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CN1163038A - 在蜂窝网中进行编码的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在蜂窝网络中进行编码的方法，该蜂窝网的每个小区中包含至少一个基站(41、45)，基站与它覆盖范围内的终端设备(40、46)进行通信，还包含一个移动交换中心(43)，移动交换中心(43)控制基站的运行。根据本发明的方法，为改善两个终端设备间的接续上的传输质量，当移动交换中心(43)在呼叫建立或移交期间，检测到呼叫是位于此移动交换中心范围内的两个终端设备(40、46)间时，移动交换中心就将与终端设备进行通信的基站的代码转换机，引导到这样一种模式，即代码转换机把速率调整到适于传输网的值，而并不对话音信号进行编码。

Description

在蜂窝网中进行编码的方法
本发明涉及一种在蜂窝网络中进行编码的方法，该蜂窝网的每个小区中包含至少一个基站，每个基站与它覆盖范围内的终端设备进行通信，还包含一个移动交换中心，移动交换中心控制基站的运行。
传输话音信息的数字传输系统其特征在于，它们采用话音编码以将模拟话音转变为数字形式。举例而言，在固定电话网中，模拟话音被转变为比特速率为64kbps的数字信号。在蜂窝无线系统这样的几个传输系统中，上述的传输速率是不切实际的，因为它占用了太多的传输容量。人们尝试在这些系统中使用占用尽可能小的传输频带和采用尽可能低的比特速率的话音编码。
利用信号处理方法，比如通过减少冗余信息和压缩话音来处理数字化的话音，可以减小传输频带和比特速率。在这些信号处理方法减少了所需要的传输频带的同时，传输话音的质量发生劣化。当在话路接续上进行多次编码/解码处理时，比如对于蜂窝网中发生在两个终端设备中的呼叫情况，劣化尤其不利。
现已发展了几种话音编码方法，所有方法的目的都是为了在没有话音质量劣化的同时，获得尽可能低的比特速率。通常采用基于监听测试的平均印象分(MOS)来作为话音质量的准则。图1的表格中示出当接续建立在同一蜂窝无线系统中的两个终端设备间时，对于接续中仅包含一个代码转换机和接续中包含两个代码转换机的情况，几种已知话音编码方法的MOS。正如表中所示，当使用两个编码器时，话音质量通常会劣化。现已知该现象，并在发展话音编码方法时试图考虑到它，但是即使在最新的编码器中，当同一接续中使用两个编码器时，话音质量也不好。
在美国专利4,924,480中，公开了一种旨在消除所述问题的已知装置。如上所述，模拟话音被转变为包含64kbps信号的数字格式。该信号表示为8比特、A律字码形式。对比文献所公开的方法中，该8比特字码中的最低有效位(LSB)以下面方式使用，即编码器利用该比特向另一个编码器表明它的存在。实际上，发射机的编码器可以在LSB的位置上，传输它自己的同步模式，接收机的编码器将对其进行检测。当编码器已经检测到彼此的存在时，它们转换到一种所谓的填充带(padding stripping)模式，这时编码器并不为进行传输而解码信号，而只是为进行传输而调整它的传输速率。因此可以避免连续的编码/解码工作。这种已公开方法的问题在于，每个8比特A律PCM字码的LSB除了话音传输外，也可用于其它目的，从而造成传输话音质量的劣化。而且，编码器中需要的符号交换过程很慢，因为同步模式中的每个比特必须重复6次。而且每个同步模式必须足够长以能够进行可靠的识别。每个同步模式也必须至少重复一次。
本发明的目的在于实现一种方法，利用它能够改善位于同一移动交换中心范围内的两个终端设备间的接续上的话音质量，并能够避免现有技术中的问题。本发明的另一个目的是减少两个终端设备间的接续上的传输延迟。
利用绪论中描述的一类方法可以实现上述目的，其特征在于当移动交换中心在呼叫建立和移交期间，检测到呼叫是位于此移动交换中心范围内的两个终端设备间时，移动交换中心就将与终端设备进行通信的基站的代码转换机，引导到这样一种模式，即代码转换机将速率调整到适于传输网的值，而并不对话音信号进行编码。
因此，当接续建立在两个终端设备间，并且终端设备位于同一移动交换中心的范围内时，采用根据本发明的方法可以减少要进行的编码/解码操作的次数。利用根据本发明的方法获得的改善，取决于所使用的话音编码方法，这些方法如图1中的表格所示。由于减少了话音处理量，从而接续上的延迟也显著降低。与以前的方法相比，因为不必一定利用LSB来执行信令，而是可以利用呼叫建立中使用的正常信息来执行，所以本发明对话音质量和延迟两方面都提供了改善。
下面，根据附图并参考例示，对本发明作以更详细的描述，附图中，
图1是上述的描述不同话音编码方法的图表。
图2是在蜂窝无线系统的一个例示，在它中能够应用根据本发明的方法。
图3a和3b描述在GSM系统中应用根据本发明的方法的一个例示。
图4a和4b描述一个移交的例示。
因此，图2给出了一个典型的蜂窝无线系统结构的一部分。在图中所示的情况中，移动终端设备10经由第一基站12、移动交换中心14和第二基站13与第二终端设备11进行通信。相应地，第二终端设备11利用同一路由的另一个传输方向与第一终端设备10进行通信。终端设备10和11利用天线16，19，20和24，经由无线链路分别与基站12和13进行通信。基站12和13利用数字传输链路与移动交换中心14进行通信，该数字传输链路利用电缆接续或无线中继链路实现。
终端设备10包含一个编码器32，其输入端是一个取样模拟信号。典型的取样频率为8KHz，不过对于本发明来说并不必要取该值。在编码器中，利用预定的话音编码算法对取样话音信号进行编码，以便输出端得到的信号比特速率对GSM情况为13kbps，对于D-AMPS网络为7.95kbps。收到的信号提供给接收机-发射机单元15，在此调制到一个载频上，并经天线16向基站12发射。在接收终端设备中，天线19收到的信号提供给接收机-发射机单元18，进行信号解调，然后再提供给编码器17，将信号解码为原始形式。类似的传输链也可产生在相反的传输方向上。
基站12中包括天线20、发射机-接收机单元21、编码器22和复用器单元23。发射机-接收机单元21与终端设备中的相应单元15工作方式类似，它对天线20接收到的信号进行解调。发射机-接收机21的输出信号接到编码器22的输入端。在编码器中，用常规方式对话音信号进行解码，并将其调整到移动交换中心14的传输线上，即，举例而言，对于GSM系统的情况，要求比特率为64kbps。移动交换中心14包括复用器装置28、29，耦合装置30，通过它们使呼叫对准正确的接收机，另外，移动交换中心14还包括包括控制装置31来控制中心的工作。
当在两个终端设备间建立呼叫时，终端设备首先向基站传输一个呼叫建立消息，基站再将有关欲建立呼叫的必需数据传输给移动交换中心。当移动交换中心检测到欲建立的呼叫是位于该移动交换中心的范围内的两个终端设备间的呼叫时，它便用根据本发明的方法，向与这两个终端设备进行通信的基站，传输呼叫建立消息中的控制命令，控制命令将基站中各自的代码转换机引导到这样一种模式，即代码转换机对于要传输的信号进行传输网络与无线通路间必要的速率调整，而并不对话音信号进行编码。
举例而言，对于GSM系统的情况，来自无线通路的信号速率为13kbps，而传输网络中传输的信号速率为64kbps。在根据本发明的方法中，基站的编码器并不将13kbps信号的话音编码进行解码，而只是将已编码的信号转换到64kbps的格式，比如通过在适当的间距向要传输的信号加上一些额外比特。相应地，位于传输链另一端的编码器也不对来自移动交换中心的64kbps的信号进行话音编码，而只是卸载下那些加在信号上的附加比特，从而把信号速率转换为13kbps。根据本发明的装置使得有可能避免要传输信号的第二次编码/解码步骤，从而可以获得更好的话音质量。该装置不需要另外的用于控制编码器的传输容量，而是可以在正常的呼叫建立消息中执行控制。
因此对于位于同一个移动交换中心范围内的终端设备，在它们的接续上能够采用本发明。本方法既可以根据上述要求，在呼叫建立和结束时使用，也可以用于终端设备在呼叫中进行移动，以致它们到达了同一个移动交换中心的范围中的情况。后一种情况比较少见，因为移动交换中心通常为相当广阔的地域提供服务。
下面，将利用GSM系统举例，来更加详细地描述根据本发明的方法，不过本方法并不局限于此。当对GSM系统应用根据本发明的方法时，对于位于同一个移动交换中心下的终端设备间的呼叫，代码转换机必须在呼叫期间，将用RPE-LTP方法编码的13kbps话音调整到64kbps的速率，并构成和分解TRAU帧。
图3a和3b中画出了GSM系统的结构。在M.Mouly和M-.B.Pautet(由作者出版)的The GSM System for Mobile Communications中可以找到更为详细的GSM系统结构的描述，本处引入仅供参考。图3a和3b中示出了第一终端设备40，它位于第一基站41(BTS)的覆盖范围内。第一基站41通过数字传输链路48与基站控制器42(BSC)进行通信，基站控制器又通过数字传输链路49与移动交换中心43(MSC)进行通信。图中还相应地给出了第二终端设备46，它位于第二基站45的覆盖范围内。第二基站45通过数字传输链路51与基站控制器44进行通信，基站控制器又通过数字传输链路52与移动交换中心43进行通信。
图3的示例中，进行话音编码/解码和把速率调整为适合传输网的值的代码转换机单元47，50(TRAU，代码转换机/速率适配器单元)，分别位于基站41和45。GSM规定中并未确定代码转换机单元的实际位置，因此它们也可以如图3b所示一样，分别位于基站控制器42和44中，或位于传输线中的其它部分。对本发明来说，代码转换机的位置并不重要。因此代码转换机47和50在来自移动电话的13kbps信号上，进行话音编码的解码，和将速率调整到64kbps的传输线上的工作，对于向终端设备传输的信号则进行相反的操作。对于图3a中的情况，传输线48、49、51和52上的速率是64kbps，而图3b中传输线48和51上的传输速率是13kbps，而传输线49和52上的速率为64kbps。
新呼叫
首先假定新呼叫是建立在两个终端设备40和46间。第一基站41从主叫终端设备40接收到呼叫建立消息。第一基站41再将有关被叫终端设备识别号码的数据传送给移动交换中心43。MSC43利用被叫终端设备的归属位置登记器(HLR)找到被叫终端设备。如果终端设备位于MSC43的范围内，MSC利用GSM系统的分配请求消息(该信息在GSM规定08.08中作以描述)，向基站控制器42、44传输有关要求的代码转换机的模式的数据，基站控制器42、44控制这些终端设备所在覆盖范围的基站。
基站控制器42、44利用GSM系统中的分配命令消息(该信消息在GSM规定04.08中作以描述)，向相应的基站41和45通知要求的代码转换机的模式。在本发明的优选实施方式中，基站41、45利用TRAU帧中的备用比特来设定代码转换机的模式。在GSM系统的规定中，TRAU帧包括五个备用比特。其中一个在检测模式时可以这样来使用，即当代码转换机处于正常模式时，该比特值为‘0’，当代码转换机模式将要被改变时，该比特设为‘1’。因此基站41、45把TRAU帧中的该比特设为‘1’，以便代码转换机转换到这样一种模式，即它们并不对来自终端设备信号的话音编码进行解码，而只是将信号速率转换为适合传输线的64kbps速率，在相反的传输方向也进行相应作用，即将来自传输线的信号的速率调整到无线通路上使用的传输速率，而并不对该信号编码，因为信号已经进行了话音编码。这之后，如GSM规定04.08中所述，呼叫建立正常进行。
举个例子，速率从13kbps到64kbps的调整可以用向要传输的比特增加额外比特，以增加传输速率的方法来实现。相应地，在接收端将这些额外比特从64kbps的信号中去掉，以得到原始的13kbps话音编码信号。
当呼叫结束时，根据GSM规定(08.60)开始在TRAU帧中传输空比特码型(010101…)，然后代码转换机自动恢复正常模式。
MSC控制的移交
该备选方案涵盖两种独立的情况：MSC内移交和MSC间移交。图4a和4b中给出了这两种情况。
对于发生在MSC43范围内的移交，MSC43在“移交请求”消息(GSM08.08)中，向新BSC52通知要建立的新信道所要求的代码转换机的模式。BSC52在“信道激活”消息(GSM08.58)中，向新基站51通知要求的代码转换机模式。如上所述，基站51将TRAU帧中为此目的而保留的比特设置为‘1’，以使代码转换机转换到这样一种模式，即它并不对来自终端设备信号的话音编码进行解码，而只是将信号速率调整为适合传输线的值。这之后，根据GSM规定进行移交。应该注意到，根据移交是发生在一个小区内还是在一个BSC内，BSC或BTS在移交期间可能保持不变。
对于MSC间移交，因为两个MSC间的业务上采用的编码方法的类型存在不确定性，两个代码转换机都必须设置为正常模式。新基站53的代码转换机缺省设置为正常模式，而仍保持不变的基站41中的代码转换机，必须再返回到正常模式。它可以用两种方法实现。
第一种方法是在已经使用的频率和时隙上执行基站41的内部移交。对于这种情况，由于BTS把TRAU帧中保留的比特设置为‘0’，基站41的代码转换机会转换到正常模式，从而代码转换机恢复了正常模式。
另一种方法是采用由BSC42向基站41传输的“模式改变请求”消息，由于该消息，基站41将从TRAU帧中保留的比特设置为‘0’，从而代码转换机转换为正常模式。在前面提到的The GSM System for MobileCommunications中更为详细地描述了模式改变过程。
BSC控制的移交
该备选方案涵盖两种独立的情况：BTS间移交和BTS内移交。
BSC在“信道激活”消息(GSM08.58)中向新BTS通知要求的代码转换机模式。如上所述，  BTS把TRAU帧中为此目的而保留的比特设置为‘1’从而代码转换机转换到这样一种模式，即它并不对来自终端设备信号的话音编码进行解码，而只是将信号速率调整为适合传输线的值。这之后，根据GSM规定04.08、08.08和08.58进行移交。
即使根据附图并参考例子如上描述了本发明，但很明显本发明并不仅局限于此，而是可以在所附的权利要求书所公开的发明思想的范围内，从多个方面进行修改。

Claims (7)

1.一种在蜂窝网中进行编码的方法，该蜂窝网的每个小区中包含至少一个基站(41、45)，每个基站与它覆盖范围内的终端设备进行通信，还包含一个移动交换中心(43)，移动交换中心控制基站的运行，该方法的特征在于，当移动交换中心(43)在呼叫建立或移交期间，检测到呼叫是位于此移动交换中心范围内的两个终端设备间时，移动交换中心就将与终端设备进行通信的基站的代码转换机，引导到这样一种模式，即代码转换机将速率调整到适于传输网的值，而并不对话音信号进行编码。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，当终端设备(40、46)间的接续断开时，移动交换中心(43)将与终端设备进行通信的基站的代码转换机，转变为恢复正常模式。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，蜂窝网络为GSM网，并且从TRAU帧中保留一个比特，利用它来指示代码转换机工作时应处的模式。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，移动交换中心利用有关正常呼叫建立的消息，控制与终端设备进行通信的基站的代码转换机。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，如果代码转换机应该正常工作，那么就将从TRAU帧中保留的那个比特设置为‘0’，如果代码转换机不应执行话音编码，则设置为‘1’。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，当移交是在移动交换中心(43)的范围内进行时，与执行移交的终端设备(46)进行通信的基站(51)的代码转换机，在移交期间被转换到这样一种模式，即代码转换机仅仅将速率调整为适于传输网的值，而并不对话音信号进行编码。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，当移交发生在移动交换中心(43)的范围之外时，与并未移出移动交换中心(43)范围的终端设备(40)进行通信的基站(41)的代码转换机，在移交期间被引导恢复到正常模式。
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