CN101047750A - 基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法及装置，所述装置包括VOIP网关，无线收发处理单元，在该单元与VOIP网关的中央处理单元之间实现互通的命令接口以及实现话音模数转换的编解码单元。所述方法包括步骤：所述VOIP网关在互联网一侧接收或发送VOIP信令消息；所述无线收发处理单元发送或接收移动通信网一侧的无线呼叫信令；建立端到端的呼叫；进行话音传输。采用本发明，可以充分利用现有商用和技术上已成熟的互联网和全球移动通信网，以低投入的方式快速实现全球VOIP移动通信，从而降低全社会的通信成本和提高经济效益，具有突出的可操作性。

Description

基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法及装置

技术领域  本发明涉及电通信技术，特别涉及数字信息在不同类型交换系统网络之间传输的方法与装置，尤其是涉及基于互联网和移动通信网的话音传送。

背景技术  传统话音业务是通过电路交换网络，例如PSTN来传输语音信号的，它所要求的传输带宽为64kbit/s。二十世纪六十年代美国贝尔实验室等单位提出了蜂窝系统的概念和理论；七十年代半导体技术成熟，大规模集成电路、微处理器和表面贴装工艺得到广泛应用，使得蜂窝系统复杂的控制系统，包括移动台控制得以实现，从而为建立蜂窝移动通信网提供了技术基础。

率先使用的GSM蜂窝移动通信网是对传统话音业务的一次革命。该通信系统主要是由交换网路子系统(NSS，Network Switching Subsystem)、无线基站子系统(BSS，Base StationSubsystem)和移动台(MS，Mobile Station)三大部分组成。构成该系统的网路包括交换系统和基站系统。交换系统包括HLR(Home Location Register)、MSC(Mobile SwitchingCenter)、VLR(Visitor Location Register)、AUC(Authentication Center)和EIR(Equipment Information Register)等功能模块，以及交换系统与基站系统、其它网路(包括PSTN、ISDN，数据网及其它PLMN)之间的接口单元；实现如下的功能：客户状态的周期性登记，初始化，客户位置更新、切换、寻呼，MS主叫、MS被叫、释放、主要接续流程等。GSM的频率复用技术可以大大提高频率利用率，从而增大系统容量；网络智能化可实现越区转接和漫游功能，从而扩大客户服务范围。时分多址(TDMA)帧结构、空间分集、时间色散和均衡、基站与移动台间的时间调整、话音编码、信道编码、交织技术、跳频技术、保密措施等技术的应用使电信业务近乎完美。尤其是引入SIM卡技术后，使无线电通信跳出不保密的禁区，只要客户手持一卡，即可走遍世界。

CDMA蜂窝移动通信几乎是和GSM同时被提出来的，但由于该系统的稳定工作是以高速、精确的功率控制技术为前提，当时难以攻克。直到QUALCOMM公司提出方案解决了这一难题：通过测量移动台和基站的接收功率，并采用开环和闭环相结合的功率控制方式来命令移动台调整发射功率，使输出功率电平在移动台维持适当性能的条件下达到最小。这样，一方面减轻了移动台对其他用户的干扰，另一方面有助于克服信道衰落，使CDMA码分多址技术的应用成为可能，并由此拉开了CDMA数字蜂窝移动通信系统蓬勃发展的序幕。

近年来，互联网(Internet)技术得到了飞速发展与广泛应用，基于其核心技术---IP(Internet Protocol)协议的物理体系从而占据了数据网络架构的统治地位。目前，电信网IP业务已占电信数据业务的95％以上，可以说数据承载网业务已基本IP化。随着IP技术框架中汇聚网络的研究发展和VoIP(Voice Over IP)技术的提出，传统的话音业务渐渐与数据网络通信业务相融合。电信网传统电话业务中的长途电话70％以上已经使用IP电话。因此，网络的宽带化、IP化成为整个电信网发展的必然趋势。发展和完善VoIP技术以全面取代传统的话音业务则成为当前的一个研究热点。

所述VoIP技术是以基于路由器的IP分组交换网络为传输平台来实现话音通信的一项技术。语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络传送、IP分组解包和数字语音还原到模拟信号等过程。语音拾取端的VOIP网关实现语音信号的模/数转换、编码压缩、打包转换为IP数据流等处理，将语音数据放在可变长的数据包或分组中，每个数据包附带寻址和控制信息，从而可以通过网络一站一站地发送到目的地。目的地VoIP网关对所接收IP数据流的处理包括：去掉寻址和控制信息，保留原始被加载的语音数据，并将它提供给解码器，转换回到模拟语音信号。介于双端VOIP网关之间的IP传输网络可以是IP路由器和网络链路的任意组合，网络链路可以是支持IP数据流的任何拓扑结构或访问方法。等效地说，在一数据通道中，全部网络被视为一个输入端接收并在一定时间内将语音包传送到输出端的设备；该网络中的同间节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并利用这个信息往目的地路径上的下一站转发该数据报。

所述VOIP技术的最大优势在于，由于对话音信号采用各种先进的语音编码方案(目前主要采用ITU-T G.711，G.723，以及G.729)，它所需要的传输带宽仅为8kbit/s～12kbit/s，远小于传统电路交换网络64kbit/s的传输带宽。由于相关硬件、软件、协议和标准的发展突破，VoIP技术很快在固定网络中得到应用，并朝着功能和互操作性更强、更有效的实现目标进一步前进。

3G系统的发展趋势之一是网络全IP化，主要是指核心网络和用户端的IP化，重点表现在网络结构IP化、协议IP化和业务IP化，承载、控制和业务分离，这样网络将更加灵活。由于传统话音业务的便捷，3G系统中话音业务仍然是最主要和比重最大的业务。实现用户端的IP化，不仅仅是实现用户端集成分组数据业务，更重要的一点是实现话音在无线接入上的分组交换承载。因此，以无线VoIP技术来实现在无线通信网络，诸如WLAN和UMTS中的端到端话音IP传输也顺运而生，并将成为未来3G的主流话音技术。发展该技术一方面能节省带宽，提高频谱利用率；另一方面可以向用户提供话音和数据统一的接口和平台。

Wi-Fi和WiMAX作为现阶段无线VoIP技术的代表，已在全球范围内展开角逐。WiMAX可以被设计成在公用无线频段，或需要执照的无线频段上工作。它可以用更大频宽、更多时段与更强功率进行传输。一般来说，只有无线ISP(Internet Service Provider)业者才能使用授权频宽的WiMAX技术，一般传输功率大约100千瓦。Wi-Fi则只设计成在公用频段中的2.4GHz～5GHZ之间工作。美国联邦通讯委员会(FCC)规定它的一般传输功率为1～100毫瓦，仅是WiMAX的一百万分之一。因此毫无疑问，WiMAX基地台的传输距离会比WiFi基地台的大。但因为Wimax跟Wi-Fi都是基于无线频段传输的技术，所以受同样的物理定律限制，如果将WiMAX跟Wi-Fi一样放在未授权频段，则这种传输优势马上就会因为频宽竞争而消失。

Wi-Fi最新的MIMO理论上有每秒108mbyte的最高传输速度，在实际环境下也有45mbps的速度。而WiMAX的产品至今却尚未出现，要谈论WiMAX的实际频宽还是太早。未来这两种技术将会和其它无线网络技术相互补，使无线联机方式更有行动力、更方便。

上述现有技术的不足在于：无线ISP业者运用WiMAX或Wi-Fi技术建置无线VOIP基站时，若系统传输覆盖的范围较大，将遇到现今普遍存在的频宽竞争难题，即同一个频道中，会有较多的使用者同时竞争同样的频宽；若系统传输覆盖的范围较小，却又需要加大基站的建置密度，从而加大系统成本。因此，在全球移动用户数量呈高速增长的今天，频宽竞争与服务质量(Quality of Service)管控的问题制约了这些技术的进一步成熟运用。虽然已经有人谈论将WiMAX加上QoS机制，以供VoIP使用，虽然已经有人将Wi-Fi技术加在手机上做成双模手机在市场上推广使用，然而实际的使用效果与实际的经济效益仍旧有待观察。

发明内容  本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法及装置，使ISP业者在保障原有投入和充分发挥原有设备功能优势的前提下，能迅速融入先进的VOIP技术，增加业务收入，从而降低整个社会运作成本，同时满足一般移动用户的使用习惯和以低廉话费享受网络语音的期望。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：GSM移动通信系统是基于传统的电路交换，而VOIP采用的是基于IP数据报的分组交换，两者交换方式的不同决定了相互之间不能直接互通，因此，若要充分利用并以现有VOIP终端技术和GSM终端技术为基础，必须采用一种物理连结配置的方法，使两个不同网络系统实现互连互通，即配置后的装置在Internet一侧发送和接收VOIP信令消息，在移动通信网一侧(以但不限于GSM系统为例)处理GSM呼叫信令消息，装置能正确理解GSM呼叫信令和VOIP消息并在二者之间作出相应的翻译。为了降低实现成本，可利用现有的GSM收发模组来实现移动通信，用RS-232串口来传递AT命令集以实现双网互通。

作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，尤其是，包括步骤：

A.设置基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，该装置包括VOIP网关；

B.所述VOIP网关在互联网一侧接收或发送VOIP信令消息；

C.所述装置由无线收发处理单元发送或接收移动通信网一侧的无线呼叫信令；

D.所述装置基于互联网和移动通信网建立端到端的呼叫；

E.所述装置一一对应转换通过互联网传输的IP数据流与通过移动通信网传输的模拟话音信号。

上述方案中，所述步骤D建立呼叫的过程中，所述装置将所述VOIP信令消息与所述无线呼叫信令相关联，并在所述VOIP网关与所述无线收发处理单元之间进行相应的命令传输。

上述方案中，所述关联的结果是生成相应的AT命令，并通过RS-232串口来传输。

上述方案中，所述步骤D的呼叫建立包括步骤：

a.所述装置接收来自互联网主叫的VOIP信令消息，或接收来自移动通信网主叫的无线呼叫信令；

b.所述装置处理所述VOIP信令消息或无线呼叫信令，并产生相应的送往所述无线收发处理单元或VOIP网关的命令；

c.所述无线收发处理单元或VOIP网关发送对应的无线呼叫信令或VOIP信令消息；

d.重复步骤b或c若干次，若检测到被叫已摘机的信令或消息，则呼叫建立；否则，呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。

上述方案中，所述装置的存储单元存储有若干黑白名单，从而步骤b的处理中，仅对符合条件的用户进行后续呼叫建立操作；否则呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。

作为实现本发明构思的技术方案又是，提供一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，包括VOIP网关，该VOIP网关包括实现数字话音信号和IP分组信号转换的中央处理单元、用来连接互联网的网络接口，以及介于并在该中央处理单元和网络接口之间转接IP分组信号的协议物理单元，尤其是，所述装置还包括无线收发处理单元，收发通过移动通信网承载传输的模拟话音信号；编解码单元，将所述模拟话音信号转换成数字话音信号送往所述中央处理单元，或将来自所述中央处理单元的数字话音信号转换成模拟话音信号送往所述无线收发处理单元；所述中央处理单元和无线收发处理单元之间实现互通的命令接口。

上述方案中，所述无线收发处理单元包括GSM收发模组或CDMA收发模组。

上述方案中，所述VOIP网关还包括语音处理单元和话机接口，介于并在所述中央处理单元和PSTN电信网之间实现数字话音信号与模拟话音信号的转换。

采用上述各技术方案，在代表无线VOIP技术的WiFi和WinMAX还不能大量商用时，可以充分利用现有商用和技术上已成熟的互联网和全球移动通信网，以低投入的方式快速实现全球VOIP移动通信，尤其能满足ISP和手机用户对已投入成本的保值要求。从而降低全社会的通信成本和提高经济效益，在现阶段具有突出的可操作性。

附图说明  图1是本发明装置结构框图

图2是本发明VOIC或VOIG网关的结构框图

图3是本发明装置中央处理单元的电连接图

图4是本发明VOIG网关移动通信侧的电原理图

图5是本发明装置GSM主叫的语音通信流程图

图6是本发明装置互联网主叫的语音通信流程图

具体实施方式  下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。本文中，移动通信网可以是GSM网，也可以是CDMA网或其它。为叙述方便，将本发明基于互联网和GSM网传送话音信号的装置简称为VOIG网关，或将基于互联网和CDMA网传送话音信号的装置简称为VOIC网关。

图1示意了本发明装置的结构。它作为一台独立的物理设备，包括VOIP网关，该VOIP网关至少包括实现数字话音信号和IP分组信号转换的中央处理单元、用来连接互联网的网络接口，以及介于并在该中央处理单元和网络接口之间转接IP分组信号的协议物理单元。该VOIP网关语音处理方面充分运用中央处理单元的运算能力，进行包括遵循ITU-T G.711，G.723，G.729标准的语音压缩、回音消除，以及SIP，或H.323协议栈的信令处理。本装置的移动通信侧包括无线收发处理单元，用来收发通过移动通信网承载传输的模拟话音信号；以及编解码单元，将所述模拟话音信号转换成数字话音信号送往所述中央处理单元，或将来自所述中央处理单元的数字话音信号转换成模拟话音信号送往所述无线收发处理单元。为了在中央处理单元和无线收发处理单元之间实现互通，还包括一个相应的命令接口，传送二者之间的相关命令。

图2是以VOIG或VOIC为例的本发明实施例。所述无线收发处理单元可以采用现有的GSM收发模组或CDMA收发模组，比采用分立元件更易于实施。为此，可以适配所述模组，将所述命令接口设置为RS232串口，所述相关命令采用AT命令集。该实施例中的VOIP网关可以根据所采用的协议物理单元，分别接驳WAN广域网或LAN局域网。所述VOIP网关还包括语音处理单元和话机接口，介于并在所述中央处理单元和PSTN电信网之间实现数字话音信号与模拟话音信号的转换。所述话机接口为RJ11接口，包括X口或O口。这样为本发明装置提供了整合性网关的附加功能，即在停电和互联网络不通的情况下，本发明VOIG或VOIC网关还可作一般电话使用，基于移动通信网和PSTN网建立端对端的呼叫。

因此，基于现有互联网和移动通信网的本发明方法包括步骤：

A.设置基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，该装置包括VOIP网关；

B.所述VOIP网关在互联网一侧接收或发送VOIP信令消息；

其特征在于，还包括步骤：

C.所述装置由无线收发处理单元发送或接收移动通信网一侧的无线呼叫信令；

D.所述装置基于互联网和移动通信网建立端到端的呼叫；

E.所述装置一一对应转换通过互联网传输的IP数据流与通过移动通信网传输的模拟话音信号。

其中，所述步骤D建立呼叫的过程中，所述装置将所述VOIP信令消息与所述无线呼叫信令相关联，并在所述VOIP网关与所述无线收发处理单元之间进行相应的命令传输。当所述无线收发处理单元为GSM或CDMA收发模组时，所述无线呼叫信令为GSM或CDMA呼叫信令。可以将所述关联的结果设置为相应的AT命令，并通过RS-232串口来传输。因为GSM模组的AT指令集为已知技术，本说明书将不另行赘述。

所述步骤E包括两部分内容：所述VOIP网关的中央处理单元实现所述IP数据流与数字话音信号的转换；及所述装置的编解码单元实现数字话音信号与所述模拟话音信号的转换。所述编解码单元也可以进一步被无线收发处理单元所集成。

所述步骤D的呼叫建立可以包括步骤：

a.所述装置接收来自互联网主叫的VOIP信令消息，或接收来自移动通信网主叫的无线呼叫信令；

b.所述装置处理所述VOIP信令消息或无线呼叫信令，并产生相应的送往所述无线收发处理单元或VOIP网关的命令；

c.所述无线收发处理单元或VOIP网关发送对应的无线呼叫信令或VOIP信令消息；

d.重复步骤b或c若干次，若检测到被叫已摘机的信令或消息，则呼叫建立；否则，呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。

其中，所述装置的存储单元可以存储若干黑白名单，从而步骤b的处理中，仅对符合条件的用户进行后续呼叫建立操作；否则呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。具体如图5或图6的流程图所示例。

图5示意了GSM为呼叫方，互联网侧为被叫方的程序流程图。手机用户呼叫VOIG网关中GSM模组SIM卡上的号码，若手机号码未列入黑名单，或为被注册的白名单号码，则VOIG网关接受呼叫并通过GSM模组接收被叫号码，GSM模组将该呼叫请求以AT命令的形式通知中央处理单元，由该单元通过VOIP协议栈发起呼叫。中央处理单元接VIOP协议栈的信令消息，包括呼叫建立事件、回铃事件或呼叫未成功事件，并发送相应关联的AT命令给GSM模组，告知对方的状态。若GSM模组被告知对方已摘机，则呼叫建立，进行端对端的语音转换和传输。直到GSM模组接收到来自中央处理单元被叫对端挂机的状态命令，或GSM模组检测到主叫对端挂机的信令后，结束上述语音通话过程。

图6则示意了以互联网侧为呼叫方，GSM为被叫方的实施例流程图。VOIG网关的中央处理单元收到网络上的呼叫事件后，接受呼叫并接收被叫号码，若该号码未列入黑名单，或为被注册的白名单号码，则发摘机指令送往GSM模组，同时发送被叫号码；GSM模组随之发起呼叫，并将检测到的回铃信令或摘机信令转成相应的AT指令发送中央处理单元，由中央处理单元通过VOIP协议栈通知主叫方。当被叫摘机后，双方即可建立呼叫，进行端对端的语音转换和传输。直到模组接收到来自中央处理单元主叫对端挂机的状态命令，或GSM模组检测到被叫对端挂机的信令后，结束上述语音通话过程。

基于上述图5或图6的流程，还可以利用多个VOIG网关转接实现以互联网侧为呼叫方及被叫方，或GSM为呼叫方及被叫方的方案。在VOIG网关有人值守时，还可以实现以该网关为呼叫方或被叫方的操作，进而能实现三方通话。以图2话机接口连结普通话机或无绳话机为例，当手机用户通过VOIG网关呼叫VOIP电话，VOIG网关振铃被用户接通后，用户可以很方便保留其中一方来话，拨打另一方去话以实现三方通话。

图3示意了本发明装置中央处理单元的连接电路，该中央处理单元可以以卓群VOIP芯片CM5000为核心来搭建。图4是与图3对应的移动通信侧的电原理图，可以采用明基GSM模块M22作为无线收发处理单元，在CM5000和M22的MIC或EAR之间，采用华邦的W681310芯片来完成语音的模/数或数/模转换。CM5000的DSP串口和M22的串口相连接，DSP串口的驱动程序和相关软件按上述的软件流程相应调整和改动，从而完成GSM模块同VOIP通信的接续和控制。

本发明经实验验证，具有很强的可操作性，并将带来很大的经济效益。尤其可以以移动ISP的立场来设计VOIG网关，通过黑白名单支持其亲情号的销售策略，充分注意到手机用户的私密性和使用安全。

Claims (12)

1.一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于，包括步骤：

A.设置基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，该装置包括VOIP网关；

B.所述VOIP网关在互联网一侧接收或发送VOIP信令消息；

C.所述装置由无线收发处理单元发送或接收移动通信网一侧的无线呼叫信令；

D.所述装置基于互联网和移动通信网建立端到端的呼叫；

E.所述装置一一对应转换通过互联网传输的IP数据流与通过移动通信网传输的模拟话音信号。

2.根据权利要求1所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于：

所述移动通信网包括GSM或CDMA移动通信系统，相应地，所述无线收发处理单元为GSM或CDMA收发模组，所述无线呼叫信令为GSM或CDMA呼叫信令。

3.根据权利要求1或2所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于：

所述步骤D建立呼叫的过程中，所述装置将所述VOIP信令消息与所述无线呼叫信令相关联，并在所述VOIP网关与所述无线收发处理单元之间进行相应的命令传输。

4.根据权利要求3所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于：

所述关联的结果是生成相应的AT命令，并通过RS-232串口来传输。

5.根据权利要求1所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于，所述步骤D的呼叫建立包括步骤：

a.所述装置接收来自互联网主叫的VOIP信令消息，或接收来自移动通信网主叫的无线呼叫信令；

b.所述装置处理所述VOIP信令消息或无线呼叫信令，并产生相应的送往所述无线收发处理单元或VOIP网关的命令；

c.所述无线收发处理单元或VOIP网关发送对应的无线呼叫信令或VOIP信令消息；

d.重复步骤b或c若干次，若检测到被叫已摘机的信令或消息，则呼叫建立；否则，呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。

6.根据权利要求5所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于：

所述装置的存储单元存储有若干黑白名单，从而步骤b的处理中，仅对符合条件的用户进行后续呼叫建立操作；否则呼叫不建立，结束所述来自互联网或移动通信网的主叫。

7.根据权利要求1所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的方法，其特征在于，所述步骤E包括：

a.所述VOIP网关的中央处理单元实现所述IP数据流与数字话音信号的转换；

b.所述装置的编解码单元实现数字话音信号与所述模拟话音信号的转换。

8.一种基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，包括VOIP网关，该VOIP网关包括实现数字话音信号和IP分组信号转换的中央处理单元、用来连接互联网的网络接口，以及介于并在该中央处理单元和网络接口之间转接IP分组信号的协议物理单元，其特征在于：所述装置还包括

无线收发处理单元，收发通过移动通信网承载传输的模拟话音信号；

编解码单元，将所述模拟话音信号转换成数字话音信号送往所述中央处理单元，或将来自所述中央处理单元的数字话音信号转换成模拟话音信号送往所述无线收发处理单元；

所述中央处理单元和无线收发处理单元之间实现互通的命令接口。

9.根据权利要求8所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，其特征在于：所述无线收发处理单元包括GSM收发模组或CDMA收发模组。

10.根据权利要求8或9所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，其特征在于：

所述中央处理单元和无线收发处理单元之间的命令接口为RS232串口。

11.根据权利要求8所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，其特征在于：

所述VOIP网关还包括语音处理单元和话机接口，介于并在所述中央处理单元和PSTN电信网之间实现数字话音信号与模拟话音信号的转换。

12.根据权利要求11所述基于互联网和移动通信网传送话音信号的装置，其特征在于：所述话机接口为RJ11接口，包括X口或O口。

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