DE69215183T2

DE69215183T2 - Verfahren und Anordnung für Multiplexübertragung von DTMF-Signalen

Info

Publication number: DE69215183T2
Application number: DE69215183T
Authority: DE
Inventors: Michel Mouly
Original assignee: Matra Communication SA
Current assignee: Nortel Networks France SAS
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2012-09-25
Also published as: ES2093807T3; ATE145311T1; DE69215183D1; DK0534852T3; FR2682002A1; EP0534852A1; GR3021779T3; EP0534852B1; FR2682002B1

Description

Die Erfindung betrifft die Übertragung von Signalen, nämlich mit Sprechfrequenzen, die durch Tonpaare gebildet sind, die unter N vorbestimmten Frequenzen in einem Telefonnetz zur numerischen Sprachübertragung ausgewählt wurden.
Eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung findet sich in Netzen zur Sprachübertragung zu und von mobilen Stationen in Form eines Multiplexes von Sprachsignalen, die ein bestimmtes Format aufweisen.
Als besonders wichtige Beispiele eines solchen Netzes könnten solche genannt werden, die von dem GSM-System Gebrauch machen, das beispielsweise in ELECTRONIC ENGINEERING vol.62, no. 762, Juin 1990, WOOLWICH, LONDON GB, S.79 - 85, BALSTON et al, "Data service handling in the GSM cellular radio system" beschrieben ist, bei dem die Sprache drahtlos in numerischer Form mittels Signalen mit 260 binären Elementen (oder Bits) übertragen werden, die im 20ms-Takt verschickt werden. Das GSM-System verwendet nicht die Sprechfrequenzsignale, wie sie oben definiert worden sind (besagte DTMF-Signale sind beispielsweise in MITEL APPLICATION NOTE MSAN-108 Juin 1983, "Applications of the MT8870 Integrated DTMF Receiver" beschrieben), wobei sich jedes durch das gleichzeitige Senden von zwei Frequenzen, die während einiger 100 ms unter 16 Kombinationen ausgewählt worden sind, für die Eingangszählung der Anrufe bildet. Es ist jedoch wünschenswert, daß das Netz diese Signale während einer Telefonkonversation übertragen könnte, um auf gewisse Bedürfnisse zu antworten. Man könnte insbesondere im Fall einer Übertragung von einer mobilen Station zu einer festen Basisstation die Systeminfrastruktur, die Fernabfragen von Anrufbeantwortern, Befehle für Funktionen im Haus usw. nennen.
Die Übertragung von DTMF-Signalen auf einem Telefonnetz der oben beschriebenen Art bringt Probleme mit sich. Tatsächlich ist die gewählte Art der numerischen Codierung für die Übertragung der Stimme optimiert. Ihre Leistungen für die Übertragung von DTMF-Signalen sind insoweit schlecht, als ein Detektor in einer üblicherweise erhältlichen Qualität das DTMF-Signal in einer Vielzahl von Fällen nicht identifizieren kann, so daß als Folge durch die Codierung und Decodierung Verzerrungen eingeführt werden.
Für die Netze, die das GSM-System verwenden, hat man ein Verfahren vorgeschlagen, das diese Schwierigkeit im Fall der Übertragung von einer mobilen Station zu einer Basisstation umgeht. Hierfür verwendet man für die Übertragung von DTMF-Signalen Signalisierungsnachrichten, die bereits als Standard für die Übertragung von Dienstnachrichten vorgesehen sind. Der Erzeuger von Dienstnachrichten ist so ausgebildet, daß er eine besondere Nachricht für jeden Druck des Benutzers auf eine besondere Taste liefert. Das Sprechfrequenzsignal wird also in der Basisstation erzeugt. Man vermeidet auf diese Weise jegliche Verzerrung durch Codierung oder Decodierung.
Diese Lösung hat leider viele Nachteile.
Da die Übertragung der Signalisierungsnachrichten anstelle der Sprachsignale stattfindet, unterbricht sie die Sprache. Die Signalisierungsnachrichten werden auf asynchrone Art und Weise übertragen und die Nicht-Synchronität der Übertragung der Signalisierungsnachrichten reduziert die Genauigkeit der Anfangs- und Endmomente des Sprechfrequenzensignals, was für viele Anwendungen störend ist. Das Übertragungsprotokoll der Signalisierungsnachrichten enthält Quittierungsnachrichten von der Basisstation zur mobilen Station, darunter zusätzliche Unterbrechungen, die zu keinem brauchbaren Signal gehören. In der Basisstation soll der Erzeuger der DTMF-Signale durch eine Kontrollogik gesteuert werden, die die Signalisierungsnachrichten analysiert. Folglich ist die Kontrollogik von der Codier- und Decodiereinrichtung der Sprache oder vom Vocoder entfernt angeordnet. Zwischen der Logik und dem Vocoder ist kein Bindeglied vorgesehen, das eine Steuerung ermöglicht. Die Realisierung des bis dato vorgeschlagenen Verfahrens vergrößert somit die Schwierigkeiten.
Die Schwierigkeiten steigern sich noch viel beachtlicher, wenn man versucht, die Sprechfrequenzsignale von der Basisstation zu einer mobilen Station unter Verwendung von Signalisierungsnachrichten zu übertragen. Es ist allerdings hinsichtlich der Kosten nicht akzeptabel, eine Vorrichtung zur Erkennung von DTMF-Signalen während der Kommunikation im Ablauf des Kontrollorgans zu palzieren, das die Signalgebung überwacht. Die einzige wirtschaftlich akzeptable Lösung erfordert eine Einschränkung: Der Benutzer der mobilen Station muß anzeigen, daß er DTMF-Signale empfangen wird. Nur durch den Empfang dieses Hinweises wird eine Vorrichtung zur Erkennung von DTMF-Signalen für die Kommunikation vorgesehen. Die Realisierung durch die Verwendung einer mobilen Basisstaion ist kompliziert und die Unterbrechung der Konversation verlängert sich.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Sprechfrequenzsignalen für ein Telefonnetz der oben beschriebenen Art zur Verfügung, das besser als die bisher bekannten auf die praktischen Erfordernisse eingeht. Es zielt insbesondere darauf ab, die Verzerrungen solcher Signale zu vermeiden, wobei lediglich einfache Mittel verwendet werden. Sie ist ebenso darauf gerichtet, die Synchronisation zwischen Sprechfrequenzsignalen und Sprachnachrichten zu gewährleisten.
Für diese Aufgabe schlägt die Erfindung insbesondere ein Übertragungsverfahren durch Sprechfrequenzenpaare unter N vorbestimmten Frequenzen in einem Telefonnetz zur Sprachübertragung in Form eines Multiplexes von Sprachsignalen, die ein bestimmtes Format aufweisen und jeweils eine bestimmte Anzahl von numerierten Sprachmustern enthalten, vor. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man jede Sprechfrequenz oder jedes Frequenzenpaar mit einem numerischen Code versieht; man die jeweiligen numerischen Codes als Antwort auf einen Sendebefehl von einem Frequenzenpaar erzeugt; man jeden numerischen Code in ein numerisches Signal besagten Formats einfügt, das ein Identifikationswort enthält, das eine exklusive Gruppe für die Sprachsignale bildet; und daß man beim Empfang mit Hilfe eines Sprachdekoders als Antwort auf das Wiedererkennen der besagten numerischen Codes gleichzeitig mit den Signalen, die eines der besagten Identifikationsworte enthalten, die jeweiligen Sprechfrequenzenpaare erzeugt.
Die Erfindung schlägt gleichfalls ein System zur numerischen Kommunikation vor, um das oben definierte Verfahren auszuführen, enthaltend wenigstens eine Basisstation und mobile Stationen mit jeweils einem Vocoder zur Verschlüsselung der Sprache in numerische Signale eines bestimmten Formats und zur Entschlüsselung dieser Signale und mit Steuermitteln zur Analyse von Signalisierungsnachrichten, die als Ersatz der Signale übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Vocoder wenigstens einer der Stationen als Antwort auf ein Sendebefehlssignal eines Sprechfrequenzenpaares zur Erzeugung eines Signals im besagten bestimmten Format vorgesehen ist, das einen numerischen Identifikationscode aus Frequenzenpaaren (zu übertragende Klangfarben) und ein Identifikationswort oder Markierer enthält. Der Vocoder der anderen Station enthält dann Mittel zur Erzeugung der Frequenzenpaare als Antwort auf den Empfang eines solchen Signals.
Der Vocoder der beiden Stationen muß Mittel für beide Arten enthalten, um eine Übertragung in beide Richtungen zu gewährleisten.
Die Erfindung läßt sich besonders einfach für den Fall eines GSM-Netzes verwirklichen, da dieser Standard die Möglichkeit zur Übertragung von Signalen im Sprachsignalformat ermöglicht, aber eine Identifikation des Annehmlichkeitsgeräusches überträgt. Es ist also die Verwendung der gleichen Mittel zum Senden und Identifizieren von Signalen mit einem Hinweis für das Annehmlichkeitsgeräusch und für das Senden und Identifizieren von Signalen mit einem Hinweis eines Sprechfrequenzenpaares möglich.
Die Erfindung wird durch die Lektüre der Beschreibung besser verständlich, indem beispielhaft eine besondere Realisierungsart der Erfindung aufgezeigt und ein Vergleich mit bekannten Vorrichtungen gemacht wird. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, wobei
Fig.1 eine schematische Darstellung einer bekannten Übertragungsart von DTMF-Signalen von einer mobilen Station zu einer Basisstation zeigt;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer Übertragung von DTMF-Signalen von einer Basisstation zu einer mobilen Station zeigt, wobei das gleiche Prinzip wie beim Fall der Fig.1 angewendet wird;
Fig.3 eine schematische Darstellung einer besonderen, erfindungsgemäßen Übertragungsart zeigt;
Fig.4 einen möglichen Aufbau von Signalen zur Übertragung von DTMF-Signalen für den besonderen Fall der erfindungsgemäßen Anwendung auf Signale gemäß dem GSM-System zeigt.
Nachdem der grundsätzliche Aufbau des GSM-Systems bereits in einer Vielzahl von Dokumenten beschrieben worden ist, werden hier nur notwendige Hinweise für das Verständnis der Erfindung gegeben.
Fig.1 zeigt schematisch die Art und Weise, wie eine mobile Station 10 und eine Basisstation 12 eines GSM-Netzes aufgebaut sein können, um DTMF-Signale zu Benutzerschaltkreisen mittels des Ausganges 14 der Basisstation schicken zu können. Die mobile Station 10 enthält einen Vocoder, der die Verschlüsselung des Sprachsignales in numerische Signale und deren Adressierung an Sendeschaltkreise 18 ermöglicht. Die Basisstation enthält einen Empfänger 20, der mit einem Vocoder 22 verbunden ist, der eine Wiederherstellung des Sprachsignals ermöglicht.
Die Basisstation 10 enthält ebenfalls einen Erzeuger 24, von Signalisierungsnachrichten, der mit dein Sender 18 verbunden ist.
Die Basisstation 12 enthält ihrerseits eine Kontrollschaltung 26, an die Signalisierungsnachrichten gerichtet werden. Um die Wiederherstellung der durch die Signalisierungsnachrichten identifizierten DTMF-Signale zu ermöglichen, enthält die Basisstation einen DTMF-Erzeuger 28, der durch die Kontrollschaltung 26 gesteuert wird. Die Kontrollschaltung steuert gleichfalls einen Schalter 29, um das analoge, durch den Vocoder 22 wiederhergestellte Sprachsignal oder das DTMF-Signal zum Ausgang 14 zu leiten.
Fig.2 zeigt, ähnlich wie Fig.1, den Schaltungsaufwand für die Übertragung von DTMF-Signalen zu der mobilen Station. Das eingehende DTMF-Signal wird von einem Detektor 30 identifiziert, der die Kontrollschaltung 26 steuert. Dieser tauscht dann mittels der Sende-Empfängerschaltung 20a die Signalisierungsnachrichten aus, die die Übertragung eines DTMF-Signals ankündigen. Die Kontrollschaltung 32 der mobilen Station 10 bereitet zu diesem Zweck die aus Vocoder 16 und Erzeuger 31 für analoge DTMF-Signale der mobilen Station bestehende Anordnung vor. Während der Übertragung des DTMF-Signals ist der Vocoder 22 gesperrt.
Die Ausführung der Erfindung kann auf einfache Art und Weise mit Hilfe einer Vorrichtung erfolgen, die lediglich sehr geringe Modifikationen einer bekannten mobilen Station (siehe Fig.3) erfordert. Zur Übertragung von der mobilen Station 10 zur Basisstation 12 ist es ausreichend, die Kontrollschaltung 32 der Basisstation 10 an einem Steuereingang mit einer Tastatur 33 zu vervollständigen und die Kontrollstation 32 derart auszugestalten, daß sie als Codier- und Decodiereinrichtung 34 wirkt, wenn die Signale im Format der Sprachsignale aufgebaut sind, jedoch ein Frequenzpaar darstellen. Diese Codier- und Decodiereinrichtung kann im Vocoder 16 integriert werden. Die Basisstation enthält lediglich einen DTMF-Erzeuger 38, der ebenfalls im Vocoder 22 integriert werden kann und der am Ausgang 14 die Sprechfrequenzen wiederherstellt, die die von der Kontrollstation 26 nachgewiesenen Signale darstellen.
Im umgekehrten Sinn werden die über den Ein/Ausgang der analogen Sprachsignale eingehenden DTMF-Signale durch die Kontrollschaltung 26 erkannt, die einen Detektor für eingehende Sprechfrequenzen aufweist. Der Detektor steuert den DTMF-Erzeuger 38, der Signale entsprechend dem Format der Sprachsignale bereitstellt. Die Identifikation dieser besonderen Signale und die Wiederherstellung erfolgt spiegelgleich zu der weiter oben beschriebenen Art.
Wie bereits weiter oben angedeutet worden ist, ist es vorteilhaft, bei einem GSM-System die binären Signale zur Übertragung der Sprechfrequenzsignale dadurch zu identifizieren, daß ein Aufbau der Signale übernommen wird, der für die die Sprache repräsentierenden Signale praktisch ausgeschlossen ist. Insbesondere existiert eine gewisse Anzahl von Bit-Kombinationen, die alle auf Null gebracht sind, die nahezu niemals erscheinen, um Sprache zu repräsentieren.
Man hat schon vorgeschlagen, diese Signale dazu zu ver wenden, einen Hinweis auf das zu erzeugende Annehinlichkeitsgeräusch zu geben.
In dem speziellen, in Fig.4 dargestellten Fall sind die Signale, die die DTMF-Signale darstellen sollen, 260 Bits lang, wie die Sprachsignale, enthalten aber eine Gruppe von 40 Bits an einer bestimmten Stelle, die alle auf Null stehen und einen Markierer bilden, der sie von den die Sprache repräsentierenden Signalen unterscheidet. Man kann insbesondere eine Gruppe 40 aus 95 Null- Bits in der gleichen Art und Weise verwenden, wie für die Signale, die das Annehmlichkeitsgeräusch repräsentieren.
Wie im Fall der ein Annehmlichkeitsgeräusch repräsen tierenden Signale können zwei kodierte Gruppen 42 und 44 vorgesehen werden, die beispielsweise 36 Bits bzw. 24 Bits aufweisen. Die erste Gruppe kodiert die spektralen Eigenschaften des Geräusches und die zweite Gruppe kodiert die Lautstärke des Geräusches, eventuell in vier Werten mit jeweils sechs Bits. Jeder Wert entspricht einem Abschnitt von 5 ins eines Intervalls von ms zwischen Signalen.
Schließlich verwendet man einige unter den 105 folgenden Bits (nicht benutzt und auf Null gesetzt für den Fall, daß ein Signal das Annehmlichkeitsgeräusch darstellt) um den Markierer zu vervollständigen, um ein DTMF-Signal auf einmal von einem Sprachsignal und einem Geräuschsignal zu unterscheiden. Eine bequeme Lösung besteht in der Verwendung von:
- 1 bis 8 auf 1 gesetzte Bits (Gruppe 46), um das DTMF-Signal zu identifizieren und den Markierer mit der Gruppe 40 zu bilden;
- 4 Bits (Gruppe 48), die die Art des zu übertragenden DTMF-Signals (Frequenzenpaar) unter den 16 zur Verfügung stehenden Signalen anzeigt, die folglich den numerischen Code bilden;
- 4 Bits (Gruppe 15), die anzeigen, welche Abschnitte von 5 ms im Geräusch enthalten sein müssen und welche Abschnitte das DTMF-Signal enthalten.
Die Station, die ein Signal erhält, sendet ein DTMF-Signal in einem oder mehreren Abschnitten von 5 ms, gefolgt von vorgegebenen Hinweisen und einem Geräusch mit Eigenschaften, die in den anderen Abschnitten angegeben sind.
Die drei Bit-Gruppen 46, 48 und 50 werden vorteilhafterweise unter den 24 Bits ausgewählt, die unter den verwendeten Fehlerkorrekturcodes am besten geschützt sind.
Schließlich werden die verbleibenden Bits (Gruppe 52) auf Null gesetzt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die in Fig.4 gegebene Darstellung lediglich die Existenz der verschiedenen Bitgruppen aufzeigt. Die Art der Bildung der GSM-Signale sorgt aber dafür, daß die Bits derselben Gruppe nicht aufeinanderfolgen.
Dank dieser Anordnung sind die Änderungen an den existierenden Vocodern sehr einfach, um die DTMF-Übertragung zu ermöglichen. Man sieht auch, daß der Anfang und das Ende jedes DTMF-Signals in vollständiger Synchronität mit dem Sprachsignal bis auf 5 ms bestimmt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur übertragung von Sprechfrequenzenpaaren unter N vorbestimmten Frequenzen in einem Telefonnetz zur Sprachübertragung in Form eines Multiplexes von binären Sprachsignalen, die ein bestimmtes Format aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß:

man jede Sprechfrequenz oder jedes Frequenzenpaar mit einem numerischen Code versieht;

man die jeweiligen numerischen Codes als Antwort auf einen Sendebefehl von einem Frequenzenpaar erzeugt;

man jeden numerischen Code in ein numerisches Signal besagten Formats einfügt, das ein Identifikationswort enthält, das eine exklusive Gruppe für die Sprachsignale bildet;

und daß man beim Empfang mit Hilfe eines Sprachdecoders als Antwort auf das Wiedererkennen der besagten numerischen Codes gleichzeitig mit den Signalen, die eines der besagten Identifika-tionsworte enthalten, die jeweiligen Sprechfre-quenzenpaare erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Identifikationswort einen für das Sprach-si gnal und eventuelle Signale, die ein Annehinlichkeitsgeräusch repräsentieren, gemeinsamen Markierer und einen komplementären Markierer enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der numerische Code Identifikationsbits von der Sendedauer des Signals der Sprechfrequenzen trägt.

4. System zur Übertragung von Sprechfrequenzsignalen in einem Telefonnetz zur Sprachübertragung in Form eines- Multiplexes von Sprachsignalen in einem bestimmten Format, enthaltend wenigstens eine Basisstation (12) und mobile Stationen (10) mit jeweils einem Vocoder (16, 22) zur Verschlüsselung der Sprache in numerische Signale eines bestimmten Formats und zur Entschlüsselung dieser Signale und mit Steuermitteln zur Analyse von Signalisierungsnachrichten, die als Ersatz der Signale übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Vocoder (16, 22) wenigstens einer der Stationen als Antwort auf ein Sendebefehlssignal eines Sprechfrequenzenpaares zur Erzeugung eines Signals im besagten bestimmten Format vorgesehen ist, das einen numerischen Identifikationscode aus Frequenzenpaaren und ein Identifikationswort enthält.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station gleichfalls Mittel zur Erzeugung der jeweiligen Frequenzenpaare als Antwort auf den Empfang eines solchen Signals enthält.

6. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mobile Station eine Steuervorrichtung enthält zur Steuerung des Sendens eines Signals mit einem Identifikationswort als Antwort auf die Betätigung einer Taste, die einem bestimmten Signal von Sprechfrequenzen entspricht.

7. Basisstation (12) oder mobile Station (10) für ein System zur Übertragung von Sprechfrequenzsignalen in einem Telefonnetz zur Sprachübertragung in Form eines Multiplexes von Sprachsignalen in einem bestimmten Format, enthaltend einen Vocoder (16, 22) zur Verschlüsselung der Sprache in numerische Signale eines bestimmten Formats und zur Entschlüsselung dieser Signale und Steuermittel zur Analyse von Signalisierungsnachrichten, die als Ersatz der Signale übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Vocoder als Antwort auf ein Sendebefehlssignal eines Sprechfrequenzpaares zur Erzeugung eines Signals im besagten bestimmten Format vorgesehen ist, das einen numerischen Identifikationscode aus Frequenzpaaren und ein Identifikationswort enthält.