利用音頻能量電平檢測鏈路中斷的方法和設備的制作方法

專利名稱：利用音頻能量電平檢測鏈路中斷的方法和設備的制作方法
一般來講，本發明涉及無線通信技術，具體來講，是涉及用于檢測射頻鏈路中斷的方法和設備。
第二代無繩電話(CT-2)的公用空中接口(CAI)描述了用于第二代無繩電話發送和接收數字化聲音和控制數據的協議。CT-2手機經受話器接收模擬的話音信號，變換該模擬話音信號為數字化的話音信號，壓縮該數字話音信號，將該壓縮后的信號調制在一個射頻上，和通過天線發送該已調射頻信號。所發射的射頻信號被附近的一個基站接收，在該基站中該數字信號被變換為模擬信號或保持數字形式以便于數字交換設備。最后，該信號被傳送到目的電話機。當類似的信號是從該目的電話機接收時，電話信號在相反的方向經受相同的處理。基站發送一個數字射頻信號到手機，該手機經天線進行接收、解調、去壓縮、和變換為模擬話音信號，該話音信號驅動在手機中的一個揚聲器。
數字是以每兩毫秒發送一毫秒脈沖串的方式發送的，該脈沖串的每個幀含有16個4比特自適當差分脈沖編碼調制(ADPCM)的樣值和或兩比特或四比特的控制數據。發送到基站和從基站接收的發送和接收信號是在乒乓通信方式中分組進行的。CAI規定了該分組信息的一部分包括信令信息，而信令信息包括諸如，呼叫建立、終端請求和交換信息。對于信號接收來說，一個信息組被接收、解調、由ADPCM解碼器處理、從數字PCM變換為模擬信號，而后提供給揚聲器。
在CT-2無繩電話系統中，手機與基站建立一條數字鏈路。該鏈路一般保持到此次呼叫完畢。在某些情況下，手機和基站之間的鏈路在呼叫期間可能失掉或中斷。例如，如果用戶將手機帶出該基站的范圍，則該鏈路可能失掉。結果，由于所接收的數據的隨機性，故向揚聲器提供了高電平的白噪聲，直至該鏈路中斷被檢測到和噪聲被靜噪。這種噪聲極大的干擾了常規電話或手機耳機的用戶。
通常的模擬系統依靠接收信號的強度檢測去靜噪音頻電路。不幸的是，在諸如CT-2這樣的數字系統中，失掉載波不僅僅是失掉數據的源。此外，失掉幀同步也將導致鏈路(和數據)的失掉。接收信號的幀同步唯獨是在鏈路建立時建立起來的。如果幀同步失掉了，曾經建立的鏈路也要失掉。如果同步失掉，所接收的數據也變得無意義和隨機的了。因為以隨機的和無意義的方式接收的數據，利用載波檢測作為靜噪控制是不可能的，這是由于在可以接受的場強電平期間也可能發生失去同步。所接收的隨機數據由ADPCM編解碼器變換為模擬信號時，將變換為一般低于最高電平3dB至6dB的白噪聲。
近來，由CAI協議用作檢測鏈路丟失的唯一方法是缺少交換消息。交換消息的傳輸周期可以長達數秒。縮短檢測時間的一種辦法是迫使基站與手機之間周期性通信，這種辦法導致檢測時間縮短為數百毫微秒。盡管如此，當鏈路中斷時，用戶仍可以聽到很長的噪聲。迫使“D”(控制)信道通信將提供數百毫微秒數量級的靜噪時間間隔。這是由于基于各碼字是碼長80比特和以1千比特/秒(最高1.2千比特/秒)或80毫秒/碼字傳輸這個事實。因為單個比特將提供碼字無效(CRC差錯)，算法應當要求在靜噪前失掉兩個到三個碼字的最低值為度(1%到2%的比特差錯將引起在音頻信道中輕微的喀嚦的噪聲)。
因此，所需要的是一種適合用于射頻通信設備中的噪聲檢測器，以便迅速地檢測到射頻鏈路的中斷，以使該射頻通信設備的音頻輸出能夠被以最小的音頻噪聲予以靜噪。
以一種形式實現本發明的目的是提供一種射頻通信設備，用來經一條射頻鏈路接收一個射頻(RF)信號。該射頻通信設備由下述各裝置組成，用于接收射頻信號的接收裝置，連接到該接收裝置用來對該接收信號進行取樣并在整個一個預定時間周期上測量多個信號能量電平的信號取樣裝置，和連接到信號取樣裝置的確定裝置，該裝置根據多個信號能量電平的一個平均值超過或未超過一個預定的閾值來確定射頻鏈路是否中斷。


圖1是按照本發明的無繩電話通信系統的圖。
圖2是按照本發明圖1的無繩電話通信系統的基站框圖。
圖3是按照本發明的圖1的通信系統的無繩電話手機的框圖。
圖4是按照本發明的圖2和圖3的噪聲檢測器的工作流程圖。
參照圖1，CT-2(第二代無繩電話)通信系統10包括多個無繩電話接入基站12、14、16，以便允許CT-2手機20、22發出呼叫。這些呼叫通過公用電話交換網28，經所建立的連接28a、28b與常規的電話24、26進行通信。為了對該CT-2通信系統10進行維護管理和為了對由于手機20、22所發出的呼叫進行計算，網路控制器30通過公用電話交換網28分別經連接28c、28d和28e與無繩電話接入基站12、14和16進行通信。下面參照圖2，圖中表示按照本發明的CT-2基站。按照CT-2協議，手機20、22(圖1)與基站12之間的電話信號是用半雙工或者乓乒方式，以數字形式分組接收和發送的。本文所用的術語“信號”是指隨時間變化的電信號。術語“數字信號”是指信號的數字樣值序列。“數據組”(packet)包括數字信號的一部分，或也可以是，與數字信令比特一起的電話信號的規定數目的數字樣值。
電信接口40與公用電話交換網(PSTN)28相連，用來向PSTN發送模擬信號和從PSTN接收模擬電話信號。電信接口40與脈沖編碼調制(PCM)編解碼器42相連。PCM編解碼器42將來自電信接口40的接收模擬信號變換為數字信號，反之，將數字PCM信號變換為模擬形式。從功能上講，PCM編解碼器42包括(a)模擬/數字變換器(ADC)和帶通濾波器，用于將從電信接口40接收的模擬電話信號變換為以PCM格式的數字信號;和(b)數字/模擬變換器(DAC)和低通濾波器，用于將數字信號變換為模擬電話信號，提供給電信接口40。PCM編解碼器42向ADPCM碼變換器44提供以PCM格式的數字信號。自適應差分脈沖編碼調制(ADPCM)編碼器/解碼器44也包括兩部分。ADPCM44的第一部分是一個ADPCM編碼器，用于按照CCITT規定的G.721標準將64Kbps數字電話信號壓縮為32KbpsADPCM信號。該32KbpsADPCM信號由ADPCM44送到時分雙工器46。時分雙工器46將來自微處理器控制器48的信令比特與來自ADPCM碼變換器44的已壓縮的數字數據相組合，形成CT-2數據組。時分雙工器46提供CT-2數據組到射頻收發信機50，該收發信機調制該信號并以射頻信號形式提供給天線，以便傳送到手機20、22(圖1)。調制方式是如在CT-2CAI規范中所描述的由近似高斯濾波器整形的二電平FSK。
對于接收來講，來自基站的數據組在天線52被作為已調射頻信號所接收。收發信機50接收該射頻信號并將其解調，以產生CT-2數據組。該數據組被送到時分雙工器46，該雙工器46將該數據組分為其兩個構成分量信令比特和壓縮了的數據信號。時分雙工器46使微處理器控制器48得到信令比特和使ADPCM碼變換器44的第二部分，一個ADPCM解碼器得到壓縮了的數字信號。控制器48讀取信令比特和響應于該信令比特執行相關的各常規信令功能。ADPCM44的ADPCM解碼器部分按照CCITTG。721建議對從時分雙工器46接收的已壓縮數字信號進行去壓縮。ADPCM碼變換器按照G.721標準，將32Kbps的ADPCM數字信號變換為64Kbps的PCM信號。PCM編解碼器42變換64Kbps的PCM信號為模擬信號。該模擬信號被送到電信接口40。
按照本發明，控制器48包括連接到ADPCM44的接收通路的輸出端的串行端口54，用于對去壓縮的模擬信號進行取樣。該模擬信號由串行端口54提供到噪聲檢測器56。噪聲檢測器56將接收信號的平均能量電平與一個閾值相比較，以檢測射頻鏈路的中斷。如果該平均能量電平在一個預定的周期超過該閾值，則可能歸結為該射頻鏈路已經中斷。控制器48響應于噪聲檢測器56檢測到鏈路中斷，通過控制信號線通知時分雙工器46對接收信號通路靜噪，從而實現電信接口40的輸出端被靜噪。
參照圖3，它表示按照本發明構成的手機20的框圖。手機20的構成類似于基站12并可以包含相似的部件。來自基站12(圖1)的信號由天線52′所接收，并提供到接收機50a。接收機50a解調所接收的信號并將該信號提供到時分雙工器(TDD)46′。TDD46重建分別送到控制器48′和ADPCM碼變換器44′的接收信號的控制信令和數字信號分量。控制器48′讀出信令比特和執行相關的信令功能，諸如呼叫建立和拆線。ADPCM44′去壓縮數字信號和將其提供到PCM編碼解碼器42′，以便變換為模擬信號。該模擬信號被提供給手機20的揚聲器60，以便將其音頻輸出。
對于從CT-2手機20的話音傳送而言，送話器62連接到PCM編解器42′，以便向送話器提供模擬信號。傳送通路通過PCM編解碼器42′，ADPCM碼變換器44′，TDD46′處理這一信號，發射機50b用于從天線52′射頻發送。按照本發明，CT-2手機20的控制器48′包括連接到ADPCM碼變換器44′的輸出端的串行端口54′和用于對接收信號進行取樣的噪聲檢測器56′，以檢測射頻鏈路的中斷。
對于其他操作來說，諸如撥電話號碼，是通過用戶控制器64向微處理器控制器48′提供適當的信號。此外，微處理器控制器48′可以提供一個信號給顯示驅動器66，以便在顯示器68上產生一個可視消息，提供給用戶。
按照本發明，基站12和手機20中的分別的噪聲檢測器56和56′是以相同的方式構成的。噪聲檢測器56接收來自串行端口54的重建信號Sr(K)和如下三個參數標記“N”為包括在估算能量中的樣值數目;標記“NETH”為能量閾值;和標記“ND”為噪聲檢測啟動。控制器48向噪聲檢測器56提供參數N、NETH和ND。響應于標記為“EAVE”的Sr(K)的平均能量超過標號為“ETH”的預定閾值，噪聲檢測器56向控制器48提供一個標記為“NOISE”的噪聲指示。執行這種能量計算的一種方法是通過將在N個取樣周期的Sr(K)信號的絕對值相加起來，然后再被N除以近似EAVE，上述計算可以表示為EAVE＝(1/N)(∑｜Sr(K)｜)(1)其中“∑”表示取和算符，和其中的求和的范圍是從K＝0到K＝N-1。如果用平均能量代替總能量計算的話，平均功率計算也可以為了減少處理時間而不用除指令。如果標記為“NEAVE”的N個樣值的能量超過NTTH，則本發明的優選實施例的噪聲檢測器56啟動NOISE(即NOISE＝1)。這個公式從數學上表示為如果(NEAVE＝∑｜Sr(K)｜＞NETH)則(NOISE＝1)(2)其中，與上文一樣，求和范圍是從(K＝0)到(K＝N-1)。因為樣值數目N和平均能量閾值在前面可以被確定，所以它們的積NETH是已知的。微處理器控制器48向噪聲檢測器56提供NETH，該檢測器執行公式2的平均能量估算并從而提供NOISE。響應于NOISF的啟動，控制器48衰減或靜噪所接收的信號。靜噪可以在TDD46、ADPCM碼變換器44、PCM編解碼器42中進行，或者直接對提供給電信接口40的信號靜噪。在優選實施例中，控制器48利用控制信令線，提供噪聲指示信號給TDD46以靜噪所接收的信號。
圖4表示按照本發明方法和說明本發明方法的流程圖。圖4的流程圖實現了圖2的噪聲檢測器56和圖3的噪聲檢測器56′。噪聲檢測器56在步驟100開始執行噪聲檢測程序，該程序在102步檢查是否標記為“ND”的檢測控制比被置為1。如果ND未置1，則噪聲檢測器56被禁止，在第104步NOISE被清除，程序返回105，等待控制器48下一個指令以開始噪聲檢測。如ND置1，則在第106步檢查標記為“CNTR”的計數器變量。CNTR是一個內部變量，它保持｜Sr(K)｜的多少個值尚需累加的跟蹤。當加上電源的時候CNTR置為-1并且控制器48復位。如果ND＝1(啟動)，和CNTR是負值，則CNTR被初始化為N，即將被用在第108步能量計算中的｜Sr(K)｜的樣值數目。代表N個樣值的總的能量估算的內部變量NEAVE，在第110步被初始化為0。
在隨后的樣值上，在第106步檢測到CNTR的正值時，則在第112步將｜Sr(K)｜加到NEAVE的值，和在第114步將CNTR減少。在第116步再次測試CNTR，以確定其是否為負。對每個樣值重復第112、114和116步，直至CNTR被減到-1。當CNTR遞減為-1時，NEAVE代表對于由樣值間隔次數N限定的時間間隔的總能量估算。對于G.721的32KbpsADPCM而言，樣值時間間隔為125微秒(μs)，因此NEAVE代表信號在(N)×(125μs)一般時間間隔上總能的估算。在第118步NEAVE與NETH比較。如果NEAVE不小于NETH，則在120前NOISE被置位。
還有可能的不同的方式實現這一算法。圖4的流程圖表示一種遞減的樣值計數器。還有可能將一個遞增的樣值計數器初始化為0，而后當該計數器達到N時，將NEAVE值與NETH進行比較。另外，在第59步，響應于測試是否NEAVE小于NETH的“非”結果，NOISE被置位。在另外一個實施例中，響應于是否NEAVE大小NETH的測試的“是”結果，而將NOISE置1。
描述至此，已經十分清楚，本發明提供了一種適用于射頻通信設備，諸如CT-2手機20或基站12中的噪聲檢測器56。該噪聲檢測器56通過對一般短的時間內的接收信號的能量電平進行取樣，能夠快速檢測射頻鏈路的中斷。因此，到揚聲器60的或到電信接口的音頻信號輸出響應于由噪聲檢測器56的鏈路中斷的檢測，通過來自控制器48的信號，可以被靜噪為最低的音頻噪聲輸出。
權利要求
1.一種經一條射頻鏈路接收射頻(RF)信號的無線通信設備，該無線通信設備包括用于接收射頻信號的接收裝置；連接到接收裝置的信號取樣裝置，用于在一段預定的時間間隔內對所接收的信號進行取樣，以測量多個信號的能量電平；和連接到信號取樣裝置的確定裝置，用于響應于多個信號能量電平的平均值超過或未超過一個預定的閾值，來確定射頻鏈路中斷或未中斷。
2.權利要求1的無線通信設備，還包括連接到接收裝置和確定裝置的音頻輸出裝置，如果多個信號能量電平的平均值未超過預定的閾值，響應于所接收信號提供可聞性輸出并且如果多個信號能量電平的平均值超過預定閾值，提供不可聞性輸出。
3.權利要求1的無線通信設備，還包括連接到接收裝置和確定裝置的模擬信號產生裝置，如果多個信號能量電平的平均值未超過預定的閾值，響應于所接收信號提供一個模擬信號并且如果多個信號能量電平的平均值超過預定閾值提供一個不可聞性輸出。
4.權利要求1的無線通信設備還包括連接到確定裝置的控制裝置，用于響應于多個信號能量電平的平均值超過預定的閾值，產生一個噪聲指示信號連接到接收裝置和控制裝置的音頻輸出裝置，用于如果控制裝置未產生噪聲指示，響應于所接收的信號提供一個可聞性輸出。
5.權利要求1的無線通信設備，還包括連接到接收裝置的串行輸入裝置，用于響應于所接收的信號重建一個信號Sr(K)并提供該信號Sr(K)到信號取樣裝置，其中該信號取樣裝置接收上述信號Sr(K)和對多個接收樣值的每一預定數目的接收樣值的上述取樣信號Sr(K)的總能量估算進行計算，其中上述確定裝置根據上述總能量估算超過噪聲閾值和上述預定數目之積來確定射頻鏈路中斷。
6.權利要求1的無線通信設備，其中無線通信設備是一個基站，用于以此提供雙向射頻(RF)通信。
7.權利要求1的無線通信設備，其中無線通信設備是一個無繩電話手機。
8.權利要求3的無線通信設備，其中模擬信號是一個提供給公用電話交換網的模擬電話信號。
9.一種在接收其中有數據調制的射頻(RF)信號的無線通信設備中檢測突發噪聲的方法，該方法包括以下步驟接收射頻信號;初始化總能量估算為0;對所接收射頻信號的已調數據進行取樣;將取樣的所接收射頻信號的絕對值相加到一個預定次數的上述總的能量估算上，和如果上述總的能量估算超過預定閾值，提供一個噪聲指示。
10.權利要求9的方法，還包括如果上述總能量估算超過上述預定數目與一個能量閾值之積，則提供上述噪聲指示的步驟。
全文摘要
一種噪聲指示器，適合用于射頻通信設備中，通過在一段短的時間周期對信號的能量電平進行取樣來檢測射頻鏈路的中斷。因此，輸出到基站的電信接口或手機的揚聲器的音頻信號能夠響應于由噪聲檢測器檢測的鏈路中斷，由來自控制器的信號予以靜噪。無線通信設備經接收機電路接收射頻信號，在一段預定時間周期(N)取樣所接收的信號，以測量多個信號能量電平，并根據多個信號能量電平的平均值超過或未超過一個預定的閾值來確定射頻鏈路中斷或未中斷。
文檔編號H04B17/00GK1076565SQ9310042
公開日1993年9月22日 申請日期1993年1月14日 優先權日1992年1月15日
發明者格瑞·S·洛貝爾 申請人:莫托羅拉公司