移动电话系统中实现非连续传输的方法

摘要

本发明的目标是在电信网络中,例如,在一个GSM(全球移动通信系统)移动电话网络中,尤其是在下行链路上,实现非连续传输(DTX)的一种方法。已知方法的缺点是,当使用跳频时,在广播信道的频率上传输的空突发脉冲串造成移动电话中的干扰反应。在按照这个发明的解决方案中,在广播信道的频率上传输的突发脉冲串被编码,以使在译码后,移动电话防止把包含于一个空突发脉冲串中的信息解释为语音。这样,移动电话对于在广播频率上传输的空突发脉冲串,以噪声为响应。

说明书

本发明的目标是在电信网络中，例如，在一个GSM(全球移动通信系统)移动电话网络中，尤其是在下行链路上，实现非连续传输(DTX)的一种方法。

基于无线技术的移动电话系统中可供使用的通信信道的数目是有限的，因此同样的信道必须在系统的若干个小区中被使用。于是，相邻小区中同样信道上的传输活动将造成一个增加的干扰电平。

先进的移动电话系统旨在采用若干方法减小同信道干扰及其对通信质量的影响。这些方法中最重要的是非连续传输和跳频，它们在数字系统中得到应用。

在非连续传输中，当不需要进行信息通信时或当进行通信的信息基本上是噪声时，传输活动被减少。因为在一次电话交谈中，语音在两个方向交替出现，因此传输时间可以被降低约为一半，这样就降低了在同一信道上的传输活动造成的干扰电平。在传输中当接收机收不到一个高质量的信号时，它将在内部产生一个舒适的噪声。但是，中断的传输不能在所谓的被用于在基站和移动站之间的传输路径上的测量的广播信道(BCCH)频率上使用，因为在这个频率上的传输功率必须是恒定的。除此以外，一个移动站通过接收广播信道上传输的信息，来监视从不同基站接收的信号的功率电平。此信息被用于选择基站。当没有需要进行信息通信时，在这个频率上发射空突发脉冲串。

跳频时，通信信道传输频率例如通过伪随机序列被改变，藉此，使用同样频率的基站具有不相关的跳频序列。那样，严重干扰源的影响将在若干个连接上平均。

通过同时使用上面提到的两种方法，干扰电平可以被有效地减小。但是，技术问题与其实施相关，尤其是当利用跳频的信道也使用广播信道的频率时。在非连续传输中，当轮到使用广播信道的频率时，则空突发脉冲串也在传输信道上被传输。当移动站接收到各自的空突发脉冲串时，它可能把它们当作常规的载有语音信息的突发脉冲串，这样移动电话的反应是一个错误的信号，而不是舒适的噪声，这被听到时是一个干扰声音。鉴于这个问题，在下行信道(即从基站到移动电话)以非连续传输进行信息通信是不多见的。

本发明的目标是创建一种克服了上面的缺点，实现非连续传输的方法。按照本发明的方法的特征在权利要求书中的权利要求1的特征项中被提出。本发明的优选实施例在所附的权利要求书中给出。

本发明在下面借助于所包括的附图被描述，其中：

图1显示了GSM系统TDMA帧的结构；

图2显示了当不使用跳频时，在DTX模式下发送的突发脉冲串；

图3显示了当使用跳频时，在DTX模式下发送的突发脉冲串；

图4以一个流图的方式显示了按照本发明的方法；

图5以一个流图的方式显示了按照本发明的对突发脉冲串进行编码的一个装置；

图6以一个流图的方式显示了按照本发明的对突发脉冲串进行编码的装置的另外一个实施例。

图中使用了下面的符号：

T            尾

D            数据块

S            挪用比特

TS           训练序列

G            保护时间

I            空闲帧

A            SACCH信令信道

VAD          话音活性检测

DTX-B        按照本发明的突发脉冲串编码

本发明通过例子被更详细地描述，其中本发明被用于GSM系统。因此我们下面首先考虑GSM系统的帧结构和在所实现的系统中的非连续传输以及跳频的实现。GSM系统在下面的出版物中被进一步地描述：M.Mouly和M-B.Pautet的用于移动通信的GSM系统，1992；英国电信技术杂志第8卷第一期，1990年1月，M.R.L.Hodges的“GSM无线接口”，31-43页。

GSM系统是一个时分多址(TDMA)系统，它使用了若干个发射频率。图1显示了这个系统中使用的帧结构。一个TDMA帧有8个时隙，在每个时隙中可以传输一个传输信道突发脉冲串。一个被称为常规突发脉冲串的突发脉冲串包括两个用于信息传输的58比特的字块。每块中的一个比特，所谓的“挪用比特”，指示这个字块是携带数据还是信令信息。除了上述的字块，在突发脉冲串的中部还有一个长为26比特的训练序列，在突发脉冲串的两端有3个尾比特。此外，在两个突发脉冲串之间还有一段对应于8.25比特长的保护时间。

语音信号被划分成包括8个57比特的字块的语音帧。这些语音帧被以交织的形式传输，这样每个突发脉冲串包含一个来自两个接连的语音帧的字块。这样一个语音帧在8个接连的突发脉冲串中被传输。因此，这些突发脉冲串的前4个还包括来自前一个语音帧的数据，而后4个还包括下一个语音帧的数据。将要提到的是，两个要被发送的数据块的比特在训练序列的两边被交织。当然，语音帧还可以包括除语音以外的其他信息。下面，“帧”和“语音帧”是指被传输信息的这个帧，而包括不同传输信道的时隙的帧被称为“TDMA帧”。

训练序列被用于测量信道响应和使接收机一个突发脉冲串一个突发脉冲串地适应于信道。GSM系统定义8种不同的训练序列。他们具有良好的自相关特性，于是信道响应可以仅仅藉相关测量来定义。另外，训练序列具有低的互相关，于是在一个同步网络中应该有小的同信道干扰。要被使用的训练序列被永久地编程在移动电话中，基站把要被使用的各个训练序列的标识通知移动电话。

GSM系统中的非连续传输如下定义。在发射机中的话音活性检测VAD区分出一个连接的语音和暂停部分。在暂停期间没有语音信号被传输，以下把这个状态称为“DTX-状态”(非连续传输)。相应地，语音信号被传输的状态在下面将被称为“常规状态”。

当接收机检测到发射机还未发射语音帧时，它把这个帧标志为“坏的”，这被称为BFI功能(坏帧指示)。接收机在这段时间内产生噪声，于是一个被中断的输入信号在接收机不会被听成为中断的连接。在DTX状态期间发射机发送描述噪声性质的参数而不是语音。但是，这些参数的传输只需要少量的数据，这样相比于语音传输来说只需是一个短的传输时间。噪声参数在一个所谓的SID帧(静寂信息描述)中被传输。

下面我们考虑当广播信道频率不被使用时的DTX状态。当发射机进入DTX状态时，它在最后一个语音帧后面发送一个SID帧，然后有规则地以480ms为间隔发送一个SID帧。图2显示了这个包括104个TDMA帧、时长480ms的复帧。信令信道SACCH(慢速相关控制信道)在DTX状态中还保持激活。一个SACCH帧在所述的480ms的期间内传输，它使用4个时隙A。这样，就时隙的使用来说，连续的DTX状态是周期性的，它总是包含4个激活的SACCH突发脉冲串和在8个突发脉冲串中被传输的SID帧。没有其它的突发脉冲串被传输。另一方面，在常规状态中除了所谓的空闲帧I，每个TDMA帧中有一个时隙被传输。

语音帧的信息在8个时隙中被对角交织，这样，一个新的语音帧以每第4个TDMA帧开始，每个语音帧在8个时隙中被传输。这样一个突发脉冲串将始终携带两个语音帧的数据。接收机必须区分在DTX状态中未被传输的帧，并把它们标志为坏帧(BFI；坏帧指示)。然后，语音编码器在DTX状态期间产生背景噪声。

接收机有若干方法可以识别坏帧。最常用的方法是使用结合其它方法的突发脉冲串质量测量。

按照一个实施例，接收机分别测量语音帧各半部分(被称为半帧)的质量。如果任一个半帧中都有至少一个字块是从一个好质量的突发脉冲串中读来的，那么接收机通常把以这种方式得到的语音帧解释为一个好帧并恢复它。

在图2所示的情况中，语音帧(它们的所有的字块将被包含于TDMA帧0到50和60到102中)在DTX状态中完全不被传输。这样，接收机把所有这些语音帧解释为坏帧并用噪声代替他们。

在SID帧之前的语音帧包括在其间没有传输突发脉冲串的四个时隙，以及传输SID帧信息的四个时隙。在SID帧之后的语音帧与在SID帧之前的语音帧相对应。这样，接收机也必须把这些不完整的帧标志为坏帧。

让我们现在考虑图2的将在TDMA帧47到55中被传输的语音帧。SID信息在TDMA帧52到55中被传输，这样相应的突发脉冲串被传输。于是，语音帧后半帧的接收机将错误地把一个坏帧解释为一个好帧。但是，相应于语音帧头半帧的突发脉冲串将完全不被传输，于是这个半帧将被定为一个坏帧。因为这个语音帧的第一个半帧是坏的，第二个半帧是好的，接收机将把整个的语音帧解释为坏的。相应地，将在TDMA帧56到63中被传输的语音帧包括一个第一个半帧(它被定为一个好帧)，和一个第二个半帧(它被定为一个坏帧)。信令帧A对DTX功能没有影响。这样在图2所示的情况中接收机将把所有的语音帧作为坏帧处理。

图3显示了一种情况，其中非连续传输被用于下行链路，跳频被用于通信信道以使所用的频率中的一个频率是广播信道频率。在图中所示的情况中使用了三个频率，而且频率被规则地改变，于是三个接连的时隙总是对应于三个不同的频率。落在广播信道上的时隙被加深。

当非连续传输与跳频结合使用时，基站在DTX状态中在BCCH载波上发射空突发脉冲串。让我们再考虑在常规状态时将在TDMA帧47-55中被传输的语音帧。突发脉冲串在TDMA帧52-55的时隙中被发射，因为它们载送SID信息。这样，语音帧的后半部分在移动电话中被定为一个好的半帧。在TDMA帧47-50中传输的第一个半帧包括在TDMA帧48中传输的时隙，其中传输一个空突发脉冲串，因为这个时隙发生在广播信道的频率处。接收机决定这个突发脉冲串是一个好的突发脉冲串，并因为第一个半帧包含了被定为好块的一个字块，因此移动电话也能决定第一个半帧是一个好的半帧。这样就可能把整个语音帧解释为好的，即使当在空突发脉冲串中发射的字块不包含真实的信息时。

相应地，在常规状态将在TDMA帧56-63被传输的一个语音帧将被解释为一个好的帧，因为第二个半帧(TDMA帧60和63)的两个字块被包含在以广播信道频率发射的空突发脉冲串中。

进一步地，在常规状态被在TDMA帧0-7传输的一个语音帧包含一个第一个半帧，其中空突发脉冲串被在TDMA帧0和3的时隙中传输，还包含一个第二个半帧，其中一个空突发脉冲串被在TDMA帧6的时隙中传输。这样，这个语音帧也会在移动电话中被错误地解释为一个好帧。

在上面描述的情况中，语音帧的半帧总包含1到4个不包含信息的突发脉冲串，但它们具有一个好的信号质量。当一个伪随机跳频序列被使用时，甚至整个语音帧的所有字块可以被发送，但是它们不包含语音。在这样的情况中，基于突发脉冲串质量测量的坏帧识别在移动电话中将不起作用。在BFI功能中的这个错误在移动电话中导致一个坏质量的应答，因为若干个语音帧即使在不包含语音时也将通过循环冗余校验CRC。基于突发脉冲串质量测量的坏帧指示可以不同于上面所述的解决方案，但是对于其它已知的替换解决方案，也会发生相应的问题。

本发明的基本思想是，在广播信道频率上发射的空突发脉冲串被编码以使移动电话被控制把从空突发脉冲串读出的帧作为坏帧处理，藉此我们可以避免把错误数据恢复为包含信息的语音帧。

图4显示了当使用按照本发明的方法时对一个TDMA帧的编码。如果基站在下行链路上使用了非连续传输，则话音活性检测VAD进行测量以得知传输的信息是否为语音。如果信息是语音，或如果未使用非连续的传输，或如果时隙属于一个BCCH载波，突发脉冲串就像在常规状态时那样被编码，然后突发脉冲串被发射。如果VAD检测到一个语音暂停，则进行切换到DTX状态。然后，根据所了解的所传输的时隙是否在广播信道频率上的情况，进行编码。如果所传输的时隙不在广播信道频率上，那么突发脉冲串仅在它包含一个SID字块时被发射，否则，这个时隙被忽略。如果所传输的时隙在广播信道频率上，那么突发脉冲串按照本发明的方法被编码和被发射。按照本发明的编码被称为DTX-B。

图5显示了本发明的突发脉冲串编码的一个实施例。这里，在广播信道频率上发射的空突发脉冲串使用一个与常规状态中使用的训练序列不同的训练序列。那么，移动电话基于在移动电话中所作的相关测量把接收的字块解释为一个坏的字块。新的训练序列被优选以使它与常规状态中使用的训练序列的互相关尽量的低。然后我们获得移动电话把接收字块解释为一个坏块的最大概率。当然，一个常规的训练序列被用于那些传输SID帧的字块的突发脉冲串中。

尤其有利的是，选择空突发脉冲串中使用的训练序列以使与所有的在系统的常规状态中使用的训练序列相比它的互相关特性非常好。那么一个训练序列对于这个目的是足够的，它可以被用于所有通信信道的空突发脉冲串中。当我们选择训练序列的比特序列以使它与所有训练序列的互相关特性和以前使用的所有训练序列之间的互相关一样好时，那么，我们在同一个信道上得到了与其他训练序列一样低的干扰电平。在GSM系统中，我们可以使用比特序列，例如，(BN61，BN62，…，BN86)＝(0，1，1，1，0，0，0，1，0，1，1，1，0，0，0，1，0，1，1，1，0，0，0，1，0，1)作为训练序列，其中BN(比特号码)是突发脉冲串中的比特的连续的编号。

替换地，对于空突发脉冲串的训练序列，我们可以选择另外一个在系统中所定义的训练序列，以使这个训练序列与在各个通信信道上所使用的训练序列不一样。然后，基站把将在常规状态下使用的训练序列的标识指示给移动电话，但是在广播信道频率上的空突发脉冲串中使用另一个训练序列。因为移动电话对于与指示给它的训练序列有关的接收信号执行相关测量，这个情况也造成了低的相关，从而接收的突发脉冲串被解释为坏的。

图6显示了另一个按照本发明的编码的实施例。这里，借助于挪用比特，在DTX状态期间所发射的语音帧的部分被标为信令。在DTX状态，对于与SID帧一起传输的突发脉冲串的语音帧字块，以及对于在广播信道频率上发射的空突发脉冲串，这个挪用比特被置为信令状态(在GSM系统中，其值是1)。在SID帧的字块中，挪用比特当然被置为数据通信状态(值是0)。

当一个挪用比特被使用时，所有的在DTX状态期间包含真实信号功率的突发脉冲串被引导进入电话的信号信息接收分支。因为电话在接收信令帧时使用了强有力的检错，被引导到信令信道的帧将被拒绝，这样它们不会产生信令错误。在非连续传输时干扰仍然被避免了，因为针对信令的帧在语音译码时像被标为坏的帧(BFI)那样被处理，这样，接收的帧被阻止恢复为含有信息的语音帧。

按照本发明的方法，提供了相对于现有技术的巨大优势。利用这个方法，当使用非连续传输时，在移动电话中，我们可以避免把错误的数据恢复为语音帧。甚至当广播信道的频率被使用于DTX状态时，移动电话把从空突发脉冲串接收的帧解释为坏的，并产生噪声作为对它们的响应。

这个解决办法可以被采用而不对现有移动电话数做大的改动。这样，这个解决方案提供了在现有系统中的下行链路上使用非连续传输的一种可能性。因而在系统中同信道的干扰可以被降低，并且通信信道可以被更有效地使用。

上面我们介绍了按照这个发明的方法的一些应用。自然地，本发明的原理可以在权利要求的范围内变化，例如关于实现的细节和应用的领域方面。

本发明不限于GSM系统，而且它还可以在其他电信系统中找到应用。本方法进一步地很适用于除了语音以外的其他信息的传输。相应地，这里的“数据”一词已被用来指以数字形式传输的任何种类的信息。