數字移動通信系統中的回聲消除的制作方法

專利名稱：數字移動通信系統中的回聲消除的制作方法
技術領域：
本發明涉及在數字移動通信系統中消除移動臺所產生的回聲的一種方法和裝置。
在數據傳輸系統，例如電話網的端對端連接中，經常發生長的傳播時延，其結果是，例如當信號從該連接的遠端反射回發送方時，在正常語音中能檢測到回波。
回波的產生主要有兩個原因話機接收器和麥克風之間的回聲，以及電回波，它由該連接的發送和接收方向的傳輸系統產生。
電回波的主要產生源是混合電路(2線到4線變壓器)，它們位于固定網絡的端局或遠端用戶級。出于經濟原因，固定網絡的用戶線通常是2線線路。交換機間的連接則通常是4線線路。
這里定義遠端為將回波返回到發言人自己這一端的傳輸連接端，而近端是回波被反射回來的傳輸連接端。一般而言，近端是一個移動臺而遠端是另一方，比如是一個PSTN用戶。
通常通過回波消除器或回波抑制器盡量消除返回的回波所引起的問題。回波消除器是一種處理信號，比如語音信號的設備，用于通過減少連接上發生的回波(信號)中的估計回波來減少回波。回波抑制器則在出現回波時斷開從近端到達的信號。
現有技術數字移動通信系統擁有回波消除器，后者能防止從公眾交換電話網(PSTN)返回的回波被發送給移動用戶。在移動交換機中，這類回波消除器通常置于交換機間的中繼電路中。
從移動臺返回的回波通常通過置于實際移動臺中的回波消除器來消除。這樣的回波消除器通常基于自適應濾波器或比較輸出信號和輸入信號的值。目前使用的移動臺中有很多并不能很好地消除回波，其回波消除僅處于相對低的級別，從而干擾回波被發送到另一方。原則上通過發展移動臺的回波消除方法可以減少出現的問題，但這主要就新的移動臺而言，情況才得到改善。相反卻難以改變已投入使用的移動臺的軟件或設備，因為移動臺已歸其用戶所有，為服務措施而將它們收集起來是耗時且昂貴的。因此在移動通信系統中，總會存在無法很好消除回波，而引起干擾回波發向另一方的移動臺。在數字移動通信系統中，語音傳輸也完全數字化進行。從移動網的角度看，最有限的資源是移動臺和基站間的無線路徑。為了減少無線路徑上一個無線連接所需的帶寬，在語音傳輸中采用語音編碼，因而實現了一種與電話網中一般使用的64Kbit/S的傳送速率相比較低的傳送速率，例如16或8Kbit/S。移動臺和移動網當然都必須包括語音編碼器和語音解碼器以進行語音編碼。在網絡一側，語音編碼功能可以放置于許多可選位置，比如在基站中或與移動交換機相關聯。因此，在每一個移動臺接入或發起的語音呼叫中，語音連接連接到網絡側的語音編碼器，用于解碼從移動臺到達(上行方向)的語音信號和編碼發向移動臺(下行方向)的語音信號。
此外，在某些數字移動通信系統中，語音傳輸涉及一種DTX模式(不連續傳輸)。它旨在通過下述方式降低干擾值來改進系統的效率當從信息角度看該無線信號并不是必需時，則阻止該無線信號的發送。通常DTX模式是正常模式的一種可選模式，在移動通信網中針對每次呼叫在這兩種模式中作出選擇。在DTX模式下，當用戶正在說話時，話音正常編碼，例如13Kbit/s，而在其它時間中使用低得多的比特率，比如大約500Kbit/s。這種較低的比特率用于在發送側編碼背景噪聲中的信息。在接收側，為收聽者重新生成背景噪聲，因而將之稱為“舒適噪聲”(comfort noise)，從而收聽者在傳輸暫停期間不會認為連接已被中斷。在發送端監視是否出現話音行為的功能被稱為“話音行為檢測VAD”。一般基于某個閾值和比較測得的信號能量來判定信號是否包含語音或背景噪聲。
因為經驗表明當語音后的背景噪聲突然終止時，收聽者會受到很大干擾，所以需要生成舒適噪聲。這在不連續傳輸中時常發生。一種避免干擾收聽者的方法是在不接收信號時產生人工噪聲。這種噪聲的特性周期性改變，并通過位于發送端的語音編碼器發送到接收端。
回聲也發生在這類采用降低的傳輸速率語音編碼的數字移動通信系統中，當從另一端接收的語音信號從話機的聽筒傳播到麥克風并返回到該連接的遠端時，在移動臺中就產生了所述回聲。
英國專利申請225,635,1公開了一種移動臺，在該移動臺中回波抑制器比較下行和上行信號的值。當下行信號值超過某個與上行信號相關的閾值，并且在上行方向上沒有發生話音行為時，假定上行信號包含回波。因而以包含舒適噪聲的語音幀取代上行幀，在另一端將所述語音幀解碼成伴音幀。這樣就減少了從移動臺返回的回波。根據美國專利522,255,1一種用于移動臺的免提(handsfree)設備帶有一個回波抑制器，當從該免提設備接收的信號含有回聲時，該回波抑制器斷開來自該免提設備的信號，并提供噪聲取而代之。
這些現有技術回波消除器或回波抑制器僅在部分新移動臺中減輕了由回聲所引起的問題，但是在移動通信網絡中仍將有無法充分消除回聲的舊移動臺和可能的其它類型的新移動臺。因此，該現有技術回波消除器并不能消除上述問題。
日本專利申請4-207,825(日本專利摘要，第16卷，第550號，第3頁)公開了一種帶有自適應回波消除器的無線系統基站設備。其目的是完全避免在移動臺中使用回波消除器。
上面已表明了本申請的發明者所進行的研究和方法，但是因為在匯接局中回波路徑上存在著兩個語音編解碼器(在移動臺和網絡中)，所以置于移動網一側并基于回波路徑建模的自適應數字濾波器的自適應回波消除器并不能在數字移動通信系統中工作。因此，返回的回波信號的信號與失真比極差，能達到的回波信號衰減非常低。根據本發明者的發現，如果移動臺沒有任何回波消除器以減少回波值，在網元中用一個回波抑制器取代回波消除器也不是一種優化方案。因此，返回回波的值很高，從而必須使回波抑制器的通話重疊特性較差，即在通話重疊期間該回波抑制器很容易切斷上行語音。
因此，非常需要在所有移動臺中部能有效地消除移動臺所產生的回聲，不論該移動臺是何種類型，以及它所使用的回波消除器或回波抑制器是何種類型。
因此，本發明的目的是實現一種方法和裝置，用于防止移動臺產生回聲并返回PSTN網絡用戶或另一個移動用戶。
這通過本發明用于消除數字移動通信系統中回聲的方法來實現，在該系統中上行方向是從移勸臺發向固定移動網的方向，而下行方向是其相反方向，并且在該系統中無線路徑上采用一種語音編碼方法，該方法包括通過移動臺回波消除器衰減上行信號中出現的下行語音的回聲的步驟。該方法的特征在于，固定移動通信系統中上行方向上從移動臺返回的下行語音殘余回聲的消除包括下述步驟如下消除固定移動通信系統中上行方向上從移動臺返回的下行語音殘余回聲監視移動網中下行方向上的話音行為，監視是否出現通話重疊的情況，當檢測到下行方向上的話音行為時，在預定時延之后用噪聲取代移動網中上行話音信號，當檢測到下行方向上話音行為終止時，在預定時延后停止用噪聲取代上行語音信號，當檢測到通話重疊情況時，阻止用噪聲取代上行語音信號。
本發明的另一目的是一種消除數字移動通信系統中從移動臺返回的回聲的設備，該系統采用參數化語音編碼方法以降低無線接口上的傳送速率，該移動臺包括一個衰減回聲的回聲消除器。該回波消除器的特征在于，該設備是置于移動網一側，用于消除移動臺回波消除器的殘余回波的回波抑制器，該回波抑制器包括一個下行話音行為檢測器(35)，其上行方向是從移動臺(MS)發向固定移動網的方向，而下行方向是其相反方向，一個通話重疊檢測器(301)，裝置(302，303)，用于當在下行方向上檢測到話音行為時，在預定時延之后用噪聲取代上行語音信號。
在本發明中，除了在移動臺中安置一個回波消除器之外，在移動網的一個網元中安置一個回波抑制器或一個回波抑制器功能，用于消除移動臺中產生的回聲。在本發明中，回波消除分布在移動臺和移動網之間。在移動臺中，通過移動臺的自適應回波消除器對回聲信號進行基本衰減。然后使用本發明的回波抑制器，通過中斷信號的傳播并提供噪聲取而代之來消除移動臺回波消除器之后可能留有的殘余回波。通過本發明的回波抑制器，可以獨立于移動臺回波消除質量有效地消除殘余干擾回聲。
本發明的回波抑制器可以是一個獨立的設備，或者它可以位于移動通信網的語音編碼器，所述語音編碼器此后稱之為變碼器。根據本發明提供回波消除的設備或功能此處一般稱之為回波抑制器，而與它是獨立設備還是變碼器的附屬設備或功能無關。回波抑制器對殘余回波消除而言，一般也稱為非線性處理(NLP)或中央削波器。因為回聲的基本衰減已由移動臺的自適應濾波器執行，所以本發明的回波抑制器的通話重疊特征類似于NLP。
回波抑制器監視下行方向上是否出現語音。當下行方向上出現語音時，該下行語音可能從移動臺作為附加在上行信號上的回聲返回。因此，回波抑制器在檢測到下行方向上的話音行為時，阻止上行信號的傳播，并產生背景噪聲來取代它，該背景噪聲的頻譜特征和密度在每一時刻都類似于移動臺工作環境中的背景噪聲。此處將該背景噪聲稱為舒適噪聲。開始生成舒適噪聲的有利時刻必須比回聲從移動臺返回回波抑制器的時刻要稍前一點。因此，在檢測到下行話音行為之后的預定時延后開始生成舒適噪聲，并且只要下行話音行為繼續，舒適噪聲也不斷生成。當下行方向上回波抑制器不再檢測到話音時，它在預定時延之后終止上行方向上舒適噪聲的生成并回到正常的上行語音傳輸，在該時延期間所有的回聲都已從移動臺返回回波抑制器。
在本發明的一種優選實施例中，舒適噪聲的生成和檢測是分布化的。回波抑制器不需要從接收信號中分離語音和背景噪聲，也不需要計算背景噪聲的值和頻譜。所有這些信息都可以在移動臺發送的舒適噪聲信息，例如GSM系統的SID幀中找到。該信息描述了當移動臺沒有說話且沒有回波時，該移動臺的背景噪聲。回波抑制器存儲該信息，并利用它生成舒適噪聲以取代回波抑制器從中檢測到回波的幀。這樣，在移動臺中判定并檢測背景噪聲，而在回波抑制器中生成背景噪聲。這簡化了回波抑制器的處理。
本發明的回波抑制器還包括上行方向上的通話重疊檢測器。通過通話重疊檢測，在生成舒適噪聲時可以防止中斷移動用戶的語音。通話重疊檢測如下進行如果在舒適噪聲生成期間在上行方向上檢測到足夠高的信號值，過程立即切換到通話重疊模式。在通話重疊模式下，經過輕度衰減后上行信號可以有效地通過。衰減非常輕微，它不會導致移動用戶的語音較難以理解。在這種情況下回聲也得以通過，但因為返回的回聲已混合了移動用戶的語音，所以其干擾性不是太強。
下面將結合附圖，通過優選實施例來解釋本發明，在附圖中

圖1說明了一種數字移動通信系統；圖2的框圖示出了采用不連續傳輸的移動臺的原理；圖3的框圖示出了本發明的回波抑制器的原理，所述回波抑制器已置于圖1所示的移動網變碼器單元TRCU中；以及圖4和5的框圖說明了圖3中回波抑制器的操作。
本發明可以應用于采用數字語音傳輸和語音編碼技術以降低傳送速率的任何移動通信系統中。
一個例子是歐洲數字移動通信系統GSM(全球移動通信系統)。其基本結構和操作在ETSI/GSM建議中公開。在上述GSM建議和“The GSMSystem for Mobile Communications”，M.Mouly，M-B.Pautet，Palaiseau，Frarce，1992，ISBN2-9507190-0-7一書中可以找到GSM系統的更詳細的描述，此處將其列出以資參考。
下面將以GSM系統為例描述本發明。但是本發明并不局限于此。
圖1簡要地示出了GSM系統的一些基本元件。移動業務交換中心MSC負責交換來話和去話，它所執行的工作類似于公眾電話交換網(PSTN)的交換機。它還完成移動通信所特有的任務，比如用戶位置管理。移動無線臺，即移動臺MS通過基站系統BSS連接到MSC。基站系統由基站控制器BSC和基站BTS組成。
GSM系統是完全數字化的，語音和數據傳輸也完全數字化進行。目前在語音傳輸中使用的話音編碼是RPE-LTP(定期脈沖激勵-長期預測)，它同時采用長期和短期預測。編碼產生了LAR，RPE和LTP參數，它們代替實際語音被傳輸。在GSM建議06章中公開了語音傳輸，尤其在建議06.10中公開了語音編碼。在不久的將來可能還能采用其它編碼方法，比如半速率方法。因為本發明與實際語音編碼方法不相關，并不取決于后者，所以此處不再進一步描述語音編碼方法。
移動臺當然必須有語音編碼器和語音解碼器以進行語音編碼。移動臺如何實現對本發明并不重要，它與標準沒有什么不同。下面將結合圖2針對不連續傳輸(DTX)描述移動臺的結構和操作。
移動通信系統固定網一側的不同語音編碼功能一般集中在變碼器/速率適配單元TRCU。TRCU可以根據生產廠商的需要放置于許多可選的網元中。變碼器單元的接口是對移動業務交換中心MSC提供64Kbit/s PCM(脈碼調制)接口(A接口)，而對基站BTS提供16或8Kbit/s的GSM接口。在GSM建議中對這些接口也使用術語上行方向和下行方向，上行方向是從MS到MSC的方向，而下行方向是其相反方向。
如果變碼器單元TRCU位于BTS的遠端，則在BTS和TRCU之間通過所謂的TDAU幀傳送信息，TRAU幀在GSM建議08.60中定義。在這些幀中傳送LAR，RPE和LTP語音編碼參數，以及不同的控制比特，包括上述DTX模式的控制比特。但是TRAU幀對本發明而言并不重要，此處不再予以進一步關注。
不連續傳輸DTX不連續傳輸，或DTX是一種在語音暫停期間可以中斷無線路徑傳輸的方法。這旨在降低發送機的功率消耗，后者對移動臺而言極其重要，并降低無線路徑上的總干擾值，這對無線系統的容量產生影響。
圖2的框圖示出了采用正常傳輸模式和不連續傳輸模式DTX的移動臺的原理。在發送端，麥克風21將聲音轉換成電信號，并輸送到語音編碼器22。語音編碼器22例如通過RPE-LTP方法產生語音參數，例如LAR，RPE和LTP參數，傳送到TXDTX處理器23，不管麥克風產生的信號中是語音還是僅有背景噪聲，TXDTX處理器23每次都以正常傳輸模式前轉這些語音幀，從而將語音編碼到較低的速率。這些語音幀被傳送到無線單元24，后者包括一個收發信機和無線路徑所需的其它元件和功能。無線單元24將這些語音幀以射頻上行信號的形式通過無線接口發送到基站BTS。
基站可以發送命令以要求移動臺切換到DTX模式。當MS處于DTX模式時，話音行為檢測模塊VAD25判明麥克風信號的語音參數包含語音還是僅有背景噪聲。VAD功能在GSM建議6.32中定義，它主要基于對信號能量和頻譜變化的分析。VAD25生成一個VAD標識，其狀態指示信號包含語音(VAD＝1)還是僅包含背景噪聲(VAD＝0)。如果VAD標識＝1，負責在發送端進行不連續傳輸的功能，即TXDTX處理器23(發送DTX)發送正常語音幀。如果VAD標識＝0，則TXDTX發送SID幀(沉寂描述符)，后者包含接收端生成舒適噪聲所需的背景噪聲信息。發送的幀中控制比特中標識SP(語音)指示它是正常語音幀還是SID幀。如果VAD標識的狀態變為零，即信號中沒有檢測到語音，則在計算背景噪聲參數所需的預定數量幀之后，將語音幀轉換成SID幀。無線單元24在上一個語音幀之后發送一個SID幀(SP＝0)，之后終止無線路徑傳輸。但是TXDTX處理器23不間斷地繼續生成含有噪聲信息的SID幀，傳送到無線單元24，后者將這些幀中的一個前轉到無線路徑以修改接收端的噪聲參數。這些修改噪聲參數的SID幀此后稱為舒適噪聲修改幀，即CNU幀。之后當VAD25從語音編碼器22的參數中檢測到語音時，它將VAD標識設置成值1，其結果是TXDTX處理器23重新啟動語音幀的連續傳輸(SP＝1)。
TXDTX處理器23根據編碼器22所生成的語音參數生成代表背景噪聲的參數。TXDTX處理器23從正常語音參數中選出提供背景噪聲值和頻譜信息的那些參數，即LAR系數和描述語音幀字塊最大值的XMAX參數，作為噪聲參數。對應于四個語音幀時長的均值進一步由這些參數組成。每一語音幀包含四個XMAX參數，從中計算出對應于四個語音幀時長的一個共用值。這些噪聲參數以上述方式通過SID幀傳送到無線路徑。因此，并不是通常傳送的所有參數都被傳送，其部分參數被替換成由零組成的SID代碼字。其它不必要的參數也被編碼成值零。舒適噪聲的生成在GSM建議06.12中描述。
移動臺MS的接收機的原理如下。無線元件24從基站BTS接收射頻下行信號，從所述下行信號中分離的下行幀輸送給負責在接收端進行不連續傳輸的RXDTX處理器(接收DTX)。如果移動臺處于正常傳輸模式，則RXDTX處理器27將接收的語音幀前轉給語音解碼器28，后者進行接收參數(例如LAR，RPE和LTP參數)的語音解碼。在接收機(揚聲器)29中解碼語音信號轉換成聲信號。如果移動臺MS處于不連續傳輸模式(DTX)，根據從無線單元24接收的幀是一個正常語音幀還是一個SID幀，RXDTX處理器27以不同方式對其進行處理。RXDTX基于幀的SP標識判定幀類型。如果接收幀SP＝1，則RXDTX27將這些語音幀前轉給語音解碼器28。如果幀SP＝0，RXDTX27切換到某個狀態，在該狀態下它基于接收的噪聲參數生成包含舒適噪聲的語音幀。每次RXDTX接收到一個新的SID幀，它修改生成舒適噪聲所用的參數。語音解碼器28通過產生一個信號來解碼“包含噪聲”的語音幀，前述信號由揚聲器或接收機29轉換成類似于發送端所產生的背景噪聲。這樣在DTX模式下避免了由背景噪聲所承載的語音和完全沉寂之間的起伏，后者會使收聽者覺得很不舒服。除了上述元件，MS當然還包含一個回波消除器以衰減回聲。
圖3的框圖說明了位于固定無線網絡一側，例如圖1所示的變碼器單元TRCU中的語音編碼單元。圖3的框圖僅示出了解釋本發明所必需的功能和元件。此外，語音編碼器和變碼器可以包含許多其它功能，諸如TRAU幀的處理，速率適配等等。
圖3的上部示出了發送端，或下行方向的功能單元，它們是語音編碼器32，VAD35和TXDTX處理器33。這些單元的結構和操作實際上類似于圖2中移動臺的語音編碼器22，VAD25和TXDTX處理器23。但是在這種情況下，語音編碼器32的輸入是來自移動業務交換中心(A接口)的64Kbit/s數字語音信號。語音編碼器32將信號31編碼成語音參數(例如通過RPE-LTP方法)，后者通過語音幀傳送給TXDTX處理器33。如果在下行方向上采用正常傳輸模式，TXDTX33將所有語音幀傳送到位于基站BTS的無線單元。如果在下行方向上采用不連續傳輸模式DTX，則如同上面針對移動臺MS所描述的，根據VAD標識的狀態發送語音幀或SID幀。VAD35根據信號31中是否含有語音，將VAD標識的狀態設置成1或0。TXDTX33設置語音幀SP標識＝1，SID幀SP標識＝0。此外，根據本發明，TXDTX33生成一個SP2標識，向回波消除器30指示下行方向上的話音行為，下面將對此，予以描述。SP2標識的狀態與不連續傳輸模式下SP標識的狀態相同。如果TXDTX33處于不連續傳輸模式，SP2標識值的計算與不連續傳輸模式相同，在該情況下，根據本發明的回波消除不需要下行DTX。
圖3的下部示出了上行方向上的各個接收單元，即RXDTX處理器37和語音解碼器38，其操作和結構實質上類似于圖2中的RXDTX處理器27和語音解碼器28。RXDTX處理從基站BTS到達的上行幀，向移動業務交換中心MSC發送語音解碼器產生的數字64Kbit/s信號39。如果接收幀的SP標識為1，則不連續傳輸模式RXDTX37向語音解碼器38提供帶有語音參數的幀，如果接收幀的SP標識為0，則提供帶有舒適噪聲的幀。
在圖1和2中已經解釋過，PSTN用戶2的語音在下行方向上傳送給移動臺MS，并在揚聲器3或29中作為聲信號重現，它可能以回聲的形式傳播到麥克風4或21，并與上行信號一起返回到PSTN用戶2。該PSTN用戶將聽到他自己語音的回聲。就已知方法而論，總是試圖通過回波消除器在移動臺中衰減該回聲。取決于該回波消除器的質量，發向移動網的上行信號仍將包含一些殘余回波。
根據本發明，通過一個回波抑制器消除從移動臺返回的回聲，該回波抑制器置于移動網一側，而不是象現有技術解決方案那樣置于移動臺中。根據本發明的回波抑制器可以放置于網絡中不同的可選位置，諸如基站，基站控制器或移動業務交換中心。在本發明的一種優選實施例中，已在變碼器單元TRCU中實現了回波抑制器，該變碼器單元可以放置于上述網元中的任意一個。在變碼器單元中的實現特別有利，因為本發明可以利用現有的變碼器單元方案，并且容易得到回波抑制器所需的語音編碼參數。
在本發明優選實施例中，利用在變碼器單元TRCU和移動臺MS中工作的VAD和DTX功能。在本發明中，監視下行信號31中是否出現語音。如果在下行信號31中檢測到語音，則以舒適噪聲代替從移動臺MS接收的上行信號。
在圖3中，用虛線劃分出本發明的回波消除器30。在該實施例中，回波抑制器的操作需要利用上行方向的不連續傳輸DTX。實際上所有時間都要使用上行DTX，但是根據本發明優選實施例的方法僅在使用上行DTX時才被激活。回波抑制器30的操作由控制單元301控制。RXDTX處理器提供控制單元301-4CNU標識和多個CNU參數。CNU標識指示所討論的幀是一個舒適噪聲參數修改幀(CNU幀)，即合法SID幀。CNU參數是CNU幀所包含的舒適噪聲修改參數。此外，分離出描述噪聲值的參數XMAX提供給控制單元301。控制單元301的第四輸入是來自TXDTX處理器33的SP2標識。控制單元301的輸出是輸送給舒適噪聲產生器302的強制舒適噪聲插入(FCNI)參數，輸送給FCNI選擇器303的FCNI標識和輸送給增益控制器304的GAIN信號。FCNI產生器302根據FCNI參數生成一個包含舒適噪聲的FCNI幀。該FCNI幀輸送給選擇器303的第一輸入端。從RXDTX處理器的輸出中輸送一個語音/SID幀給選擇器303的第二輸入端。選擇器303根據該FCNI標識的狀態，將語音解碼器38的輸入切換成FCNI幀長或語音/SID幀長。解碼器38解碼的語音信號通過增益控制304輸送到輸出39。根據GAIN信號的狀態，增益控制304的增益是例如0dB或-6dB。在通話重疊情況下使用衰減(例如-6dB)。可選地，也可以完全忽略增益控制，而不會對本發明的回波控制器的操作產生任何影響。
下面將結合圖4和5的框圖解釋圖3控制單元所執行的回波消除算法。
在圖4中，步驟400中控制單元301監視下行方向上是否出現話音行為。如果標識SP2＝1，則下行方向上正處于不連續傳輸模式，或者在下行DTX模式下發送語音幀。如果SP2＝0，則下行信號不包含語音。
如果在步驟400中SP2＝1，則在步驟401中設置定時器TNORM。定時器TNORM測量從發送上一個下行語音幀以來經過的時間。該定時器保證僅當下行方向上發送上一個語音幀之后經過預定時延才終止強制舒適噪聲的生成。適當地選擇該時延，以允許上一個語音幀所引起的回波從移動臺返回回波抑制器。換句話說，該時延至少等于從回波抑制器到移動臺MS并返回的系統時延和傳輸時延之和。
在步驟402，檢查定時器TSUPR是否為零。定時器TSUPR測量從下行方向上發送第一語音幀以來經過的時間。定時器TSUPR將第一語音幀回波從移動臺MS返回回波抑制器的時刻稍前的時刻確定為生成舒適噪聲的開始時刻。定時器TSUPR的時延最好比在回波抑制器和移動臺MS之間往返的系統時延和傳輸時延之和稍小。
如果在步驟402中定時器TSUPR不等于零，則進行到步驟403，如果定時器TSUPR＝0，則進行到步驟405。
在步驟403中檢查是否已設置了強制舒適噪聲插入(FCNI)。如果是，則進行到步驟405。如果不是，則進行到步驟406。在步驟406中控制單元301檢查RXDTX處理器37的CNU標識是否＝1，即接收上行幀是否是一個舒適噪聲修改(CNU)幀。如果接收幀是一個CNU幀，則在步驟407中修改FCNI參數。如果不是CNU幀，則直接進行到結束。如果在步驟400中標識SP2＝0，則在下行方向上沒有出現語音。因此進行到步驟408，設置上述定時器TSUPR。在步驟401中檢查定時器TNORM是否已到時(＝0)。如果定時器TNORM已到時，則從前一個下行幀發送以來已經過的時間已足以使該語音幀的回波返回回波抑制器。在該情況下，可以終止舒適噪聲的生成。這在步驟410中執行，其中通過信號GAIN將增益控制的增益設置成0dB，并終止舒適噪聲的生成(FCNI清零)。此外，通話重疊模式定時器TDBLT清零。下面將更詳細地描述TDBLT。它從步驟410進行到步驟406。
如果步驟409給出的結果是定時器TNORM沒有到時，則上一個語音幀的回波還沒有返回到回波消除器。因此在步驟411中檢查是否已設置了FCNI。如果是，則進行到步驟405。如果不是，則進行到步驟406。
步驟405包含圖5中流程圖所描述的方法的各個步驟。
圖5示出了激活強制舒適噪聲生成FCNI和檢測通話重疊的方法的各個步驟。通話重疊是指下述情況將下行信號解釋成語音(標識SP2＝1)，并且上行信號值非常高，從而上行信號也可能含有語音。因此，本發明的回波抑制器也在下行信號中出現語音時監視上行信號值。根據描述信號值的接收語音幀的語音參數計算該上行信號值最為容易。在GSM系統的RPE-LTP語音編碼方法中，這些參數由XMAX參數表示。在大多數現代語音編碼方法中已采用了類似的參數。如果需要，也可以根據解碼語音樣本計算上行信號值，但出于下述原因它通常還需要一個第二解碼器。本發明的思想在于，在可能的回聲返回期間生成背景噪聲，后者在每一時刻都與移動臺工作環境中的背景噪聲具有類似的強度和頻譜質量。為了在強制舒適噪聲FCNI生成期間能夠根據樣本值監視上行信號值，接收參數必須在一個單獨的解碼器中解碼，因為如果同一個解碼器使用兩次，則可能產生干擾聲。類似的方案可以是在FCNI期間監視描述上行信號值的參數，并基于它們判定通話重疊。在圖5的實施例中，基于XMAX參數的使用進行通話重疊檢測。
參看圖5，控制單元301將從語音/SID幀得到的XMAX參數累加(步驟500)，每一個幀擁有4個這樣的參數。控制單元301隨后在步驟501比較XMAX參數之和與可調閾值thresh。如果和值小于閾值，則上行方向上沒有語音，沒有出現通話重疊情況，因此在步驟502測試所討論的幀是否是一個舒適噪聲修改(CNU)幀。如果是一個CNU幀，則更新該可調閾值thresh。因為在呼叫期間和呼叫之間背景噪聲情況可能變化很大，所以需要可調閾值。因此如果使用一個固定上行閾值，很難僅憑基于該值的比較，區分強回聲或背景噪聲還是實際語音。在一次正常通話期間，當一方正在說話時，另一方則保持沉默。這樣，當上行DTX處于活躍狀態時，如果背景噪聲具有相對穩定的特性，則變碼器TRCU接收舒適噪聲參數修改值。可以假定接收的舒適噪聲修改值描述了當前的背景噪聲值，在該情況下也可以在它們期間修改可調閾值thres。該修改后的閾值是例如一個CNU幀的XMAX參數之和加上一個特定常量，低于該閾值的偏離背景的回波假定是恒定的。從步驟503進行到步驟504。
如果在步驟502中檢測出所討論的幀不是一個CNU幀，則直接進行到步驟504。
在步驟504中檢測定時器TDBLT是否已到時(＝0)。定時器TDBLT測量從檢測到前一次通話重疊以來的時間，它在步驟510中設置，下面將予以解釋。在通話重疊之后阻止舒適噪聲的生成，直至已經過定時器TDBLT所確定的時延。這是基于下述事實通話重疊期間語音沉寂序列(通常是無話音聲和開始序列)的值保持低于閾值thres。因此上行語音將被不時中斷。可以通過在啟動FCNI之前加入一個單獨的時延TDBLT來防止這個問題。如果在步驟504沒有消除定時器TDBLT，則進行到步驟511。如果在步驟504中已清除了定時器TDBLT，則進行到步驟505。
在步驟505中，通過信號GAIN將增益控制304的增益設置成值0dB。
之后，在步驟506中檢測是否已接收第一CNU幀。這是為了確保回波消除器30已修改了它所用的舒適噪聲參數。如果沒有接收到第一CNU幀，則進行到步驟515，從該步驟返回到圖4的步驟406。如果步驟506已收到第一CNU幀，在步驟507中設置舒適噪聲生成狀態FCNI。換句話說，控制單元301向FCNI生成器302輸送FCNI參數，根據這些參數生成器302生成一個包含強制舒適噪聲的幀，并輸送到選擇器303的第二輸入端。此外，控制單元301激活一個FCNI標識，從而選擇器303選出這些FCNI幀作為語音解碼器38的輸入。一旦在步驟507中激活了強制舒適噪聲(FCNI)的生成，則進行到步驟515。
如果在步驟501中和值XMAX大于閾值thres，則是一次通話重疊的情況，其中在下行和上行方向上都出現語音。因此進行到步驟508其中檢查所討論的幀是否是一個CNU幀。如果是一個CNU幀，在步驟509中修改閾值thres，之后進行到步驟510。如果步驟508中所討論的幀不是一個CNU幀，則直接進行到步驟510。因此步驟508和509執行的修改完全類似于前述步驟502和503。
在步驟510中設置定時器TDBLT。上面已解釋了該定時器的功能。之后，進行到步驟511，清除FCNI狀態。所述狀態可能已在步驟507中設置。清零意味著FCNI標識被清除并中斷FCNI幀的生成。這樣，選擇器303將從RXDTX處理器37接收的幀傳送給語音解碼器38。
在步驟512檢查是否接收了第一舒適噪聲修改(CNU)幀。如果沒有接收到第一CNU幀，則在步驟513中將增益控制304的增益設置成值0dB，之后進行到步驟515。
如果在步驟512已經接收到第一CNU幀，則在步驟514中將增益控制304的增益設置成值-6dB。因此可以通過衰減整個上行信號來衰減通話重疊情況下的可能回聲，從而也衰減了實際語音。從步驟514進行到步驟515。
在本發明的一種可選實施例中，利用上行信號可以在回波消除器中產生噪聲參數。在這種情況下，回波抑制器的操作并不需要上行DTX模式。可以例如通過附加編碼器和TXDTX處理器來實現舒適噪聲參數的生成。編碼器將解碼器38的輸出編碼成語音參數，TXDTX處理器將這些參數轉換成噪聲參數。這些噪聲參數為控制單元301提供CNU參數輸入。回波抑制器最好僅包括生成噪聲參數所必需的編碼器和TXDTX處理器部件。
回波抑制器也可以放置于移動網中語音編碼器(變碼器)之后。在這種情況下，本地生成舒適噪聲，例如與前一實施例相同。利用一個特定檢波器檢測下行方向上的話音行為。除了在下行方向上發送一個未編碼信號31之外，該檢波器可以例如通過話音編碼器32，VAD35和TXDTX處理器33來實現。
盡管以上僅參照特定實施例解釋了本發明，但顯然上述解釋僅通過例子來進行，在不偏離后附權利要求書中提出的范圍和精神的前提下，可以對以上公開的實施例進行變化和改進。
權利要求
1.一種消除數字移動通信系統中的回聲的方法，在該系統中上行方向是從移動臺到固定移動網的方向，而下行方向是其相反方向，該系統的無線路徑上采用語音編碼方法，該方法包括下述步驟通過移動臺中的回波消除器，消除上行信號中出現的下行語音的回聲，其特征在于，如下消除固定移動通信系統中上行方向上從移動臺返回的下行語音殘余回聲在移動網中監視下行方向上的話音行為，監視是否出現通話重疊情況，如果在下行方向上檢測到話音行為，則在預定時延之后用噪聲取代移動網中的上行語音信號，如果在下行方向上檢測到話音行為結束，則在預定時延之后終止用噪聲取代移動網中的上行語音信號，如果檢測到通話重疊情況，則阻止用噪聲取代上行語音信號。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述噪聲是類似于移動臺工作環境中背景噪聲的舒適噪聲，該方法包括步驟，在傳輸期間將語音編碼成較低傳輸速率的語音編碼方法的語音參數，至少在上行方向上采用不連續傳輸，其中，a)在語音暫停期間中斷從移動臺到無線路徑的傳輸，以特定間隔傳送包含背景噪聲信息的舒適噪聲參數，b)在上行方向語音暫停期間利用所述語音編碼參數，在移動網語音解碼器中生成舒適噪聲。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，監視通話重疊的所述步驟包括在下行方向話音行為期間比較上行信號值和一個閾值，如果上行信號值超過所述閾值，則檢測到通話重疊情況。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，基于從上行方向接收的語音參數，確定上行方向上的所述信號值，并表征該信號值。
5.根據權利要求3或4的方法，其特征在于基于從舒適噪聲修改幀中接收的語音參數修改所述閾值，并表征噪聲值。
6.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，在移動臺中分析移動臺工作環境的背景噪聲，在移動臺中生成表征所述背景噪聲的舒適噪聲參數，從移動臺向移動網發送所述舒適噪聲參數，如果在上行語音信號中檢測到下行語音信號回波的出現，則基于從移動臺接收的所述舒適噪聲參數生成取代所述上行語音信號的噪聲。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于，在通話重疊情況下衰減出局上行信號。
8.一種在數字移動通信系統中消除從移動臺返回的回聲的設備，前述系統采用參數化語音編碼方法以降低無線接口的傳輸速率，該移動臺包括衰減回聲的回波消除器，其特征在于，該設備是放置于移動網一側的回波抑制器，用于消除移動臺回波消除器的殘余回波，該回波抑制器包括一個下行話音行為檢測器(35)，其上行方向是從移動臺(MS)到固定移動網的方向，而下行方向是其相反方向，一個通話重疊檢測器(301)，裝置(302，303)用于在下行方向上檢測到話音行為時，在預定時延之后用噪聲取代上行語音信號。
9.根據權利要求8的設備，其特征在于，所述噪聲是類似于移動臺工作環境中背景噪聲的舒適噪聲，以及所述取代裝置(302，303)用于在檢測到下行話音行為之后的預定時延后，開始生成舒適噪聲，所述取代裝置(302，303)用于在檢測到下行話音行為結束之后的預定時延后，終止舒適噪聲的生成。
10.根據權利要求8或9的設備，其特征在于，所述取代裝置包括一個舒適噪聲生成器(302)，生成包含類似于移動臺工作環境中背景噪聲的噪聲的語音幀，一個具有第一狀態和第二狀態的選擇器(303)，在第一狀態中它選擇從移動臺接收的語音參數作為語音解碼器(38)的輸入，而在第二狀態中它選擇舒適噪聲生成器(302)所生成的語音參數作為語音解碼器的輸入，如果在下行方向上檢測到話音行為，則在預定時延之后選擇器(303)從第一狀態切換到第二狀態。如果在下行方向上檢測到話音行為結束，則在預定時延之后，選擇器(303)從第二狀態切換到第一狀態，如果檢測到通話重疊情況，所述通話重疊檢測器(301)，強制選擇器(303)切換到第一狀態。
11.根據權利要求8的設備，其特征在于，所述噪聲是類似于移動臺工作環境中背景噪聲的舒適噪聲，以及在移動臺中進行舒適噪聲的分析，并生成舒適噪聲參數，以及基于從移動臺接收的舒適噪聲參數，在回波抑制器中生成舒適噪聲。
12.根據權利要求8，9，10或11的設備，其特征在于，回波抑制器(30)位于變碼器單元(TRCU)中。
全文摘要
本發明涉及在移動通信系統中消除移動臺產生的回聲的一種方法和裝置。根據本發明,在移動網一側放置回波抑制器以消除移動臺回波消除器的殘余回聲。因為從移動臺返回的下行語音可能作為回聲附加在上行信號上,所以該回波抑制器包括一個下行話音行為檢測器(35)。如果檢測器(35)檢測到下行語音,選擇器(303)中斷向語音解碼器(38)提供上行信號,并提供來自生成器(302)的噪聲取而代之。舒適噪聲的頻譜特征和密度在每一時刻都類似于移動臺工作環境中的背景噪聲。在檢測到話音行為之后的預定時延后開始生成噪聲,而在檢測到話音行為結束之后的預定時延后終止噪聲的生成。
文檔編號H04Q7/32GK1187271SQ96194651
公開日1998年7月8日 申請日期1996年6月7日 優先權日1995年6月8日
發明者吉里·蘇瓦寧, 奧利·基爾拉 申請人:諾基亞電信公司