MÉTODO E APARELHO PARA CONTROLE DE SINALIZAÇÃO EM BANDA DE
DESVIO DE CODIFICADOR DE VOZ
Campo da Invenção A presente invenção refere-se genericamente a sistemas de comunicação digital incluindo um codificador de voz e mais especificamente a um método e aparelho para controle de sinalização em banda de operação de desvio de codificador de voz.
Fundamentos da Invenção Sistemas de comunicação digital, e particularmente sistemas celulares digitais e sistema de comunicação pessoal (PCS) incluem codificação de voz. Codificação de voz é a operação de codificar digitalmente a fala para transmissão. Por exemplo, em aplicações celulares digitais tanto a estação móvel, isto é, o telefone celular, como a infra-estrutura celular, isto é, o equipamento baseado em terra proporcionando serviço à estação móvel, incluem um codificador de voz. Em um sistema celular típico, a codificação de voz permite compressão substancial da informação de fala a ser transmitida e é particularmente útil para aumentar a capacidade do sistema celular.
Em uma chamada de estação móvel para estação móvel, há codificação/decodificação de fala de estágio duplo (ou "codificação de voz em tandem") a menos que algum esquema seja provido para desviar a operação do codificador de voz na infra-estrutura celular. Isto é explicado como a seguir. Na chamada entre estações móveis, a estação móvel que transmite na ligação ascendente utiliza seu codificador de voz para codificar a fala de ligação ascendente. A infra-estrutura celular decodifica automaticamente a fala de ligação ascendente, que é necessário se a fala deve ser transmitida para um telefone de linha terrestre (isto é, para a rede telefônica pública comutada) , para uma parte analógica do sistema de comunicação celular, ou para uma parte não-digital similar do sistema de comunicação. Contudo, onde a fala deve ser transmitida para uma estação móvel com capacidade digital, a fala deve ser re-codifiçada para transmissão digital para a estação móvel. A codificação de voz em tandem resulta em uma redução significativa na qualidade percebida da voz em comparação com codificação de voz de estágio único (isto é, chamadas de estação móvel para linha terrestre ou de linha terrestre para estação móvel). A degradação da qualidade de voz pode ser superada se a etapa decodificar/codificar for evitada na infra-estrutura celular. Em um modo de operação de desvio, a infra-estrutura celular recebe a fala comprimida a partir da estação móvel transmissora e a transmite diretamente, sem decodificação/codificação, para a estação móvel receptora. A estação móvel receptora decodifica então a fala como normal. Mas, sem alguma indicação de que a operação do codificador de voz deve ser desviada na infra-estrutura celular, ocorre codificação de voz em tandem. Devido ao efeito significativo que a codificação de voz em tandem tem sobre a qualidade de voz, operadores de sistema celular insistem em ter um modo de operação de desvio.
Em sistemas de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), o padrão atual IS-634 (BSS A+Interface de MSC) tem provisões para controle fora de banda de desvio de codificador de voz. O padrão define mensagens que o centro de comutação móvel (MSC) pode enviar para o controlador de estação base (BSC) para habilitar ou desabilitar desvio de codificador de voz. Contudo, controle fora de banda de operação de desvio de codificador de voz tem diversas desvantagens incluindo retardo substancial em estabelecer operação de desvio e tráfego aumentado nos canais de controle.
Sinalização de desvio de codificador de voz em banda foi proposta para superar as diversas desvantagens de sinalização fora de banda, mas as técnicas propostas em banda oferecem pouca vantagem em relação às técnicas fora de banda. Por' exemplo, o padrão proposto pela ETSI para Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM) "Operação sem Tandem" (isto é, desvio de codificador de voz), é uma abordagem de controle em banda para operação de desvio de codificador de voz. 0 padrão especifica um conjunto de mensagens de sinalização em banda a serem enviadas entre dois BSC's para controle de desvio de codificador de voz. Um único canal em banda para sinalização de desvio de codificador de voz é alocado na abertura de tempo de fala comprimida PCM de 64 kbps. Especificamente, os dois bits menos significativos (LSBs) são alocados, isto é, roubados, para esse canal. O LSB inferior, bit 0, é roubado em 8.000/16=500 bps de forma contínua. Uma outra proposição demanda o roubo em rajadas de 8 quilobits/segundo (kbps). Após estabelecer um circuito de desvio, quadros de fala são enviados no bit 1 e no bit 0. A informação de sinalização não é enviada durante operação de desvio. Isto exige que a mensagem "TREQ" inicial solicitando operação de desvio deva ser confirmada explicitamente por uma mensagem de sinalização "TACK" antes da fala codificada poder ser enviada, isto é, operação de desvio realizada. 0 resultado é um protocolo complicado de múltiplos estados com muitos temporizadores e contadores para monitorar a disposição em seqüência das mensagens. Além disso, lógica de "caso especial" é exigida do início ao fim para lidar com o fato de que um BSC pode avançar para o próximo estado antes do outro BSC. Por exemplo, no BSC associado com o envio da mensagem TREQ existe um temporizador para limitar o número de vezes que a mensagem TREQ é enviada, um temporizador para realizar tempo de espera esperando para receber a mensagem TACK, e lógica para controlar o recebimento da mensagem do próximo estado, TACK, antes de receber a TREQ. 0 número e complexidade de estados no protocolo proposto fazem com que tempos de transição sejam proporcionalmente prolongados. A complexidade também causa dificuldades em monitorar e resolver problemas na operação de subsistema.
Como mencionado, os protocolos propostos têm tempos substanciais de transição a partir de codificação de voz em tandem para modo de operação de desvio de codificador de voz. Por exemplo, utilizando-se um canal de controle de sinalização contínua de 500 bps, o tempo de transição em um mínimo pode ser tão longo quanto 240 milissegundos (ms). Se for exigida negociação do tipo codificador de voz, o tempo de transição é ainda mais longo. Utilizando-se um canal de controle de sinalização de rajada de 8 kbps, um tempo de transição na pior hipótese pode ser da ordem e 1,5 segundos ou mais. E outra vez, negociação de codificador de voz, se necessária, não é incluída neste tempo de transição estimado.
Assim, há necessidade de um método e aparelho aperfeiçoado para controle de sinalização em banda de desvio de codificador de voz.
Descrição Resumida dos Desenhos A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de comunicação sem fio que pode ser operado de acordo com as modalidades preferidas da presente invenção. A Fig. 2 é um diagrama de blocos de um aparelho para desvio de codificador de voz de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. A Fig. 3 é um diagrama de blocos ilustrando ainda um receptor de sinalização de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. A Fig. 4 é um diagrama de transição de estado ilustrando um método de desvio de codificador de voz de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. A Fig. 5 é um diagrama de transição de estado ilustrando um aspecto adicional do método de desvio de codificador de voz, ilustrado na Fig. 4. A Fig 6 é um diagrama ilustrando uma negociação exemplar do tipo codificador de voz. A Fig. 7 é um diagrama de transição de estado ilustrando um método de desvio de codificador de voz, de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.
Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas O desvio de codificador de voz é proporcionado utilizando sinalização em banda. Em modalidades preferidas da presente invenção, três canais de sinalização são dispostos para transmissão dentro da fala comprimida. Cada um dos canais de sinalização é comunicado em uma taxa preferida para permitir detecção rápida, segura das condições indicando modo de operação de desvio de codificador de voz, para negociar tipo de codificador de voz adequado se necessário, e para sincronizar e comunicar fala comprimida em um modo de operação de desvio de codificador de voz.
Com referência à Fig. 1 dos desenhos, um sistema 100 de comunicação opera preferivelmente de acordo com um protocolo de sistema de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA) (por exemplo, IS-95-A) . Será considerado que o sistema de comunicação 100 pode operar alternativamente ou adicionalmente de acordo com outros protocolos de sistema de comunicação analógico, digital ou de modo duplo tais como, mas não limitados ao, Sistema de Telefone Móvel Avançado de Banda Estreita (NAMPS) , Sistema de Telefone Móvel Avançado (AMPS), Sistema Global para Comunicação Móvel (GSM), Comunicação Digital Pessoal (PDC), ou os Protocolos Celulares Digitais dos Estados Unidos (USDC).
Sistema de comunicação 100 inclui uma estação transceptora base (BTS) 102 e uma BTS 104 com áreas de cobertura associadas acopladas adequadamente a um controlador de estação base (BSC) 106. O sistema de comunicação 100 inclui ainda estações adicionais de transceptor de base tais como BTS 110 e BTS 112 com áreas de cobertura associadas acopladas adequadamente a um controlador de estação de base, BSC 114. Cada uma das BSCs 106 e 114 é acoplada a um centro de comutação móvel (MSC) 108 como é bem conhecido na técnica, e também são acopladas uma à outra. Em uma modalidade preferida da presente invenção cada BTS 102, 104, 110 e 112 é preferivelmente um sistema de estação base SC9600 da Motorola, MSC 108 é preferivelmente um MSC EMX2500 da Motorola, e cada BSC 106 e 114 é preferivelmente um componente CBSC SG1128BF da Motorola.
Uma estação móvel (móvel) 116 operando na área de cobertura de BTS 102 transmite fala comprimida em um sinal 120 de ligação ascendente para BTS 102 e da mesma para a BSC 106. A terminação para a chamada é uma estação móvel 118 operando na área de cobertura de BTS 112 associado ao BSC 114. Estação móvel 118 recebe um sinal 122 de ligação descendente de fala comprimida a partir do BTS 112. Cada estação móvel 116 e 118 é preferivelmente um radiotelefone móvel tal como um radiotelefone celular ou um aparelho telefônico de sistema de comunicação pessoal (PCS). BSC 106 inclui um codificador/decodificador (codificador de voz) de fala o qual, ausente o modo de operação de desvio de codificador de voz, opera no sinal 120 de ligação ascendente para descompactar/decodificar a fala para transmissão adicional para elementos dentro do sistema de comunicação 100, e a saber, para o BSC 114. BSC 114 então opera na fala descompactada para compactar/codificar a fala para a transmissão como sinal 122 de ligação descendente. Desde que cada estação móvel 116 e estação móvel 118 tenham codificadores de voz compatíveis, o processo de decodificação/codificação é desnecessário resultando no uso ineficiente dos recursos de rede e degradação significativa da qualidade de voz.
De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, um aparelho e método para desvio de codificador de voz, proporciona sinalização em banda para estabelecer um modo de operação de desvio de codificador de voz, isto é, um circuito de desvio de codificador de voz. Com referência à Fig. 2, é mostrado um codificador de voz 200 de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. Certos elementos do codificador de voz 200 são comuns e bem conhecidos na técnica e incluem decodificador de fala 202, compressor PCM 204, dispositivo de expansão PCM 206, dispositivo de cancelamento 208 de eco e codificador 210 de fala. Em um modo de operação sem desvio de codificador de voz, esses elementos funcionam da forma normalmente pretendida para realizar codificação e decodificação de fala. Mais particularmente, e continuando com referência à Fig. 2, na ligação ascendente ou em uma direção de envio, fala codificada (ECV) é recebida a partir de uma estação móvel/BTS e é decodificada pelo decodificador 202 de fala. A seqüência resultante de fala modulada de código de pulso linear (PCM) é então compactada para fala PCM de 64 quilobits/segundo (kbps) pelo compressor 204 PCM. A fala PCM de 64 kbps é então comunicada ao MSC ou outros elementos do sistema tal como um outro BSC na rede. Na ligação descendente ou em uma direção reversa, fala PCM de 64 kbps é recebida a partir do MSC ou outros elementos do sistema e expandida para PCM linear pelo dispositivo de expansão PCM 206. 0 PCM linear é operado então pelo dispositivo de cancelamento 208 de eco e é então codificado pelo codificador de fala 210. A fala codificada é então comunicada ao BTS de ligação descendente e à estação móvel.
Como observado anteriormente, no contexto de chamada de estação móvel para estação móvel é desejável desviar as operações de decodificação/codificação para pelo menos preservar a qualidade de voz. De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, três canais de comunicação bidirecionais são definidos para controle e sinalização de desvio de codificador de voz em banda (IVB) . 0 primeiro é referido aqui como o canal IVB_SIG e é usado para comunicar sinalização de controle, proporcionar identificação do tipo circuito de desvio, identificação do tipo codificador de voz, e referência de temporização de quadro de fala. O segundo é referido aqui como o subcanal IVB_SIG_BURST e é usado para comunicar informação necessária para negociação do tipo codificador de voz e para outros propósitos similares. O terceiro é referido aqui como o canal IVB_SPEECH e é usado para carregar quadros de fala codificada no modo de operação de desvio de codificador de voz. 0 canal IVB_SIG é implementado na fala comprimida mediante roubo de bit do bit 0, bO, a partir da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps. Com referência à Tabela 1 abaixo, os bits b7-b0 dessa abertura de tempo contêm bits de amostra de fala PCM p7-p0, respectivamente. O canal IVB_SIG rouba o bit 0, bO, a cada 11a amostra (isto é, a cada 11° quadro) , e substitui o mesmo com um bit IVB_SIG sO.
TABELA I - Alocação de Bit (sO) de Canal IVB_SIG O canal IVB_SIG_BURST é semelhante a um subcanal do canal IVB_SIG pelo fato de que o mesmo é usado apenas durante certos estados de operação o qual foi alcançado durante comunicação através do canal IVB_SIG. Com referência à Tabela II abaixo, o subcanal IVB_SIG_BURST é enviado como uma rajada curta de 8 kbps através do bit 1, bl, da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps. TABELA II - Alocação de Bit (sl) de Subcanal IVB_SIG_BURST
Durante modo de operação de desvio de codificador de voz, o canal IVB_SPEECH é carregado no bit 1 e bit 2, bl e b2, da abertura de fala PCM de 64 kbps mediante ação de sobrescrever os bits de fala PCM pl e p2, como ilustrado na Tabela III abaixo. Como visto na Tabela III, durante o modo de operação de desvio de codificador de voz, bit 0, contém o bit IVB_SIG, s0, bit 2 e bit 1 contêm o canal IVB_SPEECH, e bit 7-bit 3 contêm os bits mais significativos (MSBs) da amostra de fala PCM comprimida e 64 kbps, p7-p3, respectivamente.
TABELA III - Alocação de Bits (dl:dO) de Canal IVB_SPEECH
Ao proporcionar três canais de sinalização, como será explicado, é obtido o resultado inesperado de complexidade reduzida do sistema e de tempo reduzido de transição. Além disso, cada um dos protocolos de canal de sinalização é arranjado para reduzir impacto sobre a qualidade de voz durante configuração do modo de operação de desvio de codificador de voz, para proporcionar rápido estabelecimento do modo de operação de desvio de codificador de voz e para proporcionar adicionalmente rápida recuperação a partir de, e transição de volta para operação de codificador de voz em tandem. 0 modo de operação de desvio de codificador de voz é habilitado por uma mensagem de controle de sistema fora de banda. A habilitação do modo de operação de desvio de codificador de voz inicializa o canal IVB_SIG o qual é então transmitido sempre como um "sinalizador" para detecção em banda de um circuito de estação móvel para estação móvel e para proporcionar uma referência de temporização de quadro de fala. O subcanal IVB_SIG_BURST é transmitido apenas como rajadas curtas durante negociação do tipo codificador de voz e para exigências similares de sinalização. De acordo com modalidades preferidas da presente invenção, o subcanal IVB_SIG_BURST pode ser limitado a intervalos de tempo onde o mesmo será menos prejudicial à atividade de fala em andamento. Por exemplo, dependendo do sistema e sua operação, inserções durante muita atividade de fala, por exemplo, transmissão de fala de taxa total em IS-95, podem ser menos perceptíveis. Em outros tipos de sistema pode ser conveniente colocar as interrupções IVB_SIG_BURST durante tempos correspondentes à pouca atividade de fala ou inserção de ruído com conforto. Em qualquer das hipóteses, seleção de tempos apropriados para a transmissão do canal IVB_SIG_BURST pode se basear em determinar um tempo resultando na interrupção mínima da atividade de fala em andamento. 0 canal IVB_SPEECH é transmitido apenas durante o modo de operação de desvio de codificador de voz. Como será discutido, o modo de operação de desvio de codificador de voz pode exigir negociação de tipos compatíveis de codificador de voz, que pode ser realizado utilizando qualquer um ou ambos os canais IVB_SIG e IVB_SIG_BURST.
Dados enviados no canal IVB_SIG são de uma pluralidade de palavras de código longas. Palavras de código longas são transmitidas no canal IVB_SIG para sincronizar de forma segura o canal IVB_SIG com o receptor. Um conjunto preferido de palavras de código permite a corrupção de até uma função superior (NCb/6) , onde NCb é um número de bits de palavra de código e desde que o espaçamento da corrupção de bits seja um múltiplo de 6. Desta maneira, o canal IVB_SIG é robusto em termos de corrupção de bits ou ruído. Uma fonte de corrupção de bits está no roubo de bits Tl, existente através de outras comunicações de rede, por exemplo, rede de linha terrestre. Na modalidade preferida discutida aqui, NCb=29 e é relativamente imune a erros introduzidos por tal roubo de bit Tl conhecido. A Tabela IV proporciona exemplos de palavras de código preferidas, pelo nome e pelo significado associado. Evidentemente, está compreendido no conhecimento daqueles versados na técnica adotar um valor hexadecimal adequado para cada palavra de código dado um número disponível de bits de palavras de código disponíveis.
TABELA IV - Exemplos de Palavras de Código IVB_SIG
Em operação, um BSC receptor detecta e decodifica as palavras de código longas IVB_SIG utilizando um receptor de canal IVB_SIG discutido mais completamente abaixo com relação à Fig. 2 e à Fig. 3. A transmissão BSC deve gerar e formatar as palavras de código IVB_SIG e o canal IVB_SIG. Uma máquina de estado IVB, discutida abaixo com relação à Fig. 4, Fig. 5 e Fig. 6, controla a transição dentro e fora da operação de desvio de codificador de voz.
Com referência outra vez à Fig. 2, o codificador de voz 200 inclui em adição aos elementos previamente descritos um gerador 212 de canal IVB_SIG, um multiplexador 214, um multiplexador 216, um negociador de palavra de código e controle 21S, um receptor 220 de canal IVB_SIG, um receptor 222 IVB_SPEECH, um demultiplexador 224 e um dispositivo de junção 226. Também são providos um comutador 217, e um comutador 227, que são responsivos à mensagem de habilitação IVB fora de banda para habilitar a operação do codificador de voz de desvio. Mais especificamente, o comutador 217 acopla o gerador 212 IVB_SIG no circuito de ligação ascendente, e sua saída é multiplexada com a fala comprimida pelo multiplexador 216. A saída do multiplexador 216 nesse ponto é o sinal de canal IVB_SIG no bit 0, bO, da fala comprimida com bits 7-1 contendo fala comprimida.
Gerador 212 IVB_SIG é responsivo a um sinal de seleção de palavra de código a partir do negociador de palavra de código e controle 218 para gerar a palavras de código correta. No modo de operação de desvio, o comutador 215 é responsivo a um sinal a partir do negociador de palavra de código e controle 218 indicando palavras de código equivalentes, isto é, os codificadores de voz são do mesmo tipo, para acoplar a saída do multiplexador 214 ao multiplexador 216. 0 multiplexador 214 combina o canal IVB_SPEECH bit 2 e bit 1, b2 e bl, e o canal IVB_SIG no bit 0, bO em três LSBs. Os três LSBs são então combinados pelo multiplexador 216 com bit 7 - bit 3, b7 - b3, da fala comprimida, e fala codificada a partir da estação móvel é transmitida na ligação ascendente ignorando a operação do codificador de voz normal.
Como discutido acima, até 3 bits menos significativos (LSBs) das amostras PCM podem ser sobrescritos para conter o canal IVB_SIG, o canal IVB_SIG_BURST e o canal IVB_SPEECH. Com IVB habilitado, o canal IVB_SIG está sempre presente com bit 0, bO, da fala PCM sobrescrito com o bit IVB_SIG, sO, na taxa de 8.000/Ns ou furto de bits de 727 bits por segundo (bps) com Ns = 11. O valor Ns = 11 é preferido e é selecionado para garantir correção adequada de erro, embora seja considerado que outros valores adequados de Ns possam ser selecionados sem se afastar do escopo verdadeiro da presente invenção. Até que o modo de operação de desvio seja realmente iniciado, o bit 1 e o bit 2 da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps ainda contém fala PCM. Durante operação de desvio de codificador de voz, bits 1 e 2 são sobrescritos com bits de fala comprimida codificada em uma taxa de 16 kbps (cada amostra) , além do furto de bits do bit 0, bO, feito pelo canal IVB_SIG. Como observado, o canal IVB_SIG é inicializado por uma mensagem de controle fora de banda, e IVB_SPEECH é inicializado com base em um sinal "CODEC MATCH STAT". O sinal "CODEC MATCH STAT" é gerado no lado de ligação descendente em resposta à detecção bem sucedida da palavra de código longa de canal IVB_SIG e determinando que os codificadores de voz para cada uma das estações móveis combinem.
Na ligação descendente, com IVB habilitado, demultiplexador 224, IVB_SPEECH_RCVR 222 e dispositivo de junção 226 são acoplados no circuito de ligação descendente. Continuando com referência à Fig. 2, a fala comprimida PCM de 64 kbps é introduzida ao demultiplexador 224 que emite uma seqüência de 8 kbps (bit 0, bO) e uma seqüência de 16 kbps (bit 1 e bit 2, bl e b2) para processamento subseqüente. Receptor 220 IVB_SIG procura o início da palavra de código de 727 bps de subtaxa dentro da seqüência de 8 kbps, estabelece sincronização para a mesma, e decodifica a palavra de código para introdução ao negociador de palavra de código e controle 218. Negociador de palavra de código e controle 218 compara a palavra de código recebida, e portanto o tipo de codificador de voz identificado pela palavra de código, e gera o sinal CODEC MATCH STAT. Se o tipo de codificador de voz recebido não combinar, uma negociação de codificador de voz, discutida mais completamente abaixo com relação à Fig. 6, é iniciada.
Com referência à Fig. 3, o receptor 22 0 de canal IVB_SIG inclui um demultiplexador 228 de sub subtaxa e um dispositivo de busca 230 de sincronização, que pode incluir detecção de erro e pseudocorreção. A seqüência de subtaxa de 8 kbps (bit 0 da fala comprimida) é alimentada dentro do demultiplexador 228 de sub subtaxa que fraciona seqüências NS(NS=11), 8.000/Ns=727 bps, qualquer uma das quais pode conter o canal IVB_SIG. Cada canal é pesquisado em relação à presença de uma das Ncw=3 palavras de código, com até Ncb/6 erros de bit espaçados em múltiplos de 6 vezes o primeiro ignorado (por exemplo, causado por furto de bit TI de rede telefônica e dessa forma proporcionando pseudocorreção). As saídas são um sinal de controle indicando se a palavra de código foi encontrada (IVB_SIG_SYNC_STAT) e o tipo de codificador de voz identificado pela palavra de código que é comunicado ao negociador de palavra de código e controle 218. 0 comutador 209 é responsivo à detecção do sinal de controle IVB_SIG SYNC STAT para desacoplar o dispositivo de cancelamento 208 de eco a partir do circuito de ligação descendente e para acoplar diretamente a fala PCM expandida de ligação descendente para o codificador de fala. IVB_SPEECH RCVR 222, mediante recebimento do sinal CODEC MATCH STAT, envia fala codificada de 16 kbps para o dispositivo 226 de junção e um sinal (ECV) SYNC STAT de fala codificada. O dispositivo 226 de junção é responsivo à fala codificada SYNC STAT para fala codificada sincronizada provida, quer seja a partir do IVB_SPEECH_RCVR 222 ou do codificador de fala 210, na ligação descendente para o BTS. O dispositivo de junção 226 proporciona transição sem emenda a partir de/para quadros PCM codificados para/a partir de quadros codificados de desvio mediante coordenação da temporização da comutação a partir de um circuito para o outro circuito, por exemplo, PCM para desvio. 0 efeito do dispositivo de junção é o de eliminar artefatos de comutação audíveis tais como furos de áudio, cliques e outras distorções. 0 sinal de temporização OUTPUT_REQUIRED_BY é provido por um processador 228 de controle para cada um do dispositivo 226 de junção e codificador 210 de fala, e é o sinal de partida. O dispositivo de junção 226 na realidade atua como uma parte de função distribuída parte da qual executa antes do codificador 210 de fala e dessa forma é capaz de bloquear a saída a partir do codificador 210 de fala e comutar na saída IVB_SPCH_RCVR 222. A temporização é tal que o codificador 210 de fala apenas completou o envio do quadro de fala codificada anterior e não iniciou o envio do quadro de fala codificada atual. 0 quadro de fala codificada de desvio é dessa forma comutado de forma sem emenda. Deve ser observado que os quadros de fala codificada de desvio são transmitidos com retardo mínimo em parte para facilitar o armazenamento exigido em IVB_SPCH_RCVR 222 e dispositivo 226 de junção para que o dispositivo 226 de junção funcione.
Como será considerado, a presente invenção proporciona o envio contínuo da fala PCM comprimida de 64 kbps nos bits não ocupados pelos canais IVB. A mesma proporciona ainda processamento de fala normal dos dados de fala. Isto reduz o tempo de resposta dos diversos filtros mediante reversão de volta para operação normal do codificador de voz. Além disso, sempre enviar a fala PCM comprimida de 64 kbps minimiza o impacto sobre a qualidade de voz se a saída do circuito de desvio for inadvertidamente passada através do codificador de fala no lado de recepção, isto é, bits p7 - p3 ao contrário conterão dados comprimidos de fala. O dispositivo 226 de junção também protege contra transições a partir de quadros de taxa total para quadros de oitava taxa ao mudar de saída de fala codificada para saída de fala codificada de desvio, e vice-versa. Isto é realizado mediante espera até que um quadro de taxa não-total fosse enviado no quadro anterior, quadro n-1, antes de comutação para o novo modo, isto é, modo de operação de desvio de codificador de voz para modo de operação normal ou modo de operação normal para modo de operação de desvio de codificador de voz, para envio do quadro atual, quadro n. Se o quadro n-1 enviado no modo x (desvio ou normal) era de taxa total, o quadro n não será enviado no modo y (o alternativo para desvio ou normal), exceto no seguinte caso. Um contador para o número de quadros de taxa total contínuos enviados no modo x durante tentativa de transição do modo y é inicializado e incrementado para cada quadro de taxa total. Se essa contagem exceder um limite, por exemplo um limite de 10, então o comutador para o novo modo é feito e o quadro atual disponível no novo modo é enviado e entra-se no novo modo.
Com referência agora à Fig. 4 - Fig. 6, a operação do codificador de voz 200 é descrita à luz dos diagramas de estado ilustrados 300, 400 e 500. De acordo com um método preferido de estabelecer modo de operação de desvio de codificador de voz, inicialmente IVB não é habilitado e o modo permanece no estado DESLIGADO 301. Entra-se no estado DESLIGADO 301 com base em um sinal de desabilitar IVB fora de banda e/ou mediante inicialização do sistema de comunicação 100. No estado DESLIGADO 301, o canal IVB_SIG não está ativo, e de forma semelhante, o canal IVB_SIG_BURST e o canal IVB_SPEECH estão inativos. Mediante recebimento de uma mensagem de controle de sistema fora de banda a partir do MSC, indicando habilitar IVB, o codificador de voz 200 entra no estado ANUNCIAR 302.
No estado ANUNCIAR 302, uma palavra de código "ANN_IVB" para o tipo de código atual é transmitida (ligação ascendente) no canal IVB_SIG com o canal IVB_SIG sendo configurado para sobrescrever o LSB das amostras de fala PCM de 64 kbps a cada 11 aberturas de tempo como discutido. A temporização do canal IVB_SIG é alinhada com a fala codificada de ligação ascendente, mas poderia ser alinhada com a temporização de fala codificada de ligação descendente. Também no estado ANUNCIAR 302, a palavra de código ANN_IVB a qual deve ser enviada pelo BSC equivalente, por exemplo, BSC 114, é pesquisada. Quando a palavra de código ANN_IVB recebida é encontrada, se a mesma for a palavra de código idêntica, isto é, os codificadores de voz combinam, então se sai do estado ANUNCIAR. Um temporizador, speech_sync_TO_tmr, para procurar sincronização para fala codificada é inicializado para um valor predefinido de aproximadamente 40ms. Um temporizador para proteger contra ida rápida para desvio, Hyst_Cnt, é reajustado para 0, e entra-se no estado TRANSMITIR 304.
No estado TRANSMITIR 304, quadros de fala codificada são enviados no canal IVB_SPEECH em 16 kbps nos bits b2 e bl, como descrito. 0 início do quadro de fala codificada, enviado é alinhado para a fala codificada de ligação ascendente a partir da estação móvel, mas poderia ser alinhado com o início da palavra de código ANN_IVB recebida para otimizar a sincronização e a temporização no BSC equivalente. 0 speech_sync_TO_tmr é iniciado (contagem regressiva) , e os bits b2 e bl de fala PCM de 64 kbps de ligação descendente são monitorados para o início dos quadros de fala codificada, que se espera sejam alinhados em tempo com a palavra de código ANN_IVB transmitida. Na modalidade preferida, a palavra de código ANN_IVB é enviada continuamente no canal IVB_SIG durante o estado TRANSMITIR 304. Se o speech_sync_TO_tmr expirar (atingir zero), entra-se outra vez no estado ANUNCIAR 302. Se sincronização de fala for conseguida antes de speech_sync_TO_tmr expirar, então se sai do estado TRANSMITIR. A mensagem é enviada para as camadas superiores do sistema (por exemplo, para o MSC) indicando sincronização de desvio. A função de desvio de ligação descendente é iniciada, e o estado CONECTAR 305 é acessado.
No estado CONECTAR 305, a operação de desvio em ambas as direções é continuada, e a palavra de código ANN_IVB é enviada continuamente no canal IVB_SIG. Se for perdida a sincronização de fala de recepção (rx), o speech_sync_TO_tmr é ajustado para T2 e Hyst_Cnt é incrementado antes de se entrar outra vez no estado TRANSMITIR 304. Se o canal IVB_SIG recebido for perdido, indicando um codificador de voz não equiparado, ou se o tipo de quadro de fala codificada mudar, o estado CONECTAR 305 é excitado e entra-se outra vez no estado ANUNCIAR 302.
Se os codificadores de voz não combinarem, isto é, as palavras de código ANN_IVB para cada BSC não combinarem, entra-se em um estado NEGOCIAR 303. A negociação de codificador de voz também pode ser desabilitada mediante ajuste do NEG_OP para desabilitação. Se negociação de codificador de voz for desabilitada e se as palavras de código ANN_IVB não combinarem, o BSC continua no estado ANUNCIAR 302 e transmissão de ANN_IVB no canal IVB_SIG continua. A palavra de código ANN_IVB é enviada também e procurada durante todo o tempo durante o estado NEGOCIAR 303 .
Com referência à Fig. 5, o estado NEGOCIAR 303 inclui dois subestados, o subestado MESTRE DE NEGOCIAÇÃO 3 06 e o subestado ESCRAVO DE NEGOCIAÇÃO 307. Subestado MESTRE DE NEGOCIAÇÃO 306 é o padrão ao se entrar no estado NEGOCIAÇÃO 303. Entra-se no subestado ESCRAVO DE NEGOCIAÇÃO 307 a partir do sub-estado MESTRE DE NEGOCIAÇÃO 306 se o codificador de voz equivalente, isto é, o codificador de voz do BSC com o qual as negociações estão ocorrendo, tiver direitos de negociação prioritários com base em uma convenção preestabelecida. Entra-se no subestado MESTRE DE NEGOCIAÇÃO 306 a partir do subestado ESCRAVO DE NEGOCIAÇÃO 307 de uma mensagem de rajada MASTER_TOKEN (MSTR_TOK) recebida no subcanal IVB_SIG_BURST enquanto no subestado ESCRAVO DE NEGOCIAÇÃO 307. Uma possível convenção 400 para definir domínio padrão de negociação de codificador de voz é ilustrada na Fig. 6. A Tabela V ilustra uma hierarquia potencial de tipos de codificador de voz, sendo entendido que virtualmente qualquer convenção para atribuir domínio pode ser usada sem se afastar do verdadeiro escopo da presente invenção. Utilizando-se a Tabela V e informação relacionada a cada tipo de codificador de voz, um mestre é determinado. De acordo com uma modalidade preferida da invenção, apenas o mestre pode mudar tipos de codificador de voz embora será considerado que outras convenções podem ser aplicadas. ____________8 kbps QCELP_____________ ____________13 kbps QCELP____________ ____________EVRC (8 kbps)____________ Tabela V - Hierarquia Exemplar para Negociação de Codificador de Voz Com referência à Fig. 5, Fig. 6 e Tabela V, em 401, o codificador de voz "8k-Q" é o mestre por convenção. Por conseguinte, o mesmo tem o direito de mudar os tipos de codificador de voz, e se ele pode mudar para "13k-Q", e assim faz, 402, caso contrário ele passa o domínio. Em 403, o domínio passou para o codificador de voz 13k_Q que é agora o mestre. Se for possível, ele muda seu tipo para 8k_Q, 404; caso contrário, ele tentará EVRC e passa o domínio, 405. Com o domínio retornado, o codificador de voz 8k-Q pode então mudar os tipos para EVRC se possível, 406. Caso contrário, ele retém o domínio, 407, uma vez que o símbolo mestre foi passado Nv-2=1 vezes indicando que não há codificadores de voz adicionais disponíveis, Nv= o número de tipos possíveis de codificadores de voz. Adicionalmente, um mestre pode a qualquer momento decidir não passar o domínio se, por exemplo, não houver outros tipos de codificador de voz disponíveis. Neste ponto da negociação, tipos equivalentes de codificadores de voz não estão disponíveis. Como mostrado na Fig. 5, após cada tipo de codificador de voz mudar, entra-se outra vez no estado ANUNCIAR 302 para permitir detecção e equivalência das palavras de código respectivas ANN_IVB no canal IVB_SIG. Dessa forma, as mensagens de sinalização contendo informação do tipo codificador de voz, informação do tipo de codificador de voz disponível, e semelhante, é evitada vantajosamente durante a negociação de codificador de voz.
Negociador de palavra de código e controle 218 participa na negociação mediante recebimento de mensagens fora de banda indicando o tipo de codificador de voz atual. Adicionalmente, quando é exigida uma mudança do tipo de codificador de voz, negociador de palavra de código e controle 218 solicita a mensagem de controle fora de banda exigida para gerar uma mudança de codificador de voz. Além disso, mediante uma mudança no tipo de codificador de voz, negociador de palavra de código e controle 218 envia para gerador IVB_SIG 212 a informação de palavra de código atual, atualizada com a finalidade de atualizar a palavra de código longa sendo enviada no canal IVB_SIG.
Em resumo, e de acordo com a modalidade preferida descrita acima da presente invenção, uma única palavra de código é enviada continuamente para anunciar a presença de uma conexão de estação móvel para estação móvel. A palavra de código funciona vantajosamente como um padrão de sincronização e como uma mensagem transportando informação do tipo codificador de voz. Palavras de código recebidas não são confirmadas explicitamente mediante envio de volta de uma palavra de código de confirmação. Em vez disso, a confirmação é feita mediante envio de dados de desvio (fala codificada) em um canal de subtaxa IVB_SPEECH separado se for descoberto que os codificadores de voz combinam ou não enviando dados de desvio se os codificadores de voz não combinam. 0 resultado disso são tempos de transição substancialmente reduzidos e facilidade de manutenção. 0 canal de sinalização IVB_SIG é transmitido durante todo o tempo em que a operação IVB está habilitada utilizando uma mensagem de sinal de controle fora de banda. Isso elimina a necessidade de confirmação explícita das mensagens. 0 canal IVB_SIG é multiplexado em subtaxa dentro LSB (bit 0, bO) para transmissão dentro da fala PCM de 64 kbps independente de transmissão, extensão, tipo (TI ou El) . A extremidade de recepção do circuito de sinalização detecta e ignora erros de bit causados por roubo de bit TI. O conjunto de mensagens, ou palavras de código, uma para cada tipo de codificador de voz, é projetado para permitir esses erros de bit. Detecção e pseudocorreção de erro de bit (erros de bit espaçados em 6 são ignorados) são transparentes para operação El, e desse modo elimina a necessidade de configurar o canal IVB_SIG para tipo de amplitude. O canal IVB_SPEECH é multiplexado em subtaxa dentro dos LSBs (bit 2 e bit 1, b2 e bl) para transmissão dentro da fala PCM de 64 kbps também independente do tipo de amplitude. O canal IVB_SPEECH é ativo apenas, com IVB habilitado, após a palavra de código de canal IVB_SIG indicar equivalência de tipos de codificador de voz. Caso contrário, bits de fala PCM são transmitidos nos bits b7-bl. Bits de fala PCM são transmitidos sempre em bits b7-b3 independente do modo de operação de desvio de codificador de voz.
Para negociação do tipo codificador de voz no caso de NÃO-EQUIVALÊNCIA inicial de codificador de voz, a invenção define um codificador de voz mestre com base em uma convenção padrão (tipos atuais de codificador de voz) . Apenas o mestre pode mudar seu tipo de codificador de voz local. Domínio pode ser passado para o equivalente através de uma mensagem no canal IVB_SIG_BURST. Transmissão excessiva de mensagens é evitada mediante não-envio de tipo de informação de codificador de voz disponível/alternativo. Isto é permitido pela detecção rápida de tipos equivalentes de codificador de voz utilizando o canal IVB_SIG e desse modo permitindo um método de operação de detecção e mudança. É antecipado que a mudança da operação de codificador de voz em tandem para o modo de operação de desvio de codificador de voz para tipos de codificador de voz equivalentes pode ser realizada em até 100 ms. Para tipos de codificador de voz negociados, é antecipado que a transição pode ser feita entre aproximadamente 200-300 ms.
Com referência agora à Fig. 7, de acordo com uma modalidade preferida alternativamente da presente invenção, três canais de sinalização são outra vez providos para identificar e controlar o modo de operação de desvio de codificador de voz. Duas características da modalidade alternativa são complexidade reduzida e despesa de processamento associada reduzida, da busca inicial por sinalização de sincronização, e compatibilidade aumentada com outras características de processamento de chamada, por exemplo, dispositivos de cancelamento de eco.
Um primeiro dos canais de sinalização, IVB_SYNC, é usado para identificar uma comunicação de estação móvel para estação móvel e que as estações móveis são equipadas para lidar com desvio de codificador de voz. O canal IVB_SYNC, com IVB habilitado, envia continuamente um único padrão de bit de repetição no bit 0, bO, da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps em 727 bps (isto é, roubo de bOits de 1:11). O padrão de bits é escolhido suficientemente longo para ser imune aos erros de bit e corrupção, mas também curto o suficiente para proporcionar rápida detecção. Um padrão de 29 ou 30 bits é atualmente preferido, embora será considerado que outros comprimentos de padrão de bit podem ser usados sem se afastar do verdadeiro escopo da presente invenção. Ao contrário IVB_SIG, IVB_SYNC não contém informação do tipo codificador de voz. Portanto, o mesmo tem uma despesa de detecção inicial muito inferior. O mesmo também é confiável e funciona bem em circuitos TI e El. Como será descrito adicionalmente, o canal IVB_SYNC também é usado em demultiplexar um segundo dos canais de sinalização, o canal IVB_MSG. 0 canal IVB_MSG é usado para transportar a informação de tipo de codificador de voz. O canal IVB_MSG também é enviado utilizando roubo de bit em uma taxa preferida de 727 bps, (roubo de bit de 1:11). Existem duas alternativas para implementar IVB_MSG, e dependem do impacto que o roubo de bits tem na qualidade de voz. Uma primeira implementação proporciona roubo de bit 3, b3, da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps em 727 bps. Desde que o roubo de bit 3 nessa taxa não afete adversamente a qualidade de voz, essa implementação proporciona três canais únicos na fala PCM de 64 kbps. Para reduzir adicionalmente o impacto sobre a qualidade global do som, por exemplo, durante muita atividade de fala e durante períodos de silêncio, o canal IVB_MSG pode ser coordenado para períodos de alta atividade de fala ou de baixa atividade de fala dependendo do sistema. Por exemplo, pode ser conveniente coordenar o canal IVB_MSG para ser enviado durante período de baixa atividade de fala para reduzir impacto audível na fala PCM. Contudo, se o ruído gerado devido ao roubo de bit for excessivo e/ou muito questionável, é possível coordenar o canal IVB_MSG com períodos de muita atividade de fala onde o impacto sobre a qualidade de voz pode não ser questionável, devido ao "efeito de mascaragem".
Ao contrário do canal IVB_SYNC, IVB_MSG não é enviado continuamente. Nos momentos apropriados, como será descrito, o canal IVB_MSG é gerado e enviado para proporcionar identificação do tipo de codificador de voz e para uso em negociação de mudanças no tipo de codificador de voz. Portanto, na segunda implementação do canal IVB_MSG, o mesmo partilha bit 1, bl, com o terceiro canal, IVB_SPEECH. O canal IVB_SPEECH é implementado como descrito acima e rouba bits em uma taxa de 16 kbps em bit 2 e bit 1, b2 e bl, da abertura de tempo de fala PCM de 64 kbps. Ao proporcionar partilha de bit 1, bl, entre o canal IVB_MSG e o canal IVB_SPEECH, qualquer impacto sobre a fala PCM, e/ou sobre os períodos silenciosos de pouca atividade de fala, é virtualmente eliminado.
Uma implementação de IVB_MSG particularmente preferida utiliza o bit 1, bl, enquanto que a operação IVB é estabelecida e então se desloca para bit 3, b3, durante modo de operação de desvio de codificador de voz. Como será considerado, antes do modo de operação de desvio de codificador de voz ser estabelecido, fala codificada não está presente no canal IVB_SPEECH. Dessa forma, bit 1, bl, é disponível para o canal IVB_MSG. Uma vez que o modo de operação de desvio de codificador de voz é estabelecido, há impacto mínimo, se houver, sobre a qualidade de voz resultando do furto de bit 3, b3, uma vez que a fala codificada está sendo enviada agora no modo de desvio no bit 1 e bit 2, bl e b2.
Com referência à Fig. 7, inicialmente IVB não é habilitado, representado pelo estado DESLIGADO 501. Entra-se no estado DESLIGADO 501 com base no sinal de desabilitar IVB fora de banda e/ou mediante inicialização do sistema de comunicação 100. No estado DESLIGADO 501, não há informação IVB transmitida na fala PCM de 64 kbps de ligação ascendente nem procurada/monitorada na fala PCM de 64 kbps de ligação descendente. No estado DESLIGADO, ocorre operação normal do codificador de voz.
Quando habilitado, entra-se no estado SYNC_M2M 502 (sincronizar circuito de estação móvel para estação móvel). No estado SYNC_M2M 502, um transmissor IVB_SYNC (similar ao gerador IVB_SIG 202 mostrado na Fig. 2) envia uma palavra de código IVB_SYNC começando exatamente a cada 40 ms, isto é, iniciando a cada 320a (amostra PCM) e dessa forma em sincronização exata com o início de quadro de fala decodificado alternado das amostras PCM. Isto é feito para facilitar a detecção e demultiplexação do canal IVB_MSG em um receptor de sincronização IVB (similar ao IVB_RCVR 220). 0 canal IVB_MSG é enviado em sincronização com o canal IVB_SYNC. A palavra de código IVB_SYNC é invertida para indicar ao receptor que os bits de canal IVB_MSG estão presentes durante o intervalo de tempo correspondente. Os bits de palavra de código IVB_SYNC podem ser invertidos em uma base de meia palavra de código. Por exemplo, com Ncb=29, os primeiros 15 bits de palavra de código podem ser invertidos e os restantes 14 bits de palavra de código deixados como se encontram. Alternativamente, os primeiros 15 bits de palavra de código podem ser deixados como se encontram e os restantes 14 bits de palavra de código invertidos. Isto permite que o canal IVB_MSG seja ativo em uma base de 20 ms. O receptor procura as diversas inversões de palavra de código que podem representar: 1) nenhum bit invertido - canal IVB_MSG não presente, 2) primeiros 15 bits invertidos - canal IVB_MSG presente no primeiro intervalo de 20 ms, 3) segundos 14 bits invertidos - canal IVB_MSG presente no segundo intervalo de 20 ms e 4) todos os 29 bits invertidos - 2 canais consecutivos IVB_MSG presentes. Além disso, o receptor de canal IVB_SYNC ajusta sua temporização a cada 4 0 ms para compensar a relação de denominador de número não-inteiro do intervalo (11) de roubo de bit para o período de palavra de código (320).
Quando é detectado um padrão IVB_SYNC não-invertido, sai-se do estado SYNC_M2M e entra-se no estado IDENTIFICAR/NEGOCIAR 503. No estado IDENTIFICAR/NEGOCIAR 503, informação de codificador de voz é comunicada no canal IVB_MSG. 0 estado IDENTIFICAR/NEGOCIAR 503 é mantido até que informação de tipo de codificador de voz equivalente seja recebida no canal IVB_MSG. Opcionalmente, o canal IVB_MSG pode ser usado para negociar tipo de codificador de voz no caso de tipos de codificador de voz originalmente não equivalentes. A negociação pode ser um procedimento como descrito acima, ou informação de tipo de codificador de voz pode ser provida no canal IVB_MSG para proporcionar uma solução de "base de dados de regra implícita". Quando informação de tipo de codificador de voz equivalente é recebida, entra-se no estado SYNC_SPCH 504.
No estado SYNC_SPCH 504, fala codificada é enviada no canal IVB_SPEECH. Fala codificada também é procurada na fala PCM de ligação descendente. Os canais IVB_SYNC e IVB_MSG ainda são observados caso uma mudança de tipo de codificador de voz seja exigida e/ou modo de operação de desvio precise ser desabilitado. Enquanto no estado SYNC_SPCH 504, o codificador de voz continua em execução e fornece saída de fala decodificada à fala PCM de ligação ascendente e fala PCM codificada para a ligação descendente.
Quando sincronização com fala codificada é obtida, entra-se no estado CONECTAR 505. No estado CONECTAR 505, o circuito IVB é completado e fala codificada de desvio é comunicada entre as estações móveis. O codificador de voz continua a funcionar em paralelo com desvio de codificador de voz para suportar comutação sem emenda de volta para o modo desabilitado de desvio (codificação de voz normal). O estado CONECTAR 505 é mantido até que sincronização com fala codificada de desvio seja perdida, um comando de desabilitar fora de banda seja recebido, o canal IVB_SYNC seja perdido, informação de tipo de codificador de voz não-equivalente seja recebida no canal IVB_MSG ou quadros de fala codificada não compatíveis com o codificador de voz atual sejam recebidos. A partir do estado CONECTAR 505, e mediante recebimento de um comando de desabilitar, entra-se no estado DESCONECTAR 506. No estado DESCONECTAR 506, todo o processamento de transmissão IVB de ligação ascendente é descontinuado e a codificação de voz normal é restaurada. Desvio de ligação descendente de fala codificada recebida ainda é suportado. Esse modo de operação de uma via, "semidúplex" é mantido até que haja perda de sincronização com fala codificada de ligação descendente ou até que haja qualquer outra condição de perda de recepção IVB.
Como será considerado, os três canais de sinalização em banda da presente invenção são reconfigurados em uma modalidade alternativa preferida para proporcionar custo de detecção inferior enquanto proporciona ainda as vantagens de rápida transição para o modo de operação de desvio de codificador de voz. Deve ser considerado ainda que a modificação do codificador de voz 200 para realização de acordo com a modalidade alternativa preferida descrita acima é facilmente realizada.
Muitas alterações e modificações adicionais poderíam ser feitas na invenção sem se afastar do verdadeiro escopo e espírito da mesma. 0 escopo de algumas mudanças é discutido acima. 0 escopo de outras mudanças será evidente a partir das reivindicações anexas.
REIVINDICAÇÕE S