CN1765088A - 无线链路上终端间对话数据的通信 - Google Patents

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Abstract

公开一种在能够全双工传输对话数据分组的无线链路上，特别是蓝牙链路上，在时隙对(T1至T16)内，在交替的方向上进行对话数据信号通信，特别是语音信号通信的方法。在每个终端(A，B)上检测本地对话活动。检测从其它终端(B，A)发送的任何对话活动信号(VAD)。来自其它终端的对话活动信号(VAD)表示在其它终端(B，A)上检测到的本地对话活动。控制发送与接收以响应检测到的来自其它终端(B，A)的对话活动信号。控制接收与发送包括：如果从接收的对话活动信号没有检测到远程对话活动，就至少部分关闭终端(A，B)的接收装置；在没有检测到本地对话活动的情况下，至少部分关闭终端(A，B)的发送装置；以及如果从接收的对话活动信号中没有检测到远程对话活动，通过本地产生的舒适噪声信号在终端(A，B)上产生可听见的舒适噪声。

Description

无线链路上终端间对话数据的通信
技术领域
本发明涉及在无线链路上传送终端间对话信号。
背景技术
更具体地，本发明涉及在可以全双工传输对话数据分组的无线链路上传送终端间的对话数据。欧洲电信标准研究所(‘ETSI’)的蓝牙(Bluetooth)标准是这种无线链路的一个示例。蓝牙是一种使用射频(RF)收发机提供个人空间内点对多点无线连接的技术。蓝牙设计用于每单位成本低，且功耗低的语音与数据通信。为了达到成本与功率的目标，蓝牙将连接限制在10米的范围内(更耗电的版本可将作用范围扩大至100米)，同时提供723kbps的最大数据速率。通信可用于无线个域网(PAN)，以连接诸如便携电话，耳机/麦克风头盔，个人数字助理，计算机，打印机等。
这些应用中的一些包括对话通信，也就是说数据可不连续地从一个或两个终端向其它发送，并可在给定时刻为单向的或双向的。适用于本发明的一个典型对话通信示例为音频通信，特别是语音对话，但并不限制于此。
本发明特别适用于上述类型对话数据信号的通信，其中，对话数据分组在一对时隙内交替的方向上发送。该通信包括多个较短的时间段，每个时间段包括一组所述时隙，正如蓝牙传输中那样。专利说明书WO0241606与WO0205593描述了这种通用类型的通信系统。
蜂窝电话系统，例如全球移动通信系统(‘GSM’)，数字蜂窝系统(‘DCS’)和诸如宽带码分多址(‘WCDMA’)的‘第三代’系统也允许对话通信，但蜂窝电话间的信号通过基站传递，且这些系统不适用于无线局域网(‘LAN’)，也不适用于PAN。对话数据分组不是在多组时隙对中在交替方向上发送：对于GSM，DCS，WCDMA FDD，信号方向采用两个不同的频率：一个用于上行，一个用于下行；对于WCDMA TDD，上行与下行信号使用相同的频率，但时隙不是以相同长度的时隙对来进行管理。
实际上，存在将具有无线PAN或LAN链路的蜂窝电话与诸如头盔或处理设备的关联设备关联起来的需求，因此，通信在具有远程蜂窝电话的蜂窝电话系统中进行，且通过无线PAN或LAN链路被中继至关联的头盔或处理设备。
在任何便携应用中，电流消耗是一个极为迫切的问题。实现蓝牙或类似通信系统需要消耗电流并降低电池寿命，这在蜂窝系统中特别重要。第二个结果是必须设计电源管理单元，使其具有足够的最大电流容量(例如，由于蓝牙需要高达50mA至100mA的附加峰值电流)：这增加了电源管理芯片(die)大小。
出现的另一问题是：在无线PAN或LAN链路上发送的功率越大，就存在更多的风险对其它无线PAN或LAN(例如802.11.b LAN)或对其它蜂窝电话的发送和接收造成干扰。另外，将两个无线PAN终端间的对话数据分组流仅限制在有实际意义的对话数据分组也是有益的，以便向同一PAN的其它终端分配更多的带宽。
本发明解决这些和其它问题。
专利说明书US6269331说明GSM链路上的通信，在其中产生“舒适噪声”，也就是白噪声(有意向收听者提供舒适噪声，以使收听者感到呼叫仍在连接，而接收机中的绝对静默会使用户感到呼叫已中断)；在该专利说明书描述的系统中，检测到音频激活并发送舒适噪声参数块，而不是发送舒适噪声本身。该专利说明书并没有说明蓝牙或能够双工传输的类似链路，其在多个终端间在短于音素(phoneme)时间的时隙对中在交替的方向上发送对话数据分组，且没有使无线终端的电流消耗最小。
专利申请EP 1 261 176与WO 01 08426和ETSI出版号为XP-002098616的“Discontinuous Transmission(DTX)for Enhanced Full Rate(EFR)speech traffic channels”说明了使用话音激活的各种方法来增强用户舒适感或降低信道占用或充分利用传输信道的占用。然而，所述技术没有解决上述对话通信的所有问题，特别是没有解决在诸如蓝牙的通信链路环境中的问题。
发明内容
本发明提供一种方法和终端，用于如权利要求所述传送对话数据信号。
附图简介
图1为通信系统的示例示意图，其遵照基于蓝牙标准的本发明的一个实施例，
图2为使用蓝牙标准在公知的PAN/LAN通信系统中发送和接收HV2信号的图示，
图3为使用GSM标准在公知的蜂窝电话通信系统中发送和接收信号的图示，
图4为在PAN/LAN通信系统中发送和接收信号的图示，其遵照图1表示的基于蓝牙标准的本发明的实施例，
图5为作为示例的用于图1系统的蓝牙终端示意框图，其遵照本发明的实施例，以及
图6为作为示例的根据本发明另一实施例的通信系统示意图，其包括蜂窝电话链路和基于蓝牙标准的链路。
具体实施例方式
包括本发明一个实施例的系统的通用结构示于图1，包括蓝牙用户终端A和B，其包括各自的头盔，分别包括麦克风1和2与耳机(例如)3和4。终端A和B分别通过蓝牙接入点(Access Point)5和6进行无线通信，蓝牙接入点5和6间的通信由网络7完成。每个终端都是收发机，也就是说它们中的每一个都包括用于蓝牙链路的无线接收机和发射机。
作为示例，根据目前蓝牙标准的通信协议由图2表示。数据信号通过全双工传输在蓝牙无线信道上发送。数据分组在交替的方向上在例如T1至T16的时隙对中发送，通信的基本音素周期包括16个时隙对构成的组，每个时隙长为0.625ms。音素时间为时间间隔，其刚好短到不能为收听用户所分辩。
在诸如语音对话的对话通信中，当A向B讲话时，至多一个短暂的全双工时段后，用户B通常停止讲话并聆听A的讲话。设备A必须发送音频数据，具体为语音数据，且设备B接收这些音频数据，但实际上，在单向传输期间，在B-＞A时隙内，A没有必要启动蓝牙数据接收功能，B也没有必要启动蓝牙数据发送功能。
对于非对称A至B数据流(从A至B的单向数据流)，通常需要设备B通过NULL分组应答从A接收的分组；用这种方法，A蓝牙设备知道它是否可发送新分组或它必须重复前一个分组。然而，在话音蓝牙链路中，不应答语音分组，因为它们不能重复。因此，在B-＞A的时隙中，可以关闭B接收机和A发射机(反之亦然)。当头盔所有者(该头盔为A设备)说话时，下面的方案解释了这一点。
 话音活动检测A  话音活动检测B       下16个时隙的动作
话音 话音   A：Tx+RxB：Tx+Rx 全双工
无话音 话音   A：RxB：Tx+本地舒适噪声，如果头盔 B到A半双工
话音 无话音   A：Tx+本地舒适噪声，如果头盔B：Rx A到B半双工
为此目的，蓝牙设备A与B都集成了话音活动检测器，其检测本地蓝牙设备用户是否在讲话。通过在每个音素周期内，在终端A和B之间相互发送表示在对应的本地终端上检测到的本地对话活动的对话活动信号，话音活动检测在蓝牙设备A与B间同步。当仅在一个终端上检测到话音活动时，蓝牙链路(其具有全双工音频链路能力)被用作半双工话音蓝牙链路，从下一个音素周期开始，直到在另一个静默终端上再次检测到话音活动。蓝牙话音流由一种控制机制控制，其响应对话活动信号，通过在每个音素周期期间，在相同的时隙对内，周期性地发送和接收一次发送终端的状态，同步两个终端A与B的发送/接收控制。这样，当在终端A或B其中一个上无话音活动时，在下一个音素时间内的时隙对内不发射功率，这降低了冲突和干扰的风险，另外，通过使一个终端上的发射元件和另一个上的接收元件不工作，还降低了电流消耗。
GSM电话中包括话音活动检测器，且图3表示如何将静默插入描述符(‘SID’)分组8插入到GSM帧中。该GSM帧包括发送信道Tx与接收信道Rx，该SID分组包括在接收信道Rx中，以避免不得不发送白噪声舒适信号并因此减少编码器/解码器(‘编解码器’)的计算。即使在某个电话中没有话音活动时，该有效负载也不会降低，这是由于发送与接收分组是固定长度的；既没有减少所用带宽，也没有减少冲突或干扰；同时也没有使无线收发机的电流消耗降低，这是由于每个电话在整个帧期间保持发送和接收能力。
图4表示当A讲话而B接听时，将本发明的该实施例应用于蓝牙通信系统的方法：当接收到话音活动信号以同步终端A与B的控制后，蓝牙音频流由A流向B。不需要也不使用由B至A的蓝牙信道。A设备通过本地产生的白噪声来本地产生舒适噪声，使得A的用户在终端A没有从B接收到语音信号时感觉不到通信链路的中断。关闭B麦克风和关联的发射元件。
音频链路通过数据链路(例如，RFCOMM逻辑链路)控制，因此每个单元知道需要开启它自己的发射机的什么部分。每32*Ts＝20ms(Ts＝625μs，为蓝牙时隙)开启话音活动检测器。该音频信道活动采样速率为音素周期。在本发明的实施例中，话音活动信号仅通过其发射机是活动的终端来发送，如上所述，且接收终端不存在话音活动信号被解释为否定(‘无话音’)活动信号；然而，在图4所示的本发明另一实施例中，不活动的发射机在每个音素周期(20ms)中的一个时隙中重新活动，以发送否定(‘无话音’)活动信号。在从A至B的半双工传输期间，如图4中所示，终端A的发射机被激活以便发送，且终端B的接收机被激活以便在每对T1至T15中的第一个时隙接收。关闭(deactivate)终端A的接收机和终端B的发射机，使得在每对T1至T15中的第二个时隙期间不交换信号。在最后一对时隙T16期间，发送话音活动信号或多个信号，并用于在下一个音素周期内控制发射机与接收机的激活/关闭。
存在三种蓝牙无线音频链路(如在蓝牙1.1标准中说明)：
-HV1链路(高功率，高质量)
-HV2链路(中等功率，中等质量)
-HV3链路(低功率，低质量)
当将图4所示的本发明实施例应用于HV2或HV3蓝牙链路时，HV2或HV3音频链路由异步无连接链路(ACL)控制。使用该ACL发送VAD状态。理想地，它们用DM1(如在蓝牙1.1标准中说明)分组发送，由于包含了校对位，其为可靠分组。有效负载可短至60比特(5字节-有效负载头；VAD命令VAD结果-CRC16-通过2/3编码速率编码)当讲话蓝牙设备读取收听蓝牙设备的VAD状态时，它知道它是要切换至接收模式，切换至全双工模式(比较不常见的使用情况)，还是保持在发送模式。结果，该ACL链路用于控制音频流。
当将图4所示的本发明实施例应用于HV1蓝牙链路时，再一次地，该HV1链路由ACL链路控制，ACL链路由上面的堆栈层管理。然而，由于HV1链路需要蓝牙信道的全部带宽，因而没有可用时隙来发送音频流控制信息，因此，使用DV分组(如在蓝牙1.1规范中所定义)发送音频控制信息，其在同一个分组内(DV分组)合并了音频与控制数据。该音频字段没有用奇偶校验位保护，因此，在音频分组中存在潜在的错误。然而，以上数字处理(插值)可使这些错误的音频效应最小。
图5表示用于图1系统的蓝牙终端，包括连接的接收机11，用于从天线接收蓝牙信号，并向头戴式耳机12提供音频信号，和连接的发射机13，用于发送来自麦克风14的音频信号并通过天线发送蓝牙信号。话音活动检测器15在每个音素周期内检测来自麦克风14的音频信号并向发射机13提供检测器信号，发射机在ACL蓝牙链路上向与本地终端进行通信的远程蓝牙终端发送相应的本地话音活动信号。接收机11还检测在ACL链路上从远程终端接收的任何远程话音活动信号。控制器16响应本地话音活动信号和远程话音活动信号，并控制接收机11的电源17和发射机13的电源18。
控制器16通过控制接收机11和发射机13以音频分组的半双工传输方式进行通信来响应对话活动，其在终端(A，B)的第一个上发生，不在终端(B，A)的第二个上发生。在半双工传输期间，控制器16在不存在远程对话活动的情况下至少部分关闭接收装置，或在不存在本地对话活动的情况下部分关闭所述发送装置，以便降低功率消耗。关闭可包括切断接收机或发射机的至少部分电源。优选地，接收机在每个音素周期至少重新激活一次，以检查在ACL链路上从远程终端接收的任何话音活动信号。
本发明适用于通过蓝牙接入点5和6和网络7在两个简单蓝牙终端A与B间的通信，如图1实施例。对于有线网络，根据物理链路和逻辑通信链路类型，存在很多不同的流控制标准。例如，L1/N5/R2，海事卫星标准，TCP/IP，提供利于降低所需带宽的音频流控制方法。因为它们大多利用VAD方法(由于回声抵消所需的实现)，它们与文中详述的思路可协调工作。
然而，本发明还可适用于图5所示的情形，其中，至少终端B在另外的通路链路上与第三个终端C通信，终端B发送表示在第三终端C上产生对话活动的对话活动信号。这是当终端B和C包括蜂窝电话模块且终端B还包括参考图1所述类型的蓝牙模块的情况。
移动电话还包括VAD模块。它避免在暂停期间或当别人讲话时通过蜂窝电话网络传输静默帧。在本发明的优选实施例中，静默检测基于累积声音能量检测。利用通过数据信道进行信息更新来在远程与本地蜂窝电话间管理静默控制。在本发明的另一实施例中，静默数据被压缩并采用“SID“分组8发送，其包含静默持续时间信息，参考图3说明。
在本发明的这些实施例中，移动电话VAD与蓝牙无线头盔VAD是同步的(利用通过ACL数据链路发送的VAD状态信息)，以便于确定哪个设备产生静默和哪个设备产生话音。本地设备B当作远程设备与本地蓝牙设备间的音频网关。
在全双工模式中，每个设备发出并接收音频。没有网络优化。该模式并不常见(因为其假设每个用户都在讲话，而不听其它人)，除了它可在半双工模式转换中发生(当传输从C至B切换到B至C)。
当C对A讲话时，经过一段短暂的全双工时期，用户A停止讲话并收听。远程终端C在蜂窝电话链路上发送音频数据，且本地终端B接收该音频数据。本地终端B在蓝牙链路上发送音频数据，且蓝牙终端A接收该音频数据。那么，B没有必要在A至B的时隙中启动其蓝牙接收机，而是将其关闭，以响应B在从蓝牙链路上收到的对话活动信号中检测不到终端A的远程对话活动。同样，A没有必要在A至B的时隙内启动其发射机，而是将其关闭，以响应在终端A上检测不到本地对话活动。
反过来，当A向C讲话时，经过短暂的全双工时期，用户C停止讲话并收听。那么，A没有必要在B至A时隙内启动其蓝牙接收机，而是将其关闭，以响应A在从蓝牙链路上收到的对话活动信号中检测不到终端C的远程对话活动。同样，B没有必要在B至A的时隙内启动其发射机，而是将其关闭，以响应B在从蜂窝电话链路收到的对话活动信号中检测不到终端C的远程对话活动。
应该知道，当在全部使用相同通信标准(例如，蓝牙标准)的终端间进行通信时，所有终端间使用相同的活动过程进行同步。然而，在诸如参考图5所描述的情况下，其中，发生在不同链路上的通信采用不同的通信标准(例如，B与C间的链路采用蜂窝电话标准，A与B间的链路采用蓝牙标准)，使用不同的活动过程，且在一个标准中接收的话音活动信号用于产生将在另一标准中发送的话音活动信号，以在所有终端间获得同步。

Claims (16)

1.一种在无线链路上在终端(A，B)间进行对话数据信号通信的方法，其中，无线链路能够以全双工方式在一对(T1至T16)时隙内在交替的方向上传输对话数据分组，所述通信包括多个时间段，每个时间段包括一组所述时隙对，且所述终端(A，B)包括各自的接收与发送装置，用于处理分别从相应终端发送和在其上接收的所述对话数据分组，
其特征在于，分别在每个所述终端(A，B)上检测本地对话活动，从每个所述终端(A，B)向另一终端(B，A)发送表示本地对话活动状况的对话活动信号(VAD)，控制所述接收与发送装置以所述对话数据分组的半双工传输进行通信，以响应在所述终端(A，B)的第一个上而不在所述终端的第二个(B，A)上发生的对话活动，且在所述半双工期间至少部分关闭所述第一个终端(A，B)的所述接收装置和所述第二个终端(B，A)的所述发送装置，以降低它们的功率消耗。
2.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述接收装置与所述发送装置包括至少部分关闭所述接收装置与所述发送装置的电源。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，控制所述接收与发送装置包括在所述半双工传输期间，通过本地产生的舒适噪声信号来在所述第一个终端(A，B)上产生可听到的舒适噪声。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述对话数据分组不通过回传应答信号进行通信。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述对话数据分组包括语音信号与对应于音素周期的所述时间段的持续时间。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述对话数据分组在实质上与蓝牙标准一致的所述无线链路上，在所述终端间传送。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述对话活动信号(VAD)与所述对话数据分组不同。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中，在每个所述时间段内，在每个所述终端(A，B)上执行所述本地对话活动检测，且所述对话活动信号(VAD)在每个所述时间段内从每个终端向另一终端发送至少一次。
9.如权利要求8所述的方法，其中，对话活动信号从每个终端发送至同一时隙对中的另一终端，并控制下一时段的半双工传输方向。
10.如前述任一权利要求所述的方法，其中，至少第一个所述终端(B)与第三终端(C)在另一通信链路上通信，所述第一终端(B)发送表示在所述第三终端(C)上产生的对话活动的对话活动信号(VAD)。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在所有所述终端(A，B，C)间的同步中，使用相同的活动过程。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，在一个所述终端(B)和另一所述终端(A)间的同步中所采用的活动过程不同于在一个所述终端(B)和第三所述终端(C)间的同步中所采用的活动过程。
13.如权利要求10至13的任一项所述的方法，其中，所述另一通信链路为蜂窝电话链路。
14.一种用于如前述任一权利要求所述的方法中的终端，包括：用于处理所述对话数据分组的所述接收与发送装置；用于在能够全双工发送对话数据分组的无线链路上在一对时隙内在交替的方向上进行所述对话数据分组通信的无线链路装置，所述通信包括多个时间段，每个时间段包括一组所述时隙对；用于在所述终端上检测本地对话活动的对话活动检测装置；用于在每个所述时间段内从本地终端向所述其它终端发送表示本地对话活动的对话活动信号(VAD)的信令装置；以及响应发生在所述终端的第一个(A，B)上而没有发生在所述终端的第二个(B，A)上的对话活动的控制装置，用于控制所述接收与发送装置以半双工传输所述对话数据分组的方式进行通信，并用于在所述半双工传输期间，在不存在远程对话活动的情况下至少部分关闭所述接收装置，或在不存在本地对话活动地情况下至少部分关闭发送装置，以降低功率消耗。
15.如权利要求14所述的终端，其中，所述控制装置包括用于在所述半双工传输期间，至少部分关闭所述接收装置和所述发送装置电源的装置。
16.如权利要求14或15所述的终端，其中，所述控制装置包括用于在所述半双工传输期间，通过本地产生的舒适噪声产生可听到的舒适噪声的装置。
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