时隙中发送编码语音参数防止串联的编码，同时剩余比特被用于发送PCM样值的最高有效位。如果在其它结束TRAU单元觉察到在子信道上有TRAU帧，将不执行对它们编码，但是它将更进一步传送它们，因此参数将被解码为仅仅在移动站中的语音。如果代码转换器不能识别子信道，它将以正常方式编码PCM样值为语音参数。该方法彼此的主要区别在于代码转换器不知道如何编码在子信道上传送的样值。通过监视子信道的信令图或者通过使移动业务交换中心通知该代码转换器有关该事件，该信息可以在代码转换器之间以信号交换中继。
当呼叫在相同的移动电话网络内或者经过电路交换PSTN/ISDN网络从一个移动电话网络移动到另一个移动电话网络时，当前移动电话机网络允许在双方之间的语音传输，每一方可以是移动电话网络的一个用户。另一个用户可能也是电路交换PSTN/ISDN网络的一个用户。在所有的情况下，该连接总是电路交换的并且在整个信息传输期间它留给这双方使用。
最初，移动电话网络是设计用于有效的语音传输，而在目前网络中数据传输速率实际上是相当低的。这个情形通过一般分组无线电业务GPRS系统改进了，该一般分组无线电业务GPRS系统使用虚拟电路和预定用于传输分组数据，它是由ETSI(欧洲电信标准协会)规定的，GPRS业务的目的是与目前电路交换业务无关地操作，特别是利用电路交换话务的未使用资源。
根据上述情况，能够理解该事件是当前移动电话网络的一个特性，从一个移动业务交换中心出去的语音呼叫总是移动到一个公用交换电话网PSTN。
近来，用于语音传输的因特网的使用已经变得越来越普遍了。在以分组形式经过数据网络传送语音的电话话务中，使用的终端设备例如是具有多媒体属性和连接到电信网络的计算机。与另一方的连接是利用互连网络建立的。呼叫管理操作，诸如：呼叫建立和释放借助于计算机中的软件执行。该呼叫是由CTI程序(CTI＝计算机电话集成)控制的，该程序读出从音频卡输出的语音并且将它转换为适合于在电信网络中传递的形式。该程序读出从电信网络收到的信号中的输入语音并且控制音频卡重复来自扬声器的语音。该程序还保持有关该呼叫状态的信息，诸如该终端设备是在被动的(挂机)或者在有效的(摘机)呼叫状态，该呼叫是否在继续，呼叫是否到达，是否在进行拨号等等，并且通过该电信网络构成与另一个参与者或者多个参与者到该呼叫的连接。该呼叫的优点是它的价格便宜，但是它特别经受由传输延迟引起的呼叫质量差的问题。
网络的分开是与因特网和移动电话网络的呼叫有关的问题。使用移动站网络的语音业务，移动站用户不能与连接到该互连网络分组网络的终端设备进行语音连接，该终端设备也不可能与该移动站连接。
本发明针对一个系统，它允许到数据网络，特别是在连接到因特网的电话机与移动站之间的所述的语音呼叫。
建议的系统的特征在独立权利要求中叙述。
在根据本发明的安排中，连接到数据网络的电话机有一个语音编译码器，它类似于该移动站中的编译码器。数据网络可以是一个因特网，因此电话机可以是装备有电话机特性的一个通用计算机。除在终端设备中进行语音编码之外，在电话机之间不执行另外的编码，因此语音参数本身在从一个终端设备到另一个终端设备的连接上传送。因此，从语音编码的观点，该操作是无级连(tandem free)的。
与在两个移动电话机之间的呼叫比较，在因特网呼叫中语音质量是较佳的，因为不进行连续的语音编码。在一些因特网电话机中，甚至现在还使用GSM全速率语音编译码器作为事实上的标准。它们产生20ms语音分组，这些语音分组很适合于在因特网中进行分组形式的数据传输。移动电话系统的语音编译码器也包含改进传输容错的功能。传输差错和特别是传输延迟对当前因特网电话机的语音质量有一个有害的影响。
在用于在移动电话网络和数据网络之间直接地连接呼叫的本发明中描述两个实施例。第一实施例是根据输入分组数据的GPRS(一般分组无线电业务)传输标准并将语音帧直接地定位入数据网络的分组中例如定位入IP帧中。在第二实施例中，无级连的呼叫通过一个网关连接到本数据网络，该网关连接到移动业务交换中心和将语音分组定位入帧，例如定位入IP帧。两个方法使得移动电话机经营者能够提供在数据网络中的电话机和该移动站之间的呼叫，而不使用任何公用交换电话网。
在下面参见所附的示意图描述本发明，其中
图1表示在移动电话系统中的语音传输，
图2表示用于传输分组数据的建议的移动电话系统，
图3说明本发明的第一实施例，和
图4说明本发明的第二实施例。
本发明的第一实施例是利用GPRS(一般分组无线电业务)系统，该系统本身是已知的。该系统部分地使用因特网的连接做法，并且GPRS网络的确可以直接地连接到本因特网。因为用户能够定义他需要的最小传输频带和因为编码语音的传输要求确定的频带，GPRS本身适合本发明的应用。
图2表示GPRS系统的逻辑结构。该系统逻辑上是在GMS系统之上增加两个新的网络单元实现的。这些单元是服务GPRS节点(SGSN，服务GPRS支持节点)和GPRS网关节点(GGSN，网关GPRS支持节点)。该移动站可以是一个双重目的的站，以使它可能作为一个正常的GSM电话机和作为中继分组数据的一个GPRS电话机工作。基地收发信机站系统BSS是从移动电话系统操作的，而且它包括一个基站控制器BSC和几个基地收发信机站BTS1，...，BTSn。网络中的节点是利用一个分组网络例如IP网络(IP＝因特网协议)彼此连接的。该网络连接到其它PLMN(公共陆地移动网络)网络，以使服务GPRS节点与位于另一个网络的GPRS网关节点(GGSN)连接。GPRS网络传送分组数据到一些PDN(分组数据网络)并且通过GPRS网关节点(GGSN1)从其中接收分组数据。在该网关节点中在用于分组网络的地址和用于GPRS网络的地址(IP地址)之间执行地址变换，并且它包含GPRS用户的路由选择信息，在MS所在的该路由选择信息管理之下，用于进行从分组网络的终端设备TE到服务GPRS节点的连接。该服务节点包含移动站移动的管理功能以及安全功能。网关和服务节点两者包含1P路由选择功能。
GPRS网络可以使用PLMN网络的移动业务交换中心MSC和归属位置寄存器HLR的用户数据库与访问者位置寄存器VLR的业务。
图3表示根据第一实施例的一个安排。该图与图2的差别仅仅在与因特网连接的计算机装备电话机。通常，由移动电话机发送的语音被发送到移动业务交换中心MSC/VLR，或者在TRAU单元中编码为PCM语音或者在无级连的操作情况下也作为语音参数。为了发送语音帧到GPRS网络，这样的属性必须加到现代的移动站，该移动站确信语音帧将发送到分组交换GPRS网络和不发送到电路交换GSM网络。
从移动站开始进行呼叫，以使移动站用户输入他的电话机密钥，连接到因特网的终端设备TE的互连网络地址，因此呼叫传送到网关节点GGSN1，呼叫该终端设备。当终端设备已经应答该呼叫时，该终端设备同意语音编译码器和其它呼叫参数，于是用户可能开始说话。移动站MS可以是GSM电话机，它编码语音帧为参数。根据GPRS系统该参数位于PDU(协议数据单元)分组中，这些分组象正常数据传输的数据分组一样通过基地收发信机站BTS1和基站控制器BSC传送到该服务SGSN节点。接收的分组位于缓冲器中，从该缓冲器中连续地取出PDU分组和解码该分组中的语音参数。然后语音参数位于UDP(用户数据报协议)/IP分组中。几十个语音帧的参数可以位于一个UDP/IP分组中，但是最有利的是只定位每个分组中的少数帧，例如3-5帧的参数，保持尽可能短的传输延迟。
为了确信该帧将以正确的顺序到达该终端设备，帧是以运行号码编号的。这例如可以使用因特网的RTP(实时协议)控制进行。
当UDP/IP分组已经在网关节点GGSN1中形成时，它被传送到因特网，从该因特网根据它的地址在终端设备中结束。该设备解除该分组，从其中分开语音参数和传送它们到语音编码器。该终端设备TE有与移动站类似的语音编译码器，因此编译码器解码参数化的语音为原始的语音，这通过扬声器或者耳机重复。
以类似的方式，语音编译码器参数化终端设备中的语音帧。应用程序定位UDP/IP分组中的编号语音帧，并将接收移动站MS的IP地址放置在每个分组中。分组达到网关节点GGSN1，该网关节点GGSN1进一步发送该分组到移动站MS，在此该站的语音编译码器解码该参数为语音。
根据第一实施例的方法使用断续传输，因此平均传输速率大约是由语音编译码器产生的标准比特流速率的一半。为了有效地使用断续传输，该终端设备应该使用听觉的回声的有效消除器。
图4表示根据第二实施例的方法。它的想法是使用TFO(无级连的操作)功能经过移动业务交换中心的PSTN接入传送由GSM电话机编码的语音比特到IP/PSTN网关41，因此进一步到因特网网络。在接收端，因特网电话机解码语音比特，因此在另一个传输方向，它发送编码的语音比特到网关41，从网关41中它们移动到移动业务交换中心MSC/VLR和进一步到移动站MS。
在从移动站到终端设备TE的方向，网关应该解除从移动业务交换中心得到的一些TFO帧(TRAU帧)的语音参数和在UDP/IP帧中定位它们。另外，网关应该变化该呼叫的PSTN号码为一个互连网络地址和根据该地址进一步发送UDP/IP分组。在从终端设备TE到移动站的方向，网关的责任是从该终端设备得到的UDP/IP分组中解除语音帧和打包这些语音帧作为发送到移动业务交换中心的TFO帧。另外，网关应该变化得到的UDP/IP分组的互连网络地址为GSM号码。该网关的其它职责包括在PSTN侧的信令和IP接口的维护以及TFO功能要求的带内信令。
从移动站到因特网电话机的呼叫可以以这样的方式实现：移动站MS首先通过给与它的PSTN号码与IP/PSTN网关联系。当网关已经知道该呼叫和连接已经建立到该网关时，移动站给出目标电话机的IP号码。当因特网电话机已经知道来自该网关的呼叫时，可以开始电话通信。
相应地，当从因特网电话开始呼叫时，呼叫被发送给网关的PSTN号码。当网关应答时，给出移动站的MSISDN号码，因此网关利用移动业务交换中心发送呼叫给移动站。当移动站应答时，可以开始电话通信。
在根据第二实施例的方法中，因特网电话机也可以给予PSTN号码，当建立呼叫时由移动站给出PSTN号码。相应地，除了MSISDN号码之外，当建立呼叫时移动电话机也具有由终端设备TE给出的互连网络地址。因此网关可以在两方向执行数字转换或者可以是在终端设备中这样的一个软件：它自动地改变PSTN号码为互连网络地址。
网关的物理位置例如可以与在移动业务交换中心之间的压缩程序(compressor)有关。然而，本发明不限定该网关的位置，但是它可以在任何PSTN网络中，如果TFO话务无变化地通过。在本方法中使用断续传输，因此平均传输速率大约是由语音编译码器产生的标准比特流速率的一半。为了有效地利用断续传输，在该终端设备中应该使用有效的声频回声消除器。
本发明要求现有的系统在移动电话网络和因特网网络之间增加一个IP/PSTN网关，该网关连接在移动业务交换中心的PSTN连接的“后面”。另外，因特网电话机应该使用象在移动电话系统中使用的语音编译码器一样的至少一个语音编译码器。
网关应用可以扩大以使它用于在分组交换移动站网络诸如GPRS网络的电话机和PSTN网络的电话机之间的语音传输。因此该系统是这样的：网关节点GGSN通过数据网络与该网关有一个连接，在另外一边电路交换PSTN网络打开。网关执行数据网络和PSTN网络之间的适应，另外解码在这个移动站网络中使用的语音。通过该网关使用一个分组交换移动站网络可以从移动站到常规的PSTN电话机建立呼叫。

Claims (10)

1.用于在两个终端设备之间进行语音传输的系统，其中第一终端设备是一个移动站，通过无线电链路连接到移动电话网络并且其语音编码器产生包含语音参数的语音帧，而第二终端设备连接到一个固定网络，其特征在于：
该固定网络是传输数据分组的一个数据网络，而第二终端设备是根据所讨论的网络协议发送与接收数据分组和装备有电话机特性的设备，
根据该移动站系统第二终端设备具有语音编码器，它从由该移动站发送并包含在从数据网络得到的数据分组中的语音参数中合成原始的语音，并且该语音编码器还相应地产生定位于外向数据分组中的语音参数，
语音参数在所述终端设备之间中继不对它们做任何进一步编码。
2.根据权利要求1定义的系统，其特征在于该固定网络是一个因特网网络和该数据分组是根据1P协议分组的。
3.根据权利要求1定义的系统，其特征在于该移动站网络是一个电路交换网络，它预定用于语音传输并且其中语音参数也在代码转换器中执行解码为PCM取样的一个或二个最低有效位的语音帧之后传送。
4.根据权利要求3定义的系统，其特征在于从该固定网络在PCM取样的一个或两个最低有效位中到达代码转换器的语音帧同样地进一步被传送。
5.根据权利要求1定义的系统，其特征在于在该移动站网络和中继数据分组的该固定网络之间有一个网关，该网关定位从移动站网络到达的语音帧中的语音参数到数据分组中，相应地，它定位在从该固定网络到达的数据分组中的语音参数到该移动站网络的语音帧中。
6.根据权利要求5定义的系统，其特征在于在该呼叫开始的时候该终端设备首先与该网关联系。
7.根据权利要求6定义的系统，其特征在于该移动业务交换中心是利用公用交换电话网PSTN与该网关的PCM连接。
8.根据权利要求6定义的系统，其特征在于该网关执行在该移动电话网络中使用的第一终端设备的号码和连接到该固定网络的第二终端设备的号码之间的数字转换。
9.根据权利要求1定义的系统，其特征在于该移动站网络是已知的和预定用于数据传输的一个分组交换的一般分组无线电业务(GPRS)网络，并且该语音参数在它的正常数据分组中传送。
10.根据权利要求9定义的系统，其特征在于在该一般分组无线电业务网络和该固定网络之间语音帧的传输是使用在一般分组无线电业务网络中存在的IP网络接口实现的。
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