协调同一环路上的电话机或附件 【发明领域】
本发明一般涉及CPE(用户房屋设备)与CO(中央交换局)上交换机之间用户环路电路中的信令。具体地，它针对其中多个CPE连到用户环路电路的情况。
【发明背景】
除了诸如话音、数据或其他形式的信息的用户有效负载信号之外，用户环路电路传送在CPE与在CO的交换机之间进行交换的各种控制信号。这些控制信号(简称为本地信号或信令)根据广泛接受的信令协议生成并执行诸如振铃、检测摘机、挂机或线路忙状态等等的功能。近来，相当多的功能附加到那些现有的功能上以便提供新类型的用户服务。这些新服务包括呼叫应答、呼叫等待、呼叫转送和呼叫者识别，仅举这几个例子。
CLASS(常规本地区域信令服务)是当前正广泛被工业界接受的用于提供这广泛的服务的信令协议，这将在下面作为一个示例详细进行描述。CLASS中的控制数据格式是串行的、二进制的和异步的，调制是话音频带FSK，分别对逻辑1和0使用1200和2200Hz。图1表示CLASS数据格式的字段。每个数据字由8比特字节组成，每个数据字前面是开始比特(空格)和后面是停止比特(标记)，一字中总共10比特。在消息字中支持任一8比特字符的传输。告警信号由连续的标记的180比特(在挂机传输中)和80比特(在摘机传输中)组成，信道占用信号只在挂机传输期间出现，它由空格与标记交替的300个连续比特组成，以空格开始并以标记结束。传输速率是1200波特。
SCWID(自发呼叫等待指示)或呼叫等待呼叫者ID或摘机呼叫者ID是在用户对另一呼叫摘机地同时将呼叫等待呼叫者的识别号传送给用户的技术，用户随后能通过执行拍叉簧或“链接”选择与呼叫等待呼叫者谈话。这个特性是预计的并正使用CLASS实施的许多服务之一。在此申请中，由于缺乏合适的术语，SCWID在整个过程中用于表示使用摘机信令的这些特性。1993年11月16日授与Chaput等人的美国专利号5263084描述了一个典型的摘机信令技术的操作。
简单地，协议如下：当呼叫者在等待时，局交换机发送话音频带中的SAS(用户告警信号)音并随后发送CAS(常规告警信号)音。用户设备检测CAS音，并且如果它能接收另一CLASS或其他信息，则它给交换机返回一个ACK(确认)信号(DTMF音)。交换机随后以上述数据格式发送含有呼叫等待呼叫者识别号的FSK数据分组或任何其他信息。在从CAS到FSK数据分组结束的时间期间，用户设备使至用户的RX和TX路径静噪，以使它们将听不见或不可能破坏数据传输机制。
提出CLASS程序的Bell Core建议：装备SCWID的用户设备(电话机)应在收到CAS之后在将ACK发回给交换机之前检查环路上是否有任何摘机分机。如果交换机在预定时间间隔(例如，最大100ms)内没有从用户设备中收到ACK，则它将不发送含有呼叫等待呼叫者ID的FSK数据。在众知的安排中，装备SCWID的用户设备和附件监视环路上的DC状态，并且如果检测到分机，则不发送ACK给交换机。这意味着：如果分机摘机，则呼叫等待呼叫者ID或摘机呼叫者ID或其他摘机信令不工作。
应注意，虽然下面的描述主要涉及SCWID(摘机呼叫者ID)，但在ACK信号之后在终端与局交换机之间交换的FSK信号可用于发送除呼叫者ID之外的不同信息用于各种其他业务。
发明目的
因此，本发明的目的是提供用于协调活动的方法和设备，以便即使在同一环路上有摘机分机，摘机信令也能工作。
本发明的另一目的是提供用于指定CPE之一响应来自交换机的摘机信令的方法和设备。
本发明的还一目的是提供用于动态指定CPE之一响应来自交换机的摘机信令的方法和设备。发明概述
简而言之，本发明涉及包含在一端的多个电话机和在另一端的电话交换机的电话环路。在一个方面，本发明针对一种确认由电话交换机发送的用户告警信号的方法。此方法包括步骤：在电话呼叫期间指定多个电话机之一为主机并指定其余话机为属机和检测用户告警信号。此方法还包括根据一个或多个其余电话机所处的状态适当地响应用户告警信号的步骤。
根据另一方面，本发明针对利用电话环路连到电话交换机的电话机。本发明的电话机包括用于监视电话环路的DC状态的电路和用于检测由连到电话环路的交换机发送的用户告警信号的解调(demod)电路。此电话机还包括用于发送确认信号以响应用户告警信号的线路操作电路，以及用于在多于1个的电话机连到电话环路的时候指定多个电话机之一为主机并在此电话机指定为主机的时候启动线路操作电路的控制器。
附图简述
图1表示CLASS数据格式字段；
图2表示在一个或多个电话机在不同时间摘机时用户线路的典型DC状态；
图3是根据一个实施例的本发明的功能方框图；
图4用图表示其中线路电压变化放入相同时间范围中的一些典型情况的DC状态；
图5用图表示电压对时间的逐渐变化；
图6表示根据一个实施例拍叉簧的协调操作；
图7表示根据另一实施例在多于1个的分机摘机和它们协调拍叉簧信号时的线路电压；
图8是挂机并行话机检测(PSD)状态机；和
图9是摘机并行话机检测(PSD)状态机。
发明优选实施例的详细描述
如早先所述的，在众知安排中，用户话机监视环路上的DC状态，和如果检测到分机在使用，在它们收到SCWID信号(例如，CAS)时，它们不发送ACK给交换机，即使两个话机具有SCWID或类似摘机信令的能力。这表示：如果分机摘机，则呼叫等待呼叫者ID或摘机呼叫者ID或如此特性不工作。
图2表示在一个或多个电话机在不同时间摘机时用户线路的典型DC状态。通常在无话机摘机(空闲线路)时，线路电压约高于20V(电压A)，这取决于电池(通常或24V或48V，在后一情况中，电压A约为35V)。当单个话机摘机时，电压显著降到电压B(一般约10伏)。如果另一话机摘机(1EIU，分机在使用)，电压进一步下降，但远不及最初话机摘机时剧烈(即，线路电压中的％变化少得多)。这个电压是C并一般是约8伏。在同一线路上摘机的每个其他分机还使线路电压进一步下降，但以连续较小数量下降。在此说明中，这些DC电压(在两个或更多话机摘机时)一起称为EIU。还要注意，所有摘机的兼容设备这里描述为摘机分机或简单话机。也应注意：上面描述涉及电压变化，但环路中的电流呈现类似于电压变化的变化，在某些实施中，监视电流而不是电压。
本发明检测使用中的两个或更多话机的出现，并保证所有话机协调它们对来自局交换机的话音频带内信号的响应，以便能执行各种用户服务。
图3是根据一个实施例的本发明的功能方框图。这里应注意：此方框图仅包括涉及本发明的功能。这些功能能置入连到现有主机的附件中或能制作为用户房屋设备的一部分。也应注意：方框图中执行这些功能的单元因此可以是附件中独立的单元或重新编程的主机单元。
在图中，由线路电压监视模块12监视电话线路10的DC电压。此模块通过将DC电压与基准电压进行比较来测量DC电压，并使用模数变换器(ADC)产生数字信号来表示无分机在使用(NEIU)、分机在使用(EIU)、挂机、摘机等。在此实施例中每隔20ms读ADC一次并且微控制器14利用线路电压的读取来运行并行电话机检测SM(状态机)，ADC的实际读取在定时器中断的16个呼叫上完成。它每隔0．25ms中断一次并因此花费约4ms来读ADC。下面将详细描述状态机。
解调(demod)模块16包括解调CLASS消息中FSK数据的解调器，并且它也包括检测CAS信号音的CAS检测器。当解调模块接收FSK数据时，它异步地将此FSK数据发送给微控制器14。当此话机挂机并且没有分机在使用时，解调器总是工作的并且微控制器14准备解码CLASS消息。在振铃脉冲期间和一旦分机进入使用时，禁止解调器。当分机在使用时，由于期望CAS信号音表示SCWID数据即将出现，所以使CAS信号音检测器工作。在检测到CAS信号音之后，例如，150ms过去之后，微控制器根据分机是否在使用或者使解调器解码SCWID FSK数据或者指示线路操作模块18生成ACK信号。除了生成ACK信号之外，线路操作模块18执行DC断开、话音路径的静噪等。此图也还包括存储所有必要编程功能的EEPROM 20和键／显示器组合22的模块。
根据本发明的一个实施例，根据一组预编程的规则，装备SCIWD的电话机或附件能协调它们的活动，以便呼叫等待呼叫者ID(摘机呼叫者ID)或其他服务能工作并维持Bell Core的建议，即使存在有兼容类型的摘机分机。此组规则保证有生成ACK信号音的一个话机，这是因为如果有多于1个的话机利用ACK信号响应，则局交换机可能不能正确地检测ACK信号音。
当多个话机摘机时，每个必须指定为主机、属机或后备主机。当从局交换机中收到SCWID信号(例如，CAS)时，只有主机将通过生成ACK信号来确认。属机从不生成ACK信号。主机定义为第一摘机的话机。所有话机监视DC环路状态。图4表示其中线路电压变化放入相同时间范围中的一些典型情况的这些DC状态。如果在一个话机摘机时没有其他分机摘机，则这个话机是主机，否则此话机为属机。主机在它挂机时清除其主机状态。主机和属机状态在每个呼叫的基础上动态地加以指定。属机规则
ⅰ)如果一个话机摘机并且使用中的分机有效，则那个话机是属机。属机状态在每个呼叫基础上动态地加以指定。任何话机可以是属机。
ⅱ)在属机检测CAS时，它们必须移去它们的DC终端并且必须在约20ms内静噪话音路径，它们不必利用ACK进行响应。
ⅲ)它们必须监视环路AC状态和接收并显示包含呼叫等待呼叫者识别号或其他信息的FSK数据。
ⅳ)在成功接收FSK数据或超时之后，属机将重新建立它们的DC终端和话音路径。
主机规则
ⅰ)当主机检测CAS时，它必须静噪其话音路径并测量环路上的DC状态。如果没有分机出现(除主机自己之外)，则主机将利用ACK响应。主机确认CAS和FSK数据交换发生。这利用图4中线A表示。在这种情况中，由于在检测CAS时线路电压没有变化，所以主机检测不到EIU。
ⅱ)所有相同装备的摘机话机将是属机并将移去它们的DC终端和静噪它们的话音路径。主机由于在30处的线路电压变化而检测EIU。这利用图4的线B表示。
ⅲ)所有未装备的摘机话机或不兼容的摘机话机将不移去它们的DC终端。主机检测这个状态并且不以ACK进行响应。
后备主机(BUM)规则
(ⅰ)如果主机掉话而有两个或多个属机保留，则后备主机(BUM)必须利用ACK进行响应。BUM被动态地指定给最后成功的ACK话机。BUM可以是挂机或摘机的。BUM将只确认(ACK)是否没有主机。这可以由于主机在呼叫期间从不移去其DC终端而加以确定。
(ⅱ)BUM定义为已成功利用ACK响应的最后单元。在成功的SCWID呼叫之后，所有的单元更新它们的BUM状态。利用ACK响应的单元成为BUM。所有收到SCWID数据但不利用ACK响应的单元清除它们的BUM状态。BUM可以是挂机或摘机的。因此在话机摘机或挂机时，不设置或复位BUM状态。
(ⅲ)如果挂机BUM检测到CAS，则它检查环路上的DC状态。如果没有分机存在，则后备主机将通过重新加上DC终端来占用线路并利用ACK响应。如果摘机BUM检测到CAS，则它检查线路上的DC状态，如果除它自己之外没有其他分机存在，则它也将重新加上DC终端并利用ACK进行响应。摘机BUM随后将设置它的主机标志。图4中的线C表示BUM和属机的这些操作。大的上升38表示由BUM和所有属机移去DC终端。当BUM通过加上其DC终端重新占用线路时，线路电压再次下降。
ⅳ)所有相同装备的摘机话机将是属机并将移去它们的DC终端和静噪它们的话音路径。应注意，在图4的线A、B和C中，示出了小的电压上升32、34和36，表示在ACK之前在连接一个DC终端电路时DC终端电路的DC特性之间的差异。这是因为在要执行静噪或其他功能时，单独的DC终端电路有可能插在现有的一个电路的位置中。
ⅴ)如果在环路上有未装备SCWID能力和目前是摘机的话机，则它们将不移去它们的DC终端。在这种情况下后备主机将不利用ACK进行响应。
ⅵ)这个安排也将仲裁其中第一摘机单元是不兼容SCWID话机、两个或多个属机摘机和随后不兼容SCWID话机掉话的情况。而且如果第一摘机的话机是非SCWID话机，则假定它是所有其他话机的主机，即使它不能生成ACK信号音。图4利用线D表示这种情况。
如果在一个呼叫中有当作属机的不兼容的SCWID话机，则其他复杂性增加。主机必须检测这种情况并且不必利用ACK信号进行响应(以使未静噪的ACK／FSK不影响用户)。这由于所有属机在检测到CAS时移去它们的DC终端而得以解决。由于不兼容SCWID话机将不移去DC终端，所以主机能在检测到CAS之后查找EIU。如果EIU是真，则主机将不利用ACK进行响应。如果EIU不是真，则主机将利用ACK进行响应。
当一个话机摘机并开始监视线路电压时，不能保证保持在稳定电平上。如图5所示，事实上它可能上漂或下漂显著数量，换句话说，EIU门限漂移，这个逐渐变化必须进行监测和补偿。线路电压的显著下降表示分机在使用。当这个下降发生时，存储触发它的值。在话机触发无分机使用之前，线路电压必须上升超过这个值。微控制器和EEPROM能适当地加以编程来调整这种漂移，以使门限值恰当地变化。
如早些时候所描述的，如果有两个或多个话机在环路上使用，由于使用中的其余话机保持DC连接，所以不可能由任一使用中的话机拍叉簧(线路断开)。
根据另一实施例，本发明检测两个或多个在使用中的话机的出现，并使任一话机能够执行拍叉簧。简而言之，使用中的分机通过监视线路电压中的下降和变化加以检测(称为EIU，分机在使用)并且在一个话机进行拍叉簧时，所有使用中的话机协调它们的拍叉簧信号，以使局交换机能检测正确的拍叉簧信号。在一个实施例中。图3所示的线路操作电路包括拍叉簧或链接功能。
图6表示根据一个实施例的这个操作。在一组预置规则之下，希望进行拍叉簧的话机之一成为拍叉簧主机，所有其他的话机变为拍叉簧属机。拍叉簧主机是在其上面的称为FLASH键(也称为链接键或呼叫等待选择键)被按下以便执行协调的拍叉簧的话机。这里，应注意，本发明特性可实施为装备SCWID的电话机的一部分或能制作为连到现有主机的SCWID附机。因此，在附机情况中，如果在主机上按下FLASH或LINK键或如果按下它自己的FLASH或LINK键，则它能变为拍叉簧主机。
拍叉簧主机执行约140ms时长的同步脉冲或预链接，之后是约300ms时长的链接间暂停和随后是300-1500ms的线路断开。在50上，EIU消失约140ms的预链接的持续时间，随后它在52上再现约440ms。如果这发生，当EIU在54上第二次消失时，则使用中的所有话机在56上也链接，形成一个真正的线路断开。可称为链接分信号或预链接的第一拍叉簧信号向属机发信号：它们应拍叉簧。对主机生成的第二拍叉簧信号计时以便与所有属机中生成的拍叉簧信号一致。拍叉簧属机监视环路上的DC状态。如果它们看见持续约140ms的环路电压预定的增长、其后是约440ms的原始环路状态(链接间)、再之后是环路电压的上升边缘，则它们执行与主机执行的第二次拍叉簧一致的它们自己的拍叉簧。以这种方式，所有分机执行同时的拍叉簧，并且交换机实际上将看到600ms间隔的零环路电流。
当有多于1个的EIU时，这个过程也工作。参见图7，一旦分机在使用，则有比目前摘机线路电压高1／16的远程链接门限值。此图表示高于目前EIU1／16的两个门限值。当电压上升超过这个值并且随后计时特性说明超过时，所有话机知道需要执行链接，并且在电压第二次上升时它们自己执行一次。
随后是执行各种任务的并行话机检测(PSD)状态机(SM)，它负责确定是否有任何在使用的分机(EIU)并生成断开合适的EIU事件。它也有能力生成拍叉簧信号，即使分机在使用(如果分机有此能力的话)。它通过将链接与使用中的分机同步并通过在与它们生成拍叉簧信号相同的时间上进行链接来完成这个功能。这个状态机在4ms中断的中断时间上每隔20ms调用一次，这个状态机包含两组不互相作用的状态，一次只有一组状态有效，这取决于话机是处于挂机还是摘机状态。将控制分配给正确状态的码确定正确状态是否有效，而如果无效，则激活另一组，此分配码也保持由各状态使用的计数器。
参见图8，挂机PSD特别简单并利用5个状态来处理。有一个简单的门限值(对于48V电池为30V，对于24V电池为15V，二者均在EEPROM中)，线路电压连续地与此门限值进行比较。如果线路电压低于此门限，则假定分机在使用。Check Phone Cord(检查听筒软线)也在此SM中。如果电压降得特别低，在EIU低于2或3伏时，将EIU转换到Check PhoneCord。状态工作如下：
一旦话机挂机，则状态0变为有效。它仅确定分机是否在使用并将控制转到当前状态的状态1或2。这个状态也通过挂机空闲的附件建立当前路径。
状态1保持有效直至线路电压降至门限以下，在这种情况中它将控制转到状态3。
状态2保持有效，直至线路电压上升至门限以上，在这种情况中它将控制转到状态4。
状态3仅确定线路电压在某段时间内保持在门限以下并随后生成EIU事件和将控制转到状态2，否则它返回状态1。线路电压反跳的时间量由EEPROM中的一个字节控制。
状态4仅确定线路电压在某段时间内保持在门限之上并随后生成NEIU事件和将控制转到状态1，否则它返回状态2。线路电压反跳的时间量由EEPORM中的一个字节控制。
参见图9，摘机PSD更困难些，必须通过观察线路电压中小的相对下降来检测分机。进一步使事情复杂的是，远程链接必须在此状态中进行检测，远程链接基本上是EIU消失一段短暂的时间。摘机PSD SM也执行链接，即打算给分机也链接的机会的单条或多条链路的链接。状态工作如下：
一旦话机挂机，则状态5变为当前状态，它还将PSD活动延迟100ms以便使VCO有时间进行稳定。利用所有可用的信息，它随后进行分机是否在使用的最佳猜测，和将控制转到状态6或7。它也通过摘机空闲的附件建立当前路径。
在没有分机使用时，状态6是有效的。如果它检测到足够大的电压下降，则它将控制转到状态8。
当有一个或多个分机在使用时，状态7是有效的。如果它检测到电压上升超过记录的无EIU门限，则它将控制转到有效的状态9。如果它检测到可能是远程话机正在进行链接的电压小的上升(如果有多于1个的EIU，则这可能发生)，则它使状态12有效。
状态8仅确定在生成EIU事件之前线路电压在一段时间内保持低，并随后使状态7有效。如果线路电压没有在足够长的时间内保持低，则它将控制送回状态6，反跳时间在EEPROM中。
状态9仅确定线路电压在一段时间内保持高。如果它确定保持高，则它使状态6有效并生成NEIU事件，如果它降低，则它返回状态7，除非它落入链接时间事件窗内，在这种情况中将控制转到状态10。反跳时间和链接窗时间都在EEPROM中。
状态10在已检测到一个链接之后等待另一个链接，它在一段时间之后超时(在EEPROM中进行控制)并跳到输入状态5。如果检测到一个链接，则将控制转到状态11，在此状态执行链接。
状态11执行计时链接，并随后跳到输入状态5。链接的持续时间在EEPROM中。
状态12对小电压上升的持续时间进行计时。这可以是在有多于1个的EIU而其中只有一个进行链接时引起的。此状态对电压上升进行计时，和如果它落入链接窗中，则它将控制转到状态10，否则它跳到输入状态5。
状态13在话机执行链接时变为有效。此状态确定是否应该进行1个或两个链接(取决于EIU状态和超链接是否可以)。如果只有一个链接是必要的，控制退到状态11，否则此状态执行一个链接并随后将控制转到状态14。
状态14控制两个链接之间的时间量。它随后将控制转到状态11。