可远方编程的移动终端 本发明涉及移动或蜂窝电话中按照特定程序或协议进行的电话信号的数字信号处理，所述程序或协议用于控制话音/数据的压缩和扩展处理，以便在基站和移动站之间进行通信，更具体地说，涉及从基站向移动站传输从多个程序或协议中所选择的一个程序或协议。
移动电话可以以模拟或数字方式进行操作。数字操作方式可以使电话系统适应于通过从移动电路到基站的输出话音信号的压缩以及从基站到移动站的输入话音信号的扩展增加许多移动电话当中同时通信的数量。在提供这些功能的移动电话中的电路通常称为数字信号处理器(DSP)。为了维持这样一种压缩与扩展系统，要求所有和公共基站通信的移动电话都使用压缩和扩展的共同协议，按照国际标准例如用于建立压缩和扩展协议地IS95和IS96，通过使用码分多址联接方式(CDMA)，在现代峰窝式电话系统中容易实现这种通信。
在DSP的协议和相应的编程方法中经常进行改进。这种改进包括例如用于在给定的传输带宽中改善话音质量的采样技术以及信号采样的处理。此外，有一种选择带宽传输方法，利用这种方法电话用户可以选择一个较大的传输带宽，这对音乐或其它规格的传输可能是有用的。还有，在将来的DSP的电话方案中可能会发生变化，以帮助压缩与扩展功能的实现。另外，在由各个制造者生产的产品中DSP电路的结构可能会改变。
上述情况带来的问题是，需要使移动电话的操作特性适应现已存在的或将来提出的不同的协议。然而，在现在的移动电话中，以及在现在的蜂窝电话系统中，这种适应性是没有的，因而蜂窝电话必须按照特定的协议操作。
按照本发明，通过提供一种能够利用所需的不同协议和程序操作的蜂窝电话系统和其中的移动电话，可以解决上述问题并获得其它优点。从而使移动电话适用于用任何数量的协议和程序进行操作。这大大有利于移动电话的制造，因为制造者不再受DSP电路的特定形式的限制。而且，本发明的自适应特点允许各个基站的电话用户试用不同的协议，从而可以进行用户调查，以便确定最理想的协议。
本发明所依据的事实是，现有的DSP电路包括和用来存储记录的话音/数据信号的存储器共同操作的计算机以及能够识别话音图形的比较和校正电路。例如，在压缩处理中，话音图形包括可被丢掉从而获得压缩并可被重新插入以使获得扩展的量复的分量。通过使用带有乘法器和加法器的延迟元件，可以在时域内实现数字滤波。具体地说，注意到这样的事实：存在作为电路的所需的硬件，这些硬件用于实现大量的压缩/扩展处理，而每个处理由计算机的合适的程序完成。
本发明是这样实现的：在基站存储候选协议的各种程序，其中包括各个单独的程序，以便适应于由各个制造者生产的DSP中的辅助电路和各种计算机。尚未被编程的并要被用户使用的电话通过控制信道向基站发送请求程序的数字字。数字字还包括电话中的DSP的类型识别，从而使基站可以选择对特定的DSP合适的程序。响应所述请求，基站向移动电话发送一个程序，使DSP按照由通过公共基站进行通信的许多移动电话采用的协议进行话音/数据信号的压缩和扩展。该程序被存储在各个移动电话中。在程序要被改变的情况下，基站就命令在其服务区域中的电话接收新的程序，然后发送用于代替在各个移动电话中先前存储的程序的新程序。
例如，在由移动电话使用这种上级装入的程序的情况下，在高业务量间隔期间，可能对带宽有严格限制，使其适应可能在白天发生的峰值需求。然而，在夜晚业务量较低并且由于通信的保真度与/或速度的改善，可以分配给用户较大的带宽。压缩方式与可利用的带宽有关，因而它应当相应地根据基站的指令改变，从而适应窄的白天带宽和宽的夜间带宽。这种协议的改变可通过在每个高低业务量时间的开头向移动电话发送一个新的程序来实现。另外，如果需要，移动电话可以根据基站的指令利用程序之间发生的转换存储两个程序。这种转换的另一个例子是移动电话从市区基站的高业务量服务区运动到郊区基站的低业务量服务区的情况。
在下面结合附图所作的说明中对本发明的上述方面和其它特点进行解释，其中：
图1是在各个基站的控制下具有多个服务区的蜂窝电话的示意图，每个服务区具有多个移动站；
图2是可按照本发明编程的在移动站的电话电路的方块图；
图3是以特定方式说明与可利用的带宽有关的话音压缩的一种可能方式的4个图；以及
图4是以特定方式说明适用于无线电话系统的话音压缩的另一种方式的4个图；
出现在附图的不同的图中的相同的标号代表不同图中相同的元件，而在所有附图的说明中不再说明。
图1表示蜂窝系统10，具有多个基站12，用于为网孔14表示的各个服务区服务。移动电话站16位于每个网孔14内，并通过各个基站12在任何一个网孔14内进行通信。位于不同网孔14中的移动站16之间的通信包括各个网孔14的基站12之间的信号传输。这种通信可以通过位于地球上的通信链路或通过围绕地球的卫星实现。一般地说，移动站16是一个车载蜂窝电话。不过，本发明也应用于电话的蜂窝型式位于固定位置的站中的情况，例如在不可能具有电话线路的远方地区。
在各个移动站16的电话被认为在发话信号的发送期间通过话音压缩并在来话信号的接收期间通过话音扩展能够进行数字通信。虽然本发明参照话音信号进行说明，但是，应当理解，其它形式的信号例如数据和音乐信号也可以通过系统10进行通信。现代蜂窝电话包括DSP(下文说明)，其中具有用于执行话音信号的压缩和扩展功能的电话，这两种功能通过在DSP内的计算机的帮助实现，所述计算机按照特定的压缩/扩展协议操作压缩和扩展电话。其中的协议可以规定采样话音信号的特定方式，也可以规定压缩信号的输出带宽。例如，在高的电话业务量的情况下可以利用相当窄的带宽，从而使系统10适用于在总带宽的限制下进行大量电话通话的通信任务。相反，在电话业务量相当低的情况下，可以对压缩的话音信号分配较宽的带宽，而仍然保持对系统10的总的带宽限制。
电话业务量的高低取决于一天内在任一网孔14中的时间，也取决于地区的性质，例如网孔14内的城区或郊区。本发明提供改变在任一网孔14内的电话中的协议的能力，从而适应由电话业务量而具有的压缩信号带宽的限制。例如，两个网孔14A和14B表示具有相当低的通信业务量的郊区，而第三网孔C位于具有相当高业务量的市区。一个移动站16A正在郊区网孔14A向市区网孔14C运动。两个网孔14A和14C的基站12可以正用同一协议操作，或正用不同协议操作，以便利用网孔14A和较宽的可用信号带宽和网孔14C的较窄的可用带宽。较宽的带宽对传输的话音信号提供高的保真度是有利的，而网孔14C的较窄的带宽对允许大量的同时电话通信是有利的。因而，在网孔14A和14C的基站12之间的站16A的转移中，按照本发明，在需要改变协议的情况下，系统10必须能够进行这种改变。相反，从网孔14A向网孔14B的移动站16B的运动涉及不要求改变操作协议的转移，这是因为这两个网孔14A和14B都是低业务量的郊区。
图2说明在图1的每个移动站16中使用的蜂窝电话18的结构。在图2中，蜂窝电话18包括编译码器20，基带信号部分22和RF(射频)部分24。麦克风26通过编译码器20中的模数(A/D)转换器28和基带信号部分22相连，扬声器30通过编译码部分20n中的数模(D/A)转换器32和基带信号部分22相连。A/D转换器28和D/A转换器32被公共时钟34驱动。天线36和RF部分相连，用于通和无线电链路38和一个基站通信。
RF部分24包括发送机40，多路复用器42，接收机46，调制器46，解调器48以及载波振荡器50。在RF部分24的操作中，来自基带信号部分22的去话压缩话音信号通过发送机40和多路复用器42和天线36耦连，以便向基站12传输。从天线46接收到的基站12的压缩信号经多路复用器42和接收机44加于基带信号部分22。基带信号部分22的输出的压缩话音信号在经发送机40发送之前通过调制器46在振荡器提供的载波上调制。由接收机44接收到的信号借助于振荡器50提供的载波参考信号经解调器48解调，从而向基本带宽信号部分22提供解调的话音信号。基带信号部分22具有声码器52，用于提供压缩去话话音信号以及扩展来话话音信号的功能。声码器52包括压缩器54，扩展器56和计算机58。计算机58形成压缩器54和扩展器56的一部分，但被示为独立的元件以利于电话18的说明。声码器52的电话以单独的单元即DSP60提供，其中还包括用于存储来自A/D转换器28的采样信号串的输入存储器62和用来分析存储的采样信号串从而获得话音信号特性的分析器64。这些特性被计算机58在通过压缩器54实现话音信号的压缩时使用。
基带信号部分22还包括第一程序存储器66，一个选择的第二程序存储器68，用于在两个存储器66和68之间转换的开关70，编码器72，加法器74和操作开关70的解码器76。在分析话音信号波形的各个方面的过程中计算机58按照在存储器66中存储的计算机程序中的预定协议使用分析器。协议还控制计算机58和压缩器54的协同操作，以便选择要被加于压缩器54的信号波形的采样和进行压缩的算法。
各种压缩方式都是公知的，不需要为理解本发明而在此详细说明。在和压缩互补的方式中，扩展器56扩展来自远方移动站的数字话音信号，以便使其恢复。转换器28用来提供在麦克风26处接收的话音波形的每秒数字采样的足够的数量，从而使在远方移动站能复制话音波形，按类似的方式，扩展器56提供足够数量的接收的话音波形的数字采样，从而使转换器32能够再现高质量的模拟话音信号。时钟34用于向计算机58输入时钟信号，用于和转换器28和32的操作同步地操作计算机58以及DS60的其它部分。
在基带信号部分22内还包括控制器78，用于控制电话18的基本的熟知的操作方式。这些操作方式包括响应通过和控制器78相连的键盘80输入的拨号启动电话呼叫，在和控制器78相连的显示器82上进行瞬发显示和其它信息的显示，并响应由远方移动站发出的来话电话呼叫。实际上在本发明中还有许多要被使用的其它附加功能。其中的一个是通知基站12在DSP60中使用的电话的具体类型，借以使基站12上级加载适用于DSP60操作的程序的版本。该程序通过被存储在存储器66中进行上级加载。
在存储器66中没有存储程序的情况下，或在电话18的用户通过键盘80表示希望使用提供不同协议的程序的情况下，或在电话18的RSSI84向控制器78发出信号表示相邻的一个网孔14(图1)的信号强度比本网孔14中的信号强度强的情况下，则计算机58被控制器78命令向基站12输出请求以改变协议。该请求通过使用编码器72执行，编码器72对一个字进行编码，所述的字具有代表该请求的第一位以及代表在DSP60中电路的类型的第二组位。由编码器72输出的字通过加法器74被加于DSP60的输出信号上。加法器74使编码器72的输出信号和压缩器54的输出信号错开，从而使得在由计算机58提供的合适的时隙中通过电话18的控制信道向基站12发送要求改变协议的请求。
协议的改变也可以由基站12启动，例如按照一天中的特定时间改变带宽分配。在每种情况下，不论改变协议的请求在移动站16发出或者在基站12发出，基站12都要发送一个可由译码器76识别的指令字，表示要发生协议的改变。译码器76可以响应在解调器48的输出端接收信号信道中的各个数字帧字中所含的各个标记或指针，这种标记是熟知的。通过检查这些标记，译码器76向计算机58表示在接收信道上存在控制信号或话音信息。
根据由译码器76发出的要执行改变协议的通知，计算机58通过控制器78向显示器82提供信息，提醒电话用户有一短暂的延迟以便改变协议。利用当前可利用的数字传输速度并利用在用于操作DSP的一般程序内所含的位的数量，可以在大约小于15秒的时间间隔内完成含有新协议的新程序的发送。因而，计算机58排空程序存储器66，并启动开关70，把解调器48的输出连接到程序存储器66上，以便把程序上级加载到存储器66中。在使用可以选择的第二程序存储器68的情况下，新的协议程序通过开关70被上级加载于第二程序存储器68中而不加载于程序存储器66中。在这种情况下，计算机58不清除第一程序存储器66，而使在存储器66和68中分别同时存储两个程序。此外，在新程序的上级加载期间，不需要由电话18中断电话的传输。
在完成在第二程序存储器68中新程序的上级加载后，计算机58简单地把程序读出从存储器66的读出转变，为存储器68的读出。在这种情况下，在一个稍迟要执行第三协议的时间间隔内，计算机58应该清除第一程序存储器66的内容，同时根据在第二程序存储器68中存储的第二协议继续DSP60的操作。在清除第一程序存储器66的内容之后，第三协议程序应被上级加载进入第一程序存储器66。用这种方式，可以实现大量的协议替换与改变而不中断电话通信。这在移动站的转移的情况下尤其有用，例如在网孔14的相邻的网孔之间运动的站16A-C(图1)。
图3以特定方式表示由分析器64分析话音波形的处理中以及在压缩器54通过提取特定的采样压缩话音波形的处理中DSP60(图2)的可能进行的操作。应该理解，这只是一个用于说明话音压缩的简单例子，并且未必用于无线电话中。图3的第一个图表示在每个部分中话音波形的重复部分，准正弦分量86的幅值随时间的增加而改变，例如，幅值的改变呈现周期地减小，然后又返回其原来的值，接着继续减小幅值。减小的幅值的包络线以88表示。由A/D转换器28(图2)提供的采样部分90由在话音波形的准正弦分量86上的小点表示。例如，由转换器28和32(图2)共同使用的采样频率是8000Hz，每个采样用8位表示。这给出每秒64000位的总的速率。一个典型的传输带宽只允许每秒8000位，因而，压缩器54应当以每秒8000位的平均速率输出话音信号位。利用CDMS传输，波形中的位可用正弦波群信号(burst signal)发送后的跟着一个间歇，直到下一个正弦波群信号发送。
例如，如果准正弦分量86的基本频率为400Hz，分量86的周期为2.5ms。关于声波形的格式，有一在一个范围内延伸的准周期间隔，一般为20-40ms。这样，关于图3第一图的特定波形，可以认为包络88的周期特性延伸大约10个周期。以前述的每秒8000采样的速率，每个准正弦分量86的周期应当有20个采样点90。图3的第一图的波形，如采样点90所表示的，被存储在输入存储器62(图2)中，供分析器64访问。
按照可用于话音压缩的协议，可以提取分量86的选择周期。在第一图中，对于每个重复的包络88，有4个重复的分量86。在图3的第二图中，选择在包络88的每个重复内的第一和第四周期的可以选择的采样。这种选择能使包络88再现。从包络88的重复性质以及准正弦分量的基本恒定频率的观点看来，压缩协议可以规定跳过下三个重复的包络88，并规定在下一个重复的包络88继续进行分量86的采样。这里再次取分量86的第一和第四周期的采样，如图3的第二图所示。在分量86的4个周期中只取两个采样点相当于采样速率的平均值被2除。跳过下三个重复的包络88使得只检查在重复的包络88内的每4个波形中的一个。这使得平均采样速率再除以4，从而使平均采样速率减少到原来的1/8。从而使DSP60完成了上述的使采样速率减少到原来的1/8的要求。
在移动站的情况下，例如站16A(图1)要从网孔14C移动到网孔14A的情况下(图1)，站16A将经历前述的电话业务量的减少。这样，如上所述，网孔14A的基站便可以使用允许使可用带宽加倍的协议。在这种情况下，如图的第三图所示，将通过允许提取两倍的采样来执行协议。第三图表示以上限采样速率采样的一种可能方式。代替在一个重复的包络88内只对波形的第一和第四周期进行采样，第三图表示在一个重复的包络88内对波形的所有周期进行采样。
图3的第4周期表示用于使采样数加倍的另一种协议。在第4图中，在一个重复的包络88内对波形采样的方案和第二图中所示的相同。不过，在第四图中，在提取下一个采样之前只有一个重复的包络88被跳过。从而和第二图的采样方式相比在第四图的采样方式中的采样为它的两倍。第三图和第四图说明，为压缩话音波形可以采用多么不同的采样协议，同时对由压缩器54(图2)输出的信号又保持相同的平均采样速率或带宽。和已在图3的第四图已被说明的相反的操作由扩展器56(图2)完成，以便再现来自远方移动站16的来话信号。第二和第三图或第二和第四图说明在压缩/扩展协议中怎样的变化可以实现平均采样速率和所需带宽的建议。
图4的4幅图是说明话音信号压缩过程的另外的例子，这种处理适用于移动电话。第一图表示特定的话音波形，它基本上以所考虑的时间间隔为周期。波形的每个周期具有大的脉冲P，后面是一系列小脉冲S。第二图表示对上述波形进行处理，从而提供话音信号的2∶1的压缩。在第二图中具有基本上为周期性的波形，其中每个周期包括脉冲P以及其后的序列S，再后面是空白间隔B，它具有等于话音信号的一周期(第1周)的持续时间。空白间隔B不被发送，这使得减少被发送的数据量，从而完成话音压缩。第三图表示以4∶1的比进行的进一步压缩，其中用脉冲P后来跟着序列S再后面是两个空白间隔B代替话音信号的4个连续周期(第一图)。两个空白间隔B不被发送。第四图表示以8∶1的比率作进一步压缩，这是由脉冲P后来跟着序列S再后面是4个空白间隔B代替话音信号的8个连续的周期(第一图)实现的。4个空白间隔B不被发送。这样，利用图4的处理可以提供所需的压缩比。这种话音压缩处理可由DSP60使用。
应当理解，本发明的上述实施例只是为了说明而已，本领域技术人员可以作出许多改型。因而，本发明不限于这些实施例，而仅由所附的权利要求限制。