ESQUEMA DE ACCESO MÚLTIPLE PARA PAQUETE DE VOZ QUE UTILIZA LA DETECCIÓN DE ACTIVIDAD DE VOZ
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN: Esta invención se refiere a la transmisión de paquetes de voz. Las redes de comunicaciones actualmente transfieren enormes cantidades de información en redes de área amplia y local. La información generalmente consiste de señales que representan voz y video digitalizados asi como datos que se transfieren entre los puntos extremos en redes. Una trayectoria de comunicación se puede establecer en tales redes por la conmutación de circuitos o conmutación de paquetes. En la conmutación de circuitos, un canal exclusivo se establece entre un remitente y un receptor a través de la transmisión completa hasta que se libera la conexión. En la conmutación de paquetes, los circuitos o canales virtuales se establecen entre un remitente y un receptor y un canal se ocupa solamente para la duración de la transmisión del paquete. La conmutación de paquetes habilita a las redes en manejar la mezcla heterogénea del tráfico de red con los requerimientos variantes de servicio e, idealmente, que la conmutación de paquetes sea escalable y pueda establecer y mantener confiablemente los canales REF . 135356 virtuales sin ninguna velocidad previamente especificada (también referida como ancho de banda sobre pedido) . Existe actualmente un interés significativo en integrar los paquetes de voz en la siguiente generación de sistemas de datos de ancho de banda para proporcionar capacidades de telefonía de paquetes. La dificultad con establecer la voz en paquete en el proceso convencional del circuito virtual descrito anteriormente, es porque se sufre de un retraso o truncamiento. Es decir, cuando un portavoz va en silencio y la trayectoria es liberada a otros usuarios, cuando el portavoz reasume la conversación, puede haber un periodo de tiempo durante el cual no esté disponible el ancho de banda para la conversación. Durante este tiempo, la señal de voz posiblemente se haya almacenado y remitido al momento en que el ancho de banda estuvo disponible, o una porción de voz probablemente se truncó. Ninguna de las posibilidades anteriores es una consecuencia deseable .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Una mejora en la técnica se obtiene con un arreglo donde siempre se mantiene un cierto ancho de banda minimo .
Cuando un periodo de silencio es detectado, se reduce el ancho de banda asignado a la llamada. Cuando se detecta un periodo de voz, el ancho de banda reducido continuará vigente, excepto en el caso que se cuente con una capacidad adicional, se le asignará a la llamada una medida completa de ancho de banda.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 representa un ambiente donde los principios de esta invención pueden practicarse; La Figura 2 ilustra 5 repartidores de señal, con el intervalo de tiempo 2 asignado al teléfono 10; La Figura 3 muestra un esquema de la interfaz de comunicaciones para un arreglo donde las necesidades del ancho de banda se determinan en la estación base del arreglo de la Figura 1; y La Figura 4 muestra un esquema de la interfaz de comunicaciones para un arreglo donde las necesidades del ancho de banda se determinan en la estación base del arreglo de la Figura 1.
DESCRIPCIÓN DETALLADA La Figura 1 muestra un arreglo de telefonía celular con un teléfono celular 10 que se comunica con la estación base 20 que incluye la circuiteria convencional de control para controlar el ancho de banda disponible para la estación base 20, y para controlar las llamadas que provienen de varios teléfonos celulares, incluyendo el
"Aaa^^ii teléfono 10. Se considera, por ejemplo, un sistema de la Figura 1 donde un teléfono celular se comunica con una estación base sobre un canal especificado de 200 KHz que comprende repartidores, con ocho intervalos de tiempo por 5 bloque y un número dado de bloques por repartidor (por ejemplo, 8) . Para mantener la sincronización entre los teléfonos celulares, la estación base envia una señal de control del repartidor a la cual se sincronizan todos los teléfonos celulares. La señal de voz del teléfono 10 ilustrativamente es codificada por un codificador de 13 Kbps que agrega 9 kbps de protección de error y desarrolla asi una señal de 22 kbps. Bajo condiciones normales, cuando el- usuario del teléfono 10 está hablando, el teléfono 10 es asignado a uno de los ocho intervalos de tiempo de cada bloque. Por ejemplo, la Figura 2 muestra 5 repartidores, donde el intervalo de tiempo 2 es asignado al teléfono 10. La Figura 3 muestra la comunicación que se presenta entre el teléfono 10 y la estación base 20 cuando la estación base 20 incluye la circuiteria para detectar periodos de silencio de un usuario del teléfono celular. La linea 11 representa el protocolo convencional utilizado para establecer la comunicación entre el teléfono celular 10 y la estación base 20. Esto incluye el protocolo que se acopla cuando el teléfono celular solicita el servicio y/o cuando el teléfono celular es llamado por las
estaciones base. Por consecuencia del protocolo de la linea 11, en la estación base 20 de la linea 12 se le especifica al teléfono 10 el canal de frecuencia especifico y el intervalo de tiempo que tiene disponible para enviar los paquetes contra corriente. Después de lo anterior, procede la comunicación de dos vias (linea 13 en la Figura 3) con el teléfono celular 10 que envia la información a la estación base de acuerdo al esquema de la Figura 2, y la estación base 20 difunde sus paquetes corriente abajo. Esto es indicado por la linea 13 en la Figura 3. Para los propósitos de análisis, se asume que la estación base 20 ha concedido al teléfono 10 su totalidad de ancho de banda conveniente; es decir, uno de ocho intervalos de tiempo en cada bloque de un repartidor. De acuerdo con el arreglo de la Figura 3, la estación base 20 supervisa la señal del teléfono 10 para determinar si el usuario ha entrado a un periodo de silencio. Esta supervisión podria tomar una de dos formas. De acuerdo con un proceso, el teléfono celular envia los paquetes que representan cualquier ruido de fondo existente en el micrófono del teléfono 10, y la estación base 20 incluye el módulo 21 que la estación base 20 acopla a la señal del teléfono 10. Este equipo descodifica la señal del teléfono celular 10 y comprueba si esa señal representa la voz, o ruido de fondo. El módulo 21 se realiza a través de lo.s» módulos convencionales; por ejemplo, la circuiteria que mide la energía contenida en la señal. De acuerdo con otro proceso, el teléfono celular 10 incluye la circuiteria convencional que detecta cuando su usuario ha entrado a un periodo de silencio y, en respuesta al mismo, detiene la potencia de radiación (no distinto a un registrador de cinta de voz activada) . Esto mejora el funcionamiento del sistema inalámbrico global, debido a que hay menos potencia radiada para interferir con las transmisiones de otros teléfonos celulares que se comunican con la estación base 20. Por supuesto, la circuiteria de medición de energía 21 dentro de la estación base 20 cuenta con un tiempo moderado para detectar un periodo de silencio cuando el teléfono celular detiene completamente la potencia de radiación. Cuando la estación base 20 detecta un periodo de silencio asociado con un teléfono que tiene una asignación completa de ancho de banda, tal como el teléfono 10 en este ejemplo, y de acuerdo con los principios descritos en la presente, el hecho es comunicado al circuito de control 22, y el circuito 22 envia un mensaje de control 14 al teléfono celular 10, informando a éste que se ha reducido su ancho de banda asignado. Ilustrativamente, el teléfono 10 es informado que solamente los bloques numerados de forma par
(o los numerados de forma impar) de un repartidor, o alguna otra fracción especificada del repartidor, están en adelante disponibles al teléfono 10. Este mensaje de control puede tener el formato de mensaje de control de linea 12. El mensaje de control 12 puede también instruir al teléfono celular 10 para que se mueva a otro intervalo de tiempo. Aunque en el caso de un teléfono celular 10 que se abstiene de transmitir cualquier energía durante los periodos de silencio, la instrucción de utilizar solamente los bloques pares de un repartidor no tiene ningún efecto en el teléfono celular durante el periodo de silencio, el efecto se siente cuando el teléfono celular desea continuar con el envió de una señal de voz. Específicamente, y de acuerdo con los principios descritos en la presente, habiendo recibido una instrucción para utilizar un patrón particular de intervalos de tiempo, cuando el teléfono 10 recibe una señal de voz que deba transmitirse a la estación base 20, éste reduce la velocidad de codificación de la señal de voz para corresponder al ancho de banda asignado especificado por el mensaje 14, crea los paquetes, y los modula sobre el canal especificado de 200 KHz en el intervalo de tiempo de los bloques especificados. Esto es representado por la linea 15 en la Figura 3. Por lo tanto, de acuerdo con el arreglo de la Figura 3, una vez que el teléfono 10 entra al periodo de silencio, éste cede alguna - pero no toda - la capacidad del canal de comunicación que se habla asignado al teléfono 10.
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De manera más exacta, la estación base 20 se apropia (para otros usos) de alguna - pero no de toda - la capacidad de comunicación que se habla asignado al teléfono celular 10. De manera ventajosa, la capacidad adjudicada es suficiente para satisfacer las necesidades mínimas de por lo menos algunos usuarios, aún sin ser tan grande como para imponer una calidad de servicio indebidamente pobre (QoS) en el teléfono celular 10. Por ejemplo, la capacidad adjudicada puede ser de 1/2, ó 3/4 del ancho de banda total. De hecho, se espera que la estación base 20 utilice la capacidad del canal que fue cedida por el teléfono 10, y adjudicada por la estación base 20, para establecer la comunicación para, o, a otro teléfono celular, tal como el teléfono 23. Nótese que, en este caso, el teléfono 73 está operando a la mitad del ancho de banda. La capacidad cedida por el teléfono 10 por estar dentro de un periodo de silencio no es recuperada por el teléfono 10, excepto por la tolerancia de la estación base 20. Es decir, cuando el teléfono 10 sale de su periodo de silencio debe codificar la señal de voz en la velocidad más baja que se comporta con la especificación del mensaje 14. Para el ejemplo anterior, si el mensaje 14 asigna al teléfono 10 solamente la mitad de capacidad, 11 Kbps están disponibles (en vez de los 22 Kbps) para comunicar la información a la estación base 10 y, asi, 6 Kbps se pueden
á^^^^^^^^^^^^^igg^^^ utilizar para la codificación de voz, dejando 5 Kbps para la protección de error. La transmisión a esta velocidad media continúa, según lo mostrado por la linea 15 en la Figura 3, por lo menos hasta que el controlador 22 detecte que el teléfono 10 ya no está en un periodo de silencio y que tiene que comenzar a transmitir una señal de voz. Cuando la estación base 20 comprende que el teléfono celular 10 está en un periodo activo (no en el periodo de silencio) , incorpora un proceso que procura proporcionar al teléfono celular 10 el ancho de banda completo que es conveniente al mismo- basado en el QoS contratado para el teléfono celular 10. Si los intervalos de tiempo previamente apropiados del teléfono celular 10 están sin ocuparse, la estación base 20 envia simplemente un mensaje de comando 16, instruyendo al teléfono celular 10 para que reasuma la codificación en ancho de banda completo. Si los intervalos previamente apropiados del teléfono celular 10 se ocupan con una señal del teléfono celular 23 (es decir, con una señal en tiempo real) y quedan otros intervalos disponibles para que el teléfono celular 23 pueda moverse, entonces la estación base 20 mueve el teléfono celular 23, liberando los intervalos previamente apropiados del teléfono celular 10. Por lo tanto, la estación base 20 envia el comando 16 al teléfono celular 10, instruyéndolo para que reasuma la codificación en ancho de banda completo. Si otro intervalo de tiempo de
ancho de banda completo está disponible, la estación base 20 envia un mensaje 16 al teléfono celular 10 instruyéndolo para moverse a un nuevo intervalo y para que codifique su señal de voz en ancho de banda completo. El mensaje 16 tiene 5 de manera ventajosa el mismo formato general del mensaje 14. Una vez que se recibe el mensaje 16, el teléfono 10 reasume la comunicación a la velocidad de 22 Kbps. La Figura 4 muestra la comunicación que ocurre entre el teléfono 10 y la estación base 20 cuando la 10 estación base 20 opera sin el módulo 21 y se apoya en el teléfono 10 para detectar periodos de silencio o activos. La Figura 4 es básicamente idéntica a la Figura 3, excepto que el teléfono 10 se obliga con la necesidad de informar a la estación base 20 cuando éste entra al periodo de 15 silencio, y cuando entra a un periodo activo. Esto es representado en la Figura 4 por medio de los mensajes 18 y 19, respectivamente. En este arreglo, la circuiteria de control 22 recibe su información desde el teléfono celular en lugar del modulo 21, sin embargo, la operación sigue 20 siendo la misma. El ejemplo anterior describe un esquema simple para reducir el ancho de banda; es decir, asignando cada bloque par (o impar) de un repartidor para un teléfono en un periodo de silencio (1/2 capacidad), o asignando a cada 25 cuarto bloque de un repartidor para un teléfono en un
íirliliiíliÉiiiirtti^^-'--"-" , t i t i i «,.«.» .i -.«- ,,,^-...-^-------^--J-~- . - .. -,.. , ,,*.• -J*^aa periodo de silencio (1/4 de capacidad) . También describe que el ancho de banda que se permite para el teléfono en un periodo de silencio no debe ser menor que el ancho de banda mínimo que es requerido por un usuario en tiempo real (por ejemplo, la voz) . Además describe que el ancho de banda que es retirado del teléfono en un periodo de silencio no debe ser menor que el ancho de banda mínimo que es requerido por un usuario. Debe reconocerse, sin embargo, que la primer y tercera de estas sugerencias ilustrativas no son requeridas por los principios descritos en la presente. Es simple y, por lo tanto, conveniente para los mensajes 14 y 16 comunicar una instrucción tal como "bajar los bloques pares" o "tomar los bloques impares del intervalo 2" , o "reasumir el ancho de banda completo". Sin embargo, no hay prohibición del mensaje 14 que informe de "la baja de bloques 1, 3-5". También, mientras que es ventajoso reducir el ancho de banda de un teléfono en un periodo de silencio por una cantidad que sea igual a un múltiplo de un ancho de banda mínimo de otro teléfono celular, no existe un requerimiento donde la capacidad ganada por reducir el canal asignado al teléfono en un periodo de silencio, se deba asignar a otro usuario en tiempo real. De hecho, cuando otro teléfono, tal como el teléfono 23, es asignado al canal que está adjudicado al
«"""»-» -•> ---*•- teléfono celular 10, cuando el teléfono 10 entra en un periodo de silencio, surge un número de consideraciones. Primero, existe el problema del teléfono 23 que no se proporciona en un ancho de banda completo. Probablemente, se llega a esta consecuencia porque no hay intervalos de tiempo libre disponibles para el teléfono 23 —si el teléfono 23 está únicamente al principio de la sesión de comunicación, o porque el teléfono 23 está en un periodo de silencio y es simplemente movido. En segundo lugar, cuando el teléfono 10 entra en un periodo activo y el teléfono 23 ocupa la mitad de los intervalos de tiempo, cualquiera del teléfono 10 o el teléfono 23 debe moverse antes que el teléfono celular 10 pueda recibir su debido ancho de banda completo. Por otra parte, a menos que se encuentren otros intervalos de tiempo, ambos teléfonos continúan funcionando a una velocidad reducida. Mientras que estas consideraciones no son muy significativas, la operación del sistema es simplificada un poco usando tal capacidad liberada principalmente para los usuarios en tiempo no real, quiénes son mucho menos sensibles a la capacidad que les es concedida durante los periodos de silencio del teléfono celular 10, y la capacidad que es retirada de éstos durante los periodos activos del teléfono celular 10.
gj^^ » i.:, Lo anterior describe los principios de esta invención pero los expertos en la técnica pueden introducir varias modificaciones y adiciones sin salir del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, aunque lo descrito se presenta en términos de comunicación de teléfonos celulares con una estación base, lo cual no es una limitación de esta invención. También, el método de esta invención no necesariamente es una limitante para determinar si un teléfono celular que es al menos de ancho de banda completo está entrando a un periodo de silencio y, de manera reciproca, no necesita ser una limitante para determinar si un teléfono celular que funciona a toda capacidad está entrando en un periodo activo. También, lo anterior no se refiere al problema de una conexión inicial entre un teléfono celular y una estación base 20 donde no hay capacidad para una conexión de ancho de banda completo. Debe entenderse por los expertos, sin embargo, que los principios de esta invención se aplican, y una conexión se puede establecer al menos para el ancho de banda completo, de acuerdo con lo descrito anteriormente. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.