專利名稱：用于經(jīng)過增強的可變速率編解碼器的帶內(nèi)信令的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無線通信，包括用于經(jīng)過數(shù)字無線電信系統(tǒng)的語音信道會話的小量數(shù)據(jù)的帶內(nèi)信 令的方法。
背景技術(shù)：
在蜂窩和陸上線路電話網(wǎng)絡(luò)中使用的許多電信部件被設(shè)計為在語音通信信道上 有效率地傳輸人類語音信號。例如，數(shù)字語音編碼器(聲碼器)使用線性預(yù)測編碼技術(shù)來 以壓縮格式表示所采樣的語音信號。這些線性預(yù)測編碼器在對語音信號的頻域分量進行壓 縮和估計的同時濾除噪聲(非語音信號)，然后在語音信道上傳輸該語音信號。有時期望在無線電信網(wǎng)絡(luò)上既傳輸音頻信號又傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，當(dāng)蜂窩電話 使用者呼叫“911”尋求緊急援助時，該用戶可能會希望在與向人類接線員口頭解釋緊急情 況所用的相同的信道上向呼叫中心發(fā)送數(shù)字位置數(shù)據(jù)。然而，在無線網(wǎng)絡(luò)的語音信道上傳 輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號可能是困難的，因為這樣的信號要經(jīng)受幾種類型的畸變。例如，由語音壓縮 算法造成的聲碼器效應(yīng)可使在無線網(wǎng)絡(luò)語音信道上行進的已編碼數(shù)據(jù)信號畸變。仍需要對經(jīng)由數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)語音信道的數(shù)據(jù)通信進行改進。對于一些應(yīng)用 尤其是緊急應(yīng)用而言語音信道是優(yōu)選的，這是因為，與數(shù)據(jù)服務(wù)不同，無線語音服務(wù)高度可 靠、延遲最小并且在全球的許多地理區(qū)域中廣泛可得到。相關(guān)信息可以在美國專利No. 6，144，336中找到，該專利以參引方式納入本文。另 一些公開內(nèi)容可以在美國專利No. 6，690，681中找到，該專利也以參引方式納入本文。最 后，又一些相關(guān)公開內(nèi)容在美國專利No. 6，493，338中出現(xiàn)，該專利也以參引方式納入本 文，就如同在本文中闡述一樣。前述專利為本申請的受讓人所擁有。


圖1是用于數(shù)字無線電信系統(tǒng)語音信道中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木哂胁既R克曼-哈里斯 (Blackman-Harris)窗的2225Hz正弦曲線的繪圖。圖2是示出了用于數(shù)字無線電信系統(tǒng)語音信道中數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M合信令波形的一 個實施例的繪圖。
優(yōu)詵實施方案的詳細(xì)描述公開了一系列窄帶信令方法，其用于使攜帶數(shù)據(jù)的信號成功地經(jīng)過在CDMA無線 信道中普遍使用的EVRC-B聲碼器的低比特率模式。這一處理鏈會對高于2kHz的窄帶信號 (或音調(diào))造成顯著的畸變，這導(dǎo)致數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)語音信道上的數(shù)據(jù)傳遞(稱作“帶內(nèi)信 令”)的低劣檢測性能。在符合本發(fā)明的一個實施例中，窄帶信號可以被創(chuàng)建以經(jīng)過已知的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和 EVRC-B處理，并成功地被音調(diào)檢測器檢測。假設(shè)有一個被設(shè)計為對具有給定的或預(yù)先 確定的頻率的信號進行檢測的系統(tǒng)，那么就將該期望的信號創(chuàng)建為具有在兩端都成錐形 (tapered)的包絡(luò)(見圖1)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這具有激勵聲碼器以比本應(yīng)發(fā)生的更高的比特率 來表示信號的效果。結(jié)果，該信號將是對原始信號的更準(zhǔn)確表示，并且更容易被接收器所檢 測。在下文中以舉例方式描述一個優(yōu)選實施方案。在該實施例中，所研究的信號是3秒2225Hz音調(diào)，并且被創(chuàng)建為一個簡單正弦曲 線乘以一個窗函數(shù)，如圖1中所示。在該實施例中使用了布萊克曼-哈里斯窗函數(shù)，盡管也 可以使用其他已知的窗函數(shù)，例如漢明(Hamming)、帕仁(Parzen)、高斯(Gaussian)、巴萊 特(Bartlett)、凱塞(Kaiser)等等。除了使由EVRC-B網(wǎng)絡(luò)造成的畸變最小化，該波形的另 一個優(yōu)勢是，被設(shè)計為檢測該2225Hz音調(diào)的傳統(tǒng)(legacy)檢測器也能檢測該新波形。因 此該改進的波形可以被用來有利于告知接收調(diào)制解調(diào)器，例如使它準(zhǔn)備好接收該語音信道 中接下來的后續(xù)數(shù)據(jù)。本文公開的波形也可被用來使發(fā)送側(cè)編碼器(transmission side coder)或聲碼器在發(fā)送作為音頻音調(diào)而編碼的數(shù)據(jù)之前做好準(zhǔn)備。一旦確定了該波形的設(shè)計參數(shù)(例如持續(xù)時間、頻率和窗函數(shù))，就可以使用通用 編程語言(例如C語言)或者用信號處理軟件包(例如Matlab)來產(chǎn)生該波形。二者都是 商業(yè)上可得到的。然后該波形的數(shù)字樣本可以被存儲在該帶內(nèi)信令設(shè)備的存儲器中，并且 每當(dāng)對工作必要時就被取出。替代地，設(shè)計參數(shù)可以被存儲在該帶內(nèi)信令設(shè)備的存儲器中， 并且每當(dāng)必要時就使用這些參數(shù)來“即時(on-the-fly) ”產(chǎn)生該波形。這些方法可以被應(yīng)用到各種帶內(nèi)信令設(shè)備中。例如，帶內(nèi)“調(diào)制解調(diào)器”可以被實 現(xiàn)為在蜂窩電話中存儲和執(zhí)行的軟件?？梢允褂梅涓C電話處理器和/或DSP設(shè)備來執(zhí)行它。 帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器的其他實現(xiàn)方式可以適用于例如機動車。在這樣的情況中，該調(diào)制解調(diào)器 可以被聯(lián)結(jié)到該機動車的車載網(wǎng)絡(luò)，用于與其他系統(tǒng)集成。例如，在車輛系統(tǒng)中檢測到的氣 囊展開或其他緊急信號(火、引擎爆炸等等)可以被用來觸發(fā)該調(diào)制解調(diào)器以自動向到緊 急呼叫接受者發(fā)起呼叫。數(shù)字處理器和關(guān)聯(lián)存儲器如所指出的，在一些實施方案中，本發(fā)明可以由數(shù)字計算系統(tǒng)來實現(xiàn)。術(shù)語“數(shù)字 計算系統(tǒng)”指的是任何如下的系統(tǒng)包括至少一個數(shù)字處理器以及關(guān)聯(lián)存儲器(associated memory)，其中該數(shù)字處理器能夠執(zhí)行存儲在該存儲器中的指令或“代碼”。(該存儲器也可 以存儲數(shù)據(jù)。)數(shù)字處理器包括但不限于微處理器、多核處理器、DSP(數(shù)字信號處理器)、 聲碼器、處理器陣列、網(wǎng)絡(luò)處理器等等。數(shù)字處理器可以是較大設(shè)備(例如膝上或臺式計算 機、PDA、蜂窩電話、Whone PDA、Blackberry PDA/電話，或者事實上幾乎任何電子設(shè)備) 的一部分。該關(guān)聯(lián)存儲器(在下文中進一步解釋)可以與該處理器(例如布置在集成電路微處理器或類似物內(nèi)的RAM或閃存)集成在一起。在另一些實施例中，該存儲器包括獨立器 件，例如外部盤驅(qū)動器、存儲陣列或便攜式閃存密鑰卡(key fob)。在這樣的情況中，當(dāng)該存 儲器和該數(shù)字處理器操作性地聯(lián)結(jié)在一起或者互相聯(lián)通(例如通過I/O端口、網(wǎng)絡(luò)連接等 等)以使得該處理器能夠讀取存儲在該存儲器中的文件時，該存儲器就變得與該數(shù)字處理 器“關(guān)聯(lián)”。關(guān)聯(lián)存儲器可以被設(shè)計為(ROM)或憑借權(quán)限設(shè)置成“只讀”的，或者不是。其他 實例包括但不限于WORM、EraOM、EEraOM、FLASH等等。這些技術(shù)常常被實現(xiàn)在固態(tài)(solid state)半導(dǎo)體器件中。其他存儲器可以包括移動部件，例如常規(guī)的旋轉(zhuǎn)盤驅(qū)動器。所有這 些存儲器都是“機器可讀的”，它們眾所周知可由合適的數(shù)字處理器讀取。計算機稈序的存儲如上文解釋的，本發(fā)明優(yōu)選地被實現(xiàn)或體現(xiàn)為計算機軟件(也被稱為“計算機程 序”或“代碼”；這些術(shù)語可互換)。程序或代碼當(dāng)存儲在可被數(shù)字處理器讀取的數(shù)字存儲器 中時是最有用的。(在一㈣情況中，例如在簡單f本f檔或“無格式f件(flat file)”的情 況+im十儲艦IUR械·、_、冊·、申ι牛3綱__輪α卜n‘a(chǎn) 耳又”她觭少“亥對帖甜儲會充卜觀躲確細(xì)，
理器或i十算系統(tǒng)或平臺卜.可以是可抽,行的。)術(shù)語“計算機可讀存儲介質(zhì)”(或替代地，“機 器可讀存儲介質(zhì)”)包括所有前述類型的存儲器，以及未來可能出現(xiàn)的新技術(shù)，只要它們能 夠至少暫時地存儲性質(zhì)為計算機程序或其他數(shù)據(jù)的數(shù)字信息以使得所存儲的信息可以被 適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理器“讀取”。術(shù)語“計算機可讀”并不旨在限于術(shù)語“計算機”的歷史用途， 即暗指完整主機、小型計算機、臺式計算機或者甚至膝上計算機。而是，該術(shù)語意味著存儲 介質(zhì)可被數(shù)字處理器或任何數(shù)字計算系統(tǒng)讀取。這樣的介質(zhì)可以是可被計算機或處理器本 地和/或遠(yuǎn)程訪問的任何可得到的介質(zhì)，并且包括易失性和非易失性介質(zhì)、可移動和不可 移動介質(zhì)。計算機程序產(chǎn)品在計算機可讀存儲介質(zhì)中已經(jīng)存儲有程序的情況下，該存儲介質(zhì)可以被稱作計算 機程序產(chǎn)品。例如，便攜式數(shù)字存儲介質(zhì)可以被用作用于存儲和運送(發(fā)行、購買、出售、許 可)計算機程序的方便工具。這在過去常常用于打包的(packaged)(“成壓縮包的(shrink wrapped) ”)程序的零售點發(fā)行。這樣的存儲介質(zhì)的實例包括但不限于⑶-ROM以及類似物。 計算機程序產(chǎn)品的一個實例是存儲有計算機程序的CD-ROM。因此，本發(fā)明包括被配置為產(chǎn)生和/或傳輸本文所述類型的波形的帶內(nèi)信令電路 和軟件。相對比，在接收端，可以采用檢測器和解碼器來對使用這樣的波形傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行 解碼。在一些實施方案中，所述波形是向后兼容的，以被傳統(tǒng)裝備檢測和解碼。在一些實施方案中，上文公開的類型的波形可以與另一音調(diào)或波形組合使用，以 為采用多類聲碼器的無線網(wǎng)絡(luò)提供帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器信令能力。帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器可以使用在 一類聲碼器信道中工作而不在另一類聲碼器信道中工作的特定信令波形。這樣的情景發(fā)生 在當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)中的語音聲碼器升級時，正如當(dāng)EVRC-B聲碼器被引入CDMA無線網(wǎng)絡(luò)并與傳統(tǒng) EVRC聲碼器共存時那樣。不同于EVRC，該EVRC-B語音編解碼信道對于超過2kHz的信號是 不透明的，從而會抑制為EVRC信道產(chǎn)生的大于2kHz的信號。帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器可以使用相 級聯(lián)的EVRC-B兼容波形和EVRC兼容波形，以確保在這樣的無線網(wǎng)絡(luò)中的工作。替代地，該 組合可以由一個在這兩個聲碼器信道中都可檢測的波形和一個僅在一個聲碼器信道中兼容的波形。另一個優(yōu)選實施方案采用了相級聯(lián)的前述錐形信令波形和使用FSK調(diào)制的另一 個波形。該錐形的或開窗的波形在EVRC和EVRC-B信道中都是可檢測的，并且該FSK調(diào)制 信號旨在用在EVRC-B信道中。這樣的波形組合在EVRC-B信道中造成了改進的性能，因為 有兩個波形可以被檢測，并且這樣的波形組合支持在EVRC信道中工作的帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器。 此級聯(lián)波形的一個實例在圖2中示出，其中一個2225Hz開窗音調(diào)后面跟隨著一個FSK調(diào)制 波形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明了，可以在不偏離本發(fā)明基本原理的情況下對上述實施方案 的細(xì)節(jié)做出許多修改。因此本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由下列權(quán)利要求所確定。
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)字無線電信設(shè)備中使用以在數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)的語音信道上發(fā)送數(shù) 據(jù)的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，該帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器包括存儲在所述無線電信設(shè)備中的存儲器中的軟件，所述軟件在所述無線電信設(shè)備中的處 理器中是可執(zhí)行的；所述軟件被配置為控制所述處理器，以產(chǎn)生用于在所述語音信道上傳輸?shù)念A(yù)先確定的 第一信令波形，所述第一信令波形具有在近似400-3400HZ范圍內(nèi)的頻率；并且其中所述第一信令波形在該波形的開始處是錐形的，以使得其在振幅上從基本零振 幅逐漸增大到預(yù)先確定的峰振幅，用于減小由所述語音信道中的聲碼器造成的信令波形畸變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述第一信令波形在該波形的結(jié)束處 是錐形的，以使得其在振幅上從所述峰振幅逐漸減小到基本零振幅；以及所述第一信令波形具有在近似1-3秒范圍內(nèi)的持續(xù)時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述數(shù)字無線電信設(shè)備包括蜂窩電話。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述電信設(shè)備被集成到機動車中，并 被布置為自動工作以在緊急情況下在所述數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)的語音信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述第一信令波形具有近似3秒的持 續(xù)時間，并且具有大于近似2kHz的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述第一信令波形在傳輸之前被創(chuàng) 建，并且被存儲在所述通信設(shè)備中的存儲器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述第一信令波形包括近似3秒、 2225Hz的音調(diào)，用于與傳統(tǒng)檢測器向后兼容。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述軟件還被配置成控制所述處理器 以產(chǎn)生用于在所述語音信道上傳輸?shù)慕M合信令波形，所述組合信令波形包括所述第一信令 波形和第二信令波形，所述第二信令波形以兩個音頻的FSK(相移鍵控)調(diào)制為特征；并且 所述第一和第二信令波形級聯(lián)傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的帶內(nèi)信令調(diào)制解調(diào)器，其中所述第一信令波形是通過應(yīng)用從下列 窗函數(shù)中選擇的一個來產(chǎn)生的漢明窗函數(shù)、帕仁窗函數(shù)、高斯窗函數(shù)、巴萊特窗函數(shù)和凱 塞窗函數(shù)。
10.一種存儲在機器可讀存儲介質(zhì)中的計算機程序，其用于在蜂窩電話中的數(shù)字處理 器中執(zhí)行以在數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)的語音信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，該程序被配置為傳輸具有至少一 個錐形端的預(yù)先確定的信令波形，所述信令波形用于在所述語音信道中發(fā)送數(shù)據(jù)之前傳 輸。
11.一種存儲有可執(zhí)行代碼的計算機程序產(chǎn)品，所述代碼用于在數(shù)字無線電信設(shè)備中 使用以在數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)的語音信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，其中所述代碼在所述蜂窩電話中的處 理器上是可執(zhí)行的，并且其中所述代碼被配置為產(chǎn)生用于在所述語音信道上傳輸數(shù)據(jù)之前傳輸?shù)慕M合信 令波形，所述組合信令波形被選擇以減小聲碼器中的畸變；并且進一步其中所述組合信令波形包括相級聯(lián)的至少兩個不同脈沖串(burst)，每一個脈沖串具間，并且至少一個脈沖串包括基本為正弦曲線的波形，該基本 為正弦曲線的波形具有大于近似2kHz的頻率并且在其開始處是錐形的，從基本零振幅逐 漸增大到預(yù)先確定的峰振幅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的計算機程序產(chǎn)品，其中所述代碼被配置為產(chǎn)生所述組合信令波 形，該組合信令波形具有至少近似3秒的總持續(xù)時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的計算機程序產(chǎn)品，其中所述第二脈沖串波形以兩個音頻的 FSK(相移鍵控)調(diào)制為特征，并且所述第二脈沖串在所述第一脈沖串之前或之后。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的計算機程序產(chǎn)品，其中所述第一脈沖串包括近似3秒、2225Hz 的音調(diào)。
15.一種用于使音頻波形適合于以減小的畸變穿過數(shù)字無線電信系統(tǒng)的語音信道中的 聲碼器的方法，該方法包括產(chǎn)生第一音頻波形；將所述第一波形的持續(xù)時間延長到選定的持續(xù)時間，該選定的持續(xù)時間在近似1-3秒 范圍內(nèi)；以及對所述第一波形應(yīng)用窗函數(shù)以使所述第一波形的前端和尾端成錐形，用于減小當(dāng)在數(shù) 字無線電信系統(tǒng)的語音信道中傳輸所述第一波形時可能會遇到的特定低速率聲碼器中的畸變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括產(chǎn)生用于與所述第一波形級聯(lián)傳輸?shù)牡诙ㄐ?；其中所述第二波形以兩個音頻的FSK(相移鍵控)調(diào)制為特征。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述窗函數(shù)是從由下列窗函數(shù)構(gòu)成的組中選擇的漢明 窗函數(shù)、帕仁窗函數(shù)、高斯窗函數(shù)、巴萊特窗函數(shù)和凱塞窗函數(shù)。
18.一種用于在數(shù)字無線電信網(wǎng)絡(luò)的語音信道上傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法，包括接收數(shù)字輸入數(shù)據(jù)；將所述輸入數(shù)據(jù)編碼成用于經(jīng)由所述語音信道傳輸?shù)囊纛l音調(diào)；產(chǎn)生信令波形；首先在所述語音信道上傳輸所述信令波形，以使發(fā)送側(cè)聲碼器做好準(zhǔn)備；然后在所述語音信道上傳輸所述輸入數(shù)據(jù)編碼而成的所述音頻音調(diào)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述信令波形包括相級聯(lián)的至少兩個不同脈沖串，每一 個脈沖串具有至少近似1.0秒的持續(xù)時間，并且至少一個脈沖串包括在開始處為錐形的音 頻波形，以使得其在振幅上從基本零振幅逐漸增大到預(yù)先確定的峰振幅，用于減小由所述 語音信道中的聲碼器造成的信令波形畸變。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述第一脈沖串是錐形的，并且所述第二脈沖串波形以 兩個音頻的FSK(相移鍵控)調(diào)制為特征。
全文摘要
公開了對帶內(nèi)信令——即在語音呼叫會話期間數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)的語音信道中的數(shù)據(jù)傳輸——的改進。公開了一系列窄帶信令方法，用于使攜帶數(shù)據(jù)的信號成功地經(jīng)過在CDMA無線信道中普遍使用的EVRC-B聲碼器的低比特率模式。一些實施方案使用FSK調(diào)制來產(chǎn)生與另一個波形級聯(lián)的錐形信令波形。這些特征可以被用在蜂窩電話或其他無線通信設(shè)備(包括汽車應(yīng)用)中。
文檔編號H04B1/38GK102150375SQ200980136046
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月15日
發(fā)明者D·昆比, K·伯明翰, L·趙, M·赫然歐 申請人:愛爾比奎特公司