用于优化在无汇接操作（TFO）期间发送音调/通知的方法和设备

摘要

一种实现电信网络中的一对无汇接操作方之间的无汇接操作的方法。该方法包括，在呼叫建立时，在所述各方之间执行无汇接操作协商以建立其间的无汇接操作，在至少一个方向上的无汇接操作中断时，在中断的方向上在所述中断间隔上保持状态信息和接收和/或发送方的无汇接操作机的同步。在所述中断的结束时，与中断之前存在的阶段相同地在所述接收和/或发送无汇接操作方上继续接收和/或发送无汇接操作帧。该中断例如在如果将要发送音调或通知时发生。

说明书

技术领域

本申请涉及用于在电信网络中优化无汇接操作(Tandem-FreeOperation)的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于方便在临时连接中断之后的无汇接操作的快速重建的方法和设备。

背景技术

考虑包括移动终端到移动终端的呼叫的典型的全球移动通信系统(GSM)呼叫连接情形，语音数据在每个移动终端上例如使用把语音数据压缩到例如12.2kbits/s的速率的自适应多速率(AMR)或增强全速率编码而被有效地编码，以便经过无线接口传输到各个基站。位于网络基础结构内的特定设备，称作同路(in-path)设备(IPE)，可能需要使用一些网络生成的数据例如简短的语音通知或音调来修改或“重写”用户语音数据。然而，这种设备工作于不同的编码方案，典型地为脉冲编码调制(PCM)，它把语音数据压缩到64kbits/s的较高的速率上。

在基站控制器(BSC)或网络基础结构内的其他节点比如媒体网关上必须作出在无线接口压缩标准和网络压缩标准之间对所压缩的语音数据进行代码转换的准备。这样，语音数据被代码转换两次，其中一次从无线接口压缩标准到网络压缩标准，即“前向”方向，并且一次在相反方向上。每个代码转换步骤对语音信号的质量产生影响。

在BSC上实现的或者与BSC有关的代码转换实体称作代码转换单元或“TRAU”。TRAU可以被实现为单独的实体或者与BSC合起来。代码转换器(称作“TC”)可以存在于网络中的其他位置，例如位于核心网络边界。在一些呼叫情形中，可以有多个代码转换器位于该呼叫路径上。

为了解决由于多级代码转换而引起的话音质量下降的问题，已知为无汇接操作(TFO)的方案已经被引入GSM和包括基于CDMA和WCDMA标准的其他移动通信标准。TFO使用这样的原理，即网络编码数据的PCM话音样值的许多最低有效比特可以被“窃取”以提供用于传输无线接口编码的(AMR或EFR)数据的带内信道。窃取的比特(每第16个话音样值一个)还提供一个信道以用于传输与TFO有关的信令信息例如用于在TFO各方之间协商TFO操作的目的。例如如果TFO操作被暂停以允许播放网络通知，如果需要的话，反向代码转换器可以将网络编码数据的剩余比特仍旧用于快速后退到PCM。对于一个当TFO操作被暂停时的短时间段，任何移动终端到移动终端的语音数据的质量将降低。用于TFO的最新3GPP规范(适用于GSM和UMTS)是TS 28.062 V5.4.0，具体参见章节4.2。

TFO操作必须由TFO各方(TRAU和TC)来协商。在GSM的情况中，这些将位于服务于各个移动终端的基站子系统(BSS)中或者位于核心网络接口上的媒体网关上。TFO各方必须确建：该呼叫是移动终端到移动终端的并且两个移动终端都采用同一编解码器。因为可能有IPE位于在两个TFO方之间的网络中，所以TFO协商必须保证这些对于TFO消息和帧是透明的。图1示意性示出了TFO操作中所包括的节点。

更详细地考虑TFO，呼叫首先以正常的方式发起，在此控制层面将代码转换器插入到呼叫路径中需要的地方。紧接着呼叫建立，无线接口数据和PCM之间的代码转换在代码转换器上立即开始。然后，在TFO各方之间开始初始的TFO协议协商，同时TFO消息被插入到PCM流数据字节的LSB上。首先发送多达三个TFO_FILL消息来为TFO_Message把潜在的IPE预同步到一个透明模式。接着，TFO协议各方借助TFO_REQ和TFO_ACK消息来交换关于它们的编解码器字节和配置的信息。如果编解码器类型和配置是兼容的，则TFO连接将被建立。TFO协议然后发送TFO_TRANS消息以便把潜在的IPE切换到用于TFO_Frame的透明模式。TFO各方现在将开始发送TFO帧，其中将压缩的语音作为PCM信号的LSB中的有效负荷。在任意IPE变得透明之后，一个TFO方将开始接收来自对等TFO方的TFO帧并且将停止其自己的编码器并且开始使用其在TRO_Frame而不是在PCM编码数据中接收的压缩话音的参数。

TFO_Message和TFO_Frame都包含同步和信令比特。此外，它们还包含所谓的“Keep_OPen_Indication”，其为到IPE的信号以停留在透明模式下。Keep_Open_Indication在每160个样值(20ms)的PCM信号的LSB中包含一个“0”比特。

包括在协商和保持TFO操作的信令流程图如图2所示。

TFO连接的建立在1和2秒之间发生，取决于呼叫路径上的IPE的数和特定的其他因素。这个时间从第一TFO_FILL消息的一开始测量直到接收到第一TFO帧。建立时间对于两个方向可能略微不同。

当呼叫控制层请求在一个具有已建立的TFO连接的链路上发送音调或通知时，这简单地通过用在本地TFO方或在某些IPE上的音调或通知的“单纯”的PCM信号替换发向远处的TFO方的PCM+TFO_Frame信号来实现。远处的TFO方将立即检测到失去TFO_Frame同步并且不久(约40ms)将开始使用所接收的PCM信号并且将其编码为在TFO中断之前使用的压缩格式。远处的TFO方将停止在反方向上发送TFO帧，并且该过程将在本地的一方重复进行，结果导致在两个方向上的TFO连接的中断。在音调/通知发送结束之后，TFO协议将重建TFO连接。

发明内容

如果TFO各方使用如上所详述的“正常的”TFO协议协商程序，即初始协商程序，则在音调或通知结束之后重建TFO连接是一个比较慢的过程。这个“预TFO”时段的间隔主要取决于TFO路径上的TFO_REQ和TFO_ACK消息的长度与IPE的数量。然而，对于这个时段的粗略估计可能是1至2秒。在当TFO没有被建立时的这个时间期间，该呼叫连接没有失去，但是语音质量有所下降。下降的程度取决于编解码器类型和所使用的编解码器模式。在AMR-WB编解码器类型的情况下，TFO的缺乏将是明显可听见的，因为可听话音带宽仅为300到3400Hz而不是100到7000Hz。

根据本发明的第一方面，提供了一种实现在电信网络中的一对无汇接操作方之间的无汇接操作的方法，该方法包括：

在呼叫建立时，在所述各方之间执行无汇接操作协商以建立在它们之间的无汇接操作；

在至少一个方向上的无汇接操作中断时，在中断的方向上在所述中断间隔上保持状态信息和接收和/或发送方的无汇接操作机的同步；以及

在所述中断的结束时，与中断之前存在的阶段相同地在所述接收和/或发送无汇接操作方上继续接收和/或发送无汇接操作帧。

由TFO方请求状态信息来识别当前工作状态、在那个状态中需要的动作、以及当需要改变状态时必须做什么。在中断期间保持同步通常将要求TFO机保持在发送或接收的数据流例如PCM流中的当前位置的知识。这可能使用比特计数器来完成。在中断结束时，该TFO方可以开始在数据流中的正确位置上发送或接收TFO消息和帧而不需要重新同步。

本发明的实施例允许在中断的结束时快速重建TFO操作，避免需要重复整个TFO协商程序。

考虑其中例如由于播放音调或通知而中断的连接的方向，无汇接操作可以在本地和远的无汇接操作方中的一方或两方上被冻结。所述保持无汇接操作机的同步的步骤碰巧遇上无汇接操作的冻结。

如果中断由本地无汇接操作方激起，则这一方的操作可以在中断之后被冻结。这可以是一个两步骤的过程，包括先冻结无汇接操作发送过程并且随后冻结无汇接操作接收过程。在中断的结束时，本地方进入“操作”状态并且无汇接操作帧发送继续进行。

优选地，在中断期间，本地无汇接操作方继续发信号给无汇接操作连接路径上的任何同路设备以保持路径无汇接操作透明。更优选地，这通过发送“Keep-Open-Indication”信号来完成。

在本发明的可选实施例中，本地方的无汇接操作仅在发送方向上被暂停。操作在接收方向上被保持。远处的一方被安排来识别中断并且仅在接收方向上暂停无汇接操作。更优选地，本地方发送信令给远处的一方以表示无汇接操作接收操作应当被冻结。优选地，这个信令是“Keep-Open-Indication”信号。

在本发明的另一个可选实施例中，对无汇接操作连接的中断由同路设备来激起。在这种情况下，仅远处的无汇接操作方的无汇接操作接收操作需要被冻结。

具有TFO协议功能的TFO各方可以被实现在TRAU实体内的基站子系统(BSS)之内，或者在媒体网关(MGW)以及代码转换器(TC)实体中的核心网络内。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作电信网络的节点的方法，该节点实现无汇接操作以便能够起到无汇接操作连接中的无汇接操作方的作用，该方法包括：

在该节点上相对于无汇接操作连接保持无汇接操作状态机；

一旦中断所述连接，则在中断的方向上保持无汇接操作状态信息和无汇接操作机的同步；以及

在所述中断的结束时，与中断之前存在的阶段相同地继续发送和/或接收无汇接操作帧。

根据本发明的第三方面，提供了一种操作电信网络的同路设备节点的方法，该方法包括：一旦横穿同路设备节点的无汇接操作连接中断，则将信令添加到流出的语音数据上以便向远处的无汇接操作方表示：它应当保持无汇接操作状态信息和其无汇接操作机的同步。

本发明的其他方面将在所附权利要求中阐述。

附图说明

图1示意性示出了存在于移动终端之间的呼叫路径上的特定节点；

图2示出了在电信网络中的与TFO协商有关的信令；

图3示出了与TFO快速重建程序有关的信令；

图4示出了与其中IPE存在于呼叫路径上的TFO快速重建程序有关的信令；

图5示出了根据本发明的一个可选实施例的与其中在呼叫路径上存在有IPE的TFO快速重建程序有关的信令；以及

图6示出了与其中所述通知/音调在IPE上发起的TFO快速重建程序有关的信令。

具体实施例

这里描述的程序提供了在临时TFO连接中断之后TFO连接的快速重建。这通过在临时TFO连接中断期间在TFO的一方或双方上有效地“冻结”已建立的TFO连接的TFO协议状态来实现。一旦完成例如在已经播放了音调或通知之后引起TFO连接中断的事件，TFO连接可以在最小的时延内被重建。

如果连接路径包括同路设备(IPE)，则该解决方案通过在临时的TFO连接中断期间继续发送“Keep_Open_Indication”来增强。这具有保持IPE的透明度的效果，即使不存在任何TFO_Frame。

现在将更详细地考虑该程序，首先对于其中在TFO连接路径上没有IPE的情况。这假设引起TFO连接被中断的音调或通知在TFO之一方上发起。例如，这一方可以是媒体网关，而另一方是另一个媒体网关或BSC。在其中发起音调或通知的媒体网关在这里被称作“本地”TFO方，同时另一方被称作“远处的”一方。

紧靠在音调或通知发送之前，TFO双方都处于TFO协议状态“操作”中。当本侧需要向远方侧发送音调或通知时，本地TFO方暂停发送PCM+TFO帧并且代之以在PCM流中发送音调/通知数据。它进入一个其中TFO协议发送方向被冻结的“Freeze_Sending”状态。这是新定义的状态。本地TFO方还接收来自远处的TFO方的TFO帧直到远处的TFO方停止发送TFO帧。这个后一情况将发生在向着远方侧的第三丢失的TFO帧之后(在第三丢失的TFO帧之后，远处的TFO方将进入“Sync_Lost”状态)。在向着本地侧的第三丢失TFO帧之后，本地TFO方进入另一新状态，即“Freeze_Operation”在其中它转换到PCM模式并且重新将话音编码器插入到其接收方向上。对于远处的TFO方，在第三丢失TFO帧之后一些时候，大约300ms，这个TFO方将继续进入“Continuous_Retry”状态并且以后结束在“Periodic_Retry”状态。

TFO帧被插入到一个在特定样值数上开始并且每20ms重复的PCM样值流中，这样使得下一TFO帧在上一个帧结束的地方开始：一连串TFO帧。当TFO帧发送在中断之后重新开始时，TFO帧的位置应当是相同的。在“Freeze_Sending”和“Freeze_Operation”两个状态下，本地TFO方保持其TFO协议机同步(调度)并且与TFO中断原因消除之后的任何时间上的阶段相同地准备好开始发送TFO帧。实际中，TFO机在该暂停期间继续运行，只是它实际上不输出TFO帧。

一旦完成音调发送，TFO协议状态“Operation(操作)”在本侧恢复，并且与TFO中断之前阶段相同，本地TFO方继续发送TFO帧。远处的TFO方当它处于“Continuous_Retry”或“Periodic_Retry”状态并且向本地TFO方使用TFO_DUP消息确认该情况时接收TFO帧。同时，本地TFO方注意到(来自远处的TFO方的)TFO帧丢失并且使用TFO_SYL消息显示该情况给远处的TFO方并且在第三丢失TFO帧之后停止发送TFO帧。在接收TFO_DUP消息之后，本地TFO方继续发送TFO帧。在接收TFO_SYL消息和TFO帧之后，远处的TFO方变得可操作并且开始发送TFO帧。

图3中的信令流程图示出了不同的重建步骤。本领域的技术人员应当理解，该新程序某种程度上模仿本地切换程序和重用在远处的TFO方中存在的协议元素(尽管打算用于其他目的)。

在重建期间，用户终端将接收语音数据，尽管这将是从PCM数据得出的比较低质量的。然而，现在重建时延比较短，并且可以被估计如下(其中仅考虑了TFO消息和帧的传输时间)：

对于远处的TFO方：TFO帧(20ms)+TFO_DUP(60ms)+TFO帧(20ms)＝100ms，加上处理/调度时间，该时间在多数情况下很小。

对于本地TFO方：TFO帧(20ms)+TFO_DUP(60ms)+2×TFO帧(40ms)＝120ms，加上处理/调度时间。

如果在TFO连接路径上有IPE，则这个解决方案自身将不工作，因为当试图重建时TFO路径可能不是TFO透明的，即IPE将继续阻塞TFO帧。然而，如果本地TFO方在临时TFO中断期间继续发送“Keep_Open_Indication”，向着远处的TFO方的IPE可以被保持TFO透明。“Keep_Open_Indication”被定义为每第160个PCM样值(每20ms)的LSB中一个“0”比特的连续比特流，在其他159个PCM样值中的LSB中包含至少一个“1”比特。一种可选解决方案是使用TFO_FILL消息，而不是“Keep_Open_Indication”，其目的是保持IPE的TFO透明度。在某些情况下，这可能更容易实现。

其中IPE存在于呼叫路径上的修改的方法由图4的信令流程图所示，其中在TFO连接的中断期间连续发送“Keep_Open_Indication”可保持在向着远处的TFO方的路径上的“IPE-1”透明。该信令流程图假设一个最坏的情况，其中TFO中断持续如此长久以至于远处的TFO方结束在“Periodic_Retry”状态，并且IPE-2(向着本地TFO方)进入“Sync_Not_Found”状态。在音调发送结束之后，TFO协议状态“Operation”被恢复并且本地TFO方继续发送TFO帧。远处的TFO方接收第一TFO帧并且放置五个TFO_DUP消息到其发送缓存器。第一TFO_DUP由IPE-2收回但是它将IPE-2带到状态“Sync_Found”，允许第二TFO_DUP经过IPE-2并且到达本地TFO方。

在由远处的TFO方接收TFO_SYL消息和接着的TFO帧之后，这一方变得可以操作并且开始重新发送TFO帧。同时，TFO_TRANS消息从远处的TFO方发送。IPE-2对于TFO帧是TFO非透明的，直到它接收到TFO_TRANS，之后TFO帧可以被传送通过IPE-2。

TFO连接重建时延(再次仅考虑TFO消息和帧的传输时间)可以估计如下：

对于远处的TFO方：TFO帧(20ms)+2×TFO_DUP(120ms)+TFO帧(20ms)＝160ms，加上处理/调度时间。

对于本地TFO方：TFO帧(20ms)+2×TFO_DUP(120ms)+TFO帧(20ms)+TFO_TRANS(100ms)+TFO帧(20ms)＝280ms，加上处理/调度时间。

虽然比当连接路径中不存在任何IPE时经历的时延更长时，这些时延显著地保持小于传统重建方法所经历的1至2秒的时延。

上面描述的方法假定不对现有TFO协议做出任何变化。然而，如果现有TFO协议可以被修改，那么通过使用特殊标志例如“Keep_Open_Indication”，远处的TFO方以及本地方可以在临时TFO中断期间被“冻结”。更特别地，TFO协议被修改成使得远处的TFO方将依靠丢失TFO帧但是存在“Keep_Open_Indication”而识别临时TFO中断。一旦识别出该中断，远处的TFO方将其TFO协议机放置到新状态即“Freeze_Receiving”状态。远处的TFO方继续发送TFO帧。在接收侧，远处的TFO方转发包含音调的所接收的PCM样值给话音编码器。在音调的结束之后，TFO连接(仅一个方向上的)立即重建。作为使用“Keep_Open_Indication”来冻结远的TFO方的一种选择，TFO控制帧“普通配置帧”可以代替地被使用。

远处的TFO方的这种冻结具有附加的好处，即TFO_Frame可以在TFO中断期间被反向发送(半双工TFO)，即允许高级的非PCM数据在一个方向上使用同时PCM数据在另一个方向上使用。

应当看到，这个解决方案需要对现有TFO协议做出改变，因为它需要新的TFO协议程序以用于处理其中TFO帧丢失的情况，但是同时接收临时的TFO中断标记(例如“Keep_Open_Indication”)。

图5示出了与这个增强程序有关的信令图。

上面描述的方法假定：如已经陈述的，播放音调或通知的实体与TFO方之一(例如媒体网关)被协同放置。可能不总是这样的情况。例如，这个实体可以是IPE(位于一个单独节点或作为一个在包含TFO方的节点中的单独设备)。图6示出了可以用于这种情况下的信令流程图。这里，在音调的开始之后，IPE继续发送“Keep_Open_Indication”给远的TFO方。如参照图5描述的程序，远的TFO方识别这个并且进入“Freeze_Receiving”状态。再次，本地TFO方不受影响，并且半双工TFO在中断期间被保持。这个实现要求对当前在IPE中实现的TFO功能进行改变(参见TS 28.062V5.4.0，附件B)。

如其中中断在本地TFO方开始的情况，其中正是IPE发起该中断，由IPE发送的“Keep_Open_Indication”被用于在所述发起中断的IPE和所述远处的TFO方之间的连接路径上保持其他IPE为TFO透明状态，因此方便了TFO连接的快速重建。

本领域的技术人员将理解，可以对上面描述的实施例做出各种修改而不背离本发明的范围。