具有改进的助听兼容模式的 无绳时分双工电话机 本发明例如提供在戴助听器者使用采用间歇发送的无绳(如蜂窝)电话机时减少由于RF电磁兼容(EMC)效应引起的助听器中的哼声方法。
常规无线电通信系统提供蜂窝或无绳电话机使用的三个不同类型的无线电传输协议的例子。早期采用的系统诸如美国AMPS系统、英国的TACS系统和斯堪得纳维亚的NMT系统采用语音的连续模拟FM传输，和给每个会话分配一个不同的信道。这个技术称为频分多址或FDMA。
最近，在诸如欧洲GSM系统、美国IS-54系统和日本PDC系统的系统中已采用数字编码的语音，因为在移动无线电传播环境中它提供对衰落的更好保护、较高系统容量、较长电池寿命和通过数字加密的保密。这些系统采用时分多址技术，因而通过分配不同时隙给不同呼叫，单个无线电频道在几个呼叫之间共享。另外，这些TDMA系统中的发送和接收时隙交错排列，因此该电话机不必同时发送和接收。这个特性在消除大的、昂贵的和有损耗的双工滤波器是有利的，该滤波器使用于要求同时发送和接收的早期连续模拟传输系统中。此外，当分配给系统的频带不允许在发送与接收之间的有合适频率间隔时，时分双工是基本的，如在所谓美国，如在所谓的美国“部分15，未许可频段”，欧洲数字无绳电话标准使用的频段称为DECT，和在美国刚刚发布为1900MHzPCS频段。
在时分双工操作中，在每帧期间的一定时间间隔该发射机待用，该时间间隔至少足够长以便接收信号脉冲串。由这个待用时间间隔引起的发送时间的丢失通过在存储器中缓冲要发送的数字化语音信号和随后以比在其分配的时隙期间缓冲的速率更高的速率发送该缓冲的信号。峰值发射机功率以相同因素递增以支持较高的速率，保持相同(或较低的)平均功率。当这样的电话机靠近声音再生设备工作时该声音再生设备不是设计用于在靠近无线发射机工作，诸如助听器或高保真设备，发射机脉冲重复率可在该设备中虚假地检测以提高可闻蜂音。这个效果只在无绳电话机极靠近这样设备如在三英尺左右内才出现，这是在电话机放置在靠近听力损伤用户的助听器时的情况。
已经提出的第三接入方法是码分多址(CDMA)。CDMA系统可采用连续发送，但是仍允许使用相同频谱进行许多会话，因为不同编码的信号可重叠而无干扰，假定它们的相对功率电平不太分散。CDMA电话的缺点是它们缺少与早期标准的向后兼容性、引入新系统的重要因素、或者提供具有向后兼容性的双模式电话机的较大体积和较高费用。CDMA系统(诸如在US IS-95标准中叙述的)还的确危险，因为它们需要非常严格的功率控制，由于不正确地控制其功率的一个游动电话机可干扰整个系统。CDMA系统所吹捧的优点一般是该电话机连续地发送较低的功率而不是使用较高的功率突发，但是U.S.IS-95系统在该电话机中采用变占空系数的突发传输，因此不提供助听器兼容性的太大的改善。
已经研制出混合时分双工CDMA系统克服IS-95的缺点，如已研制的用于不具有频率双工间隔的所谓“未许可”的频带的全方位点(Omnipoint)宽带CDMA系统。时分双工CDMA电话机也采用间歇或突发传输，因此要求改善与使用助听器兼容的方法。
由于上述CDMA系统总计占目前世界市场的99％以上，所以重要的是提供也包括改善的助听器兼容的操作模式的电话机，使得助听器佩戴者不遭受上述烦人的嗡嗡声或蜂鸣音。
采用时分双工传输的无绳手持电话机是已知的，在不要求同时发送与接收时是有利的，允许降低成本和提供较长的电池寿命。发射机通常在发送语音给基站的重复帧期间中的短时隙内工作，与在从基站接收语音的重复帧期间中的不同短时隙内的接收操作交替进行。其它电话呼叫可通过指定给不同电话机的不同发送时隙和不同接收时隙使用相同无线电信道同时地支持。
当由助听器佩戴者使用无绳电话机时，该电话机很接近该助听器，特别是，无绳电话机发送天线只离开助听器几英寸，由于助听器虚假地检测发射机的RF脉冲重复频率而可能增大嗡嗡声。根据本发明的电话机包括正常操作模式和新操作模式，当业务提供者发出适当的具有预定的授权时可由助听器佩戴者调用新操作模式。提供给助听器用户的预订还可包括对听力损伤者有益的其它特性如文本消息业务。
在助听器兼容模式中，根据本发明的示例实施例的电话机采用正弦传输振幅包络，其中抑制发送脉冲中的烦人的高次谐波频率。这个技术使得用户的发送比在正常操作模式中使用的占用重复帧期间的更大部分，因此减少在该信道可容纳的用户数。但是，如果仅仅许可的助听器用户适合于以新模式发送，整个系统的容量损失是可忽略的。本发明使用任何接入技术例如TDMA、CDMA或时分双工CDMA提供用于间歇发射机的改善的脉冲形状，以消除在上述声音再生设备中不正常地产生蜂鸣音的脉冲谐波。
当结合附图阅读下面的详细叙述时，本发明的前述和其它目的、特性和优点将更清楚了，其中：
图1表示在GSM系统中使用的传输格式的例子，该格式用作叙述本发明的一个例子；
图2表示根据本发明修改的GSM系统的示例传输格式；
图3是表示根据本发明的示例系统的方框图；和
图4是表示用于说明根据本发明示例方法的流程图。
图1表示在称为移动通信的全球系统(GSM)的TDMA蜂窝系统中采用的传输格式的例子。其中，大约4.6ms的重复帧周期分为8个时隙(或在半速率模式中分为16时隙)。移动站在接收频段的无线信道上接收，每个移动站在分配的8时隙之一例如图1中的时隙1中接收。该移动站还在分配的发送时隙如时隙1中在发送频段的信道上发送。发送时隙在时间上相对它们相应的接收时隙交替，因此移动电话机不必在相同时间发送和接收。这在图1的例子中表示为在移动站接收频率上的时隙1和在移动站发送频率上的时隙1之间两时隙的时分双工间隔。当采用不同的发送与接收频段时，基站可在所有时隙中接收和发送，因此支持在相同发送/接收信道对中的8个会话。否则，如果采用无频率双工间隔，基站例如可使用4时隙发送和4时隙接收，因此在单个发送/接收信道中支持4个会话。在GSM中，不由特定移动站用于发送和接收的其余时间可由移动站的接收机用于扫描其它信道以便例如确定何时它应请求转换到较强的基站。这个过程称为移动辅助转换。
发送脉冲格式由GSM技术规范定义，并且包括脉冲之间的保护时间、平滑地接通和断开发射机电源的向上/向下倾斜时间，以避免频谱散射到未同步的相邻信道、在每个突发结束的一些保护比特和以平坦功率电平发送114数据比特、26同步比特与2个控制比特的TDMA突发脉冲串的主体。向上/向下倾斜时间适于防止频谱扩散入相隔200KHz的相邻信道，但是不是设计为控制在300KHz至4KHz音频段中220Hz脉冲重复率的谐波。缺少下述特别传输模式，这些谐波导致听力损伤的用户的助听器中的可闻噪声。
图2表示设计为控制帧频率的谐波的示例修改的GSM接收和发送格式。接收时隙是与图1所示的时隙相同，但是，发送时隙定时已定中心在接收时隙之间的中间。这允许相对慢、几乎正弦的、向上和向下倾斜的发射机功率。峰值的中心部分(如发送时隙2)可用于发送正常突发脉冲串格式，例如包括上述数据和同步比特。任选地，在中心时隙任一侧的一个或几个时隙可用于重复数据的发送，允许特别基站接收机利用额外能量改善信号质量和潜在地允许减少峰值功率。在这个示例实施例中，在接收结束(如图2的发送时隙7)之后和下一个接收突发脉冲串(如发送时隙5)开始之前的接近一个时隙(如0.56ms)内发射机功率保持为零或很低，以便允许频率合成器频率的设定时间在发送和接收之间变化，因此直到该频率至少在分配的200KHz信道内发射机才产生RF能量。
使用图2所示的示例格式，大约每帧基本上有三个时隙整个发射机无声，其中其它移动发射机可以无干扰地接近。对于听力损伤用户需要采用本发明模式情况的百分部分，总容量减少一半。如果用户被限制为许可的用户，则对系统容量的影响实际上可忽略。已经叙述了用于听力损伤用户的示例移动传输模式，现在叙述示例的系统电平实现情况。
图3表示根据本发明的一个实施例的示例蜂窝移动无线电话系统的方框图，本发明可用于实现前述情况。该系统表示一个示例基站110和一个移动站120。基站包括接到MSC140的一个控制与处理单元130，MSC140又接到公共交换电话网(未示出)。
一个网孔的基站110包括由话音信道收发信机150处理的多个话音信道，话音信道收发信机150由控制与处理单元130控制。而且，每个基站包括一个控制信道收发信机160，控制信道收发信机160能够处理一个以上的控制信道。控制信道收发信机160由控制与处理单元130控制。控制信道收发信机160在基站或网孔的控制信道上广播控制信息给锁定到那个控制信道的移动站。
当移动站120首先进入空闲模式时，它周期地扫描基站如基站110的控制信道以确定锁定到或预占哪个网孔。移动站120接收在其话音与控制信道收发信机170的控制信道上广播的绝对和相对信息。然后，处理单元180估计接收的控制信道信息，该控制信道信息包括候选网孔的特性，并且确定该移动站应锁定到哪个网孔。接收的控制信道信息不仅包括有关与其相关的网孔的绝对信息，而且还包括有关接近此控制信道与之相关的该网孔的其它网孔的相以消息。这些相邻网孔被周期地扫描，同时监视主控制信道以便确定是否有更合适的候选网孔。类似地，这个设备可用于执行前面叙述的MAH0技术，同时移动站120连接到该系统。有关移动站和基站实施的具体情况的附加信息可在授予P.Dent和B.Ekelund的1992年10月27日提交的未审查的美国专利申请系列号07/967 027、名称为“多模式信号处理”中找到，其公开内容引用在这里供参考。
在本发明的内容中，移动单元120的处理单元180控制调谐和收发信机170使用的功率。因此，当以正常模式操作时，处理单元180例如以图1所示的方式控制收发信机170。另一方面，当以听力损伤模式操作时，处理单元180将更逐渐地上斜和下斜在收发信机170中使用的功率。虽然在图2中示出一个示例的功率分布，本领域的技术人员清楚本发明的更一般的概念，即在第二操作模式中实发传输功率逐渐上斜和下斜不需要如图2所示地占用五个时隙。取决于应用本发明的传输格式和系统，和系统设计者希望容纳听力损伤的用户同时也不损害容量，如果听力损伤用户数相当大，例如在特定的微网孔环境，单个突发脉冲串可逐渐减少功率的时隙数可多于或少于五个。作为更一般公式，说根据本发明的功率倾斜在TDMA型格式中只占用一个以上的时隙。
GSM系统包括加密保护的证实系统以校验用户的身份。这是包括放在移动单元中的一个插入式智能卡(未示出)中，该移动单元包含只有业务提供商的计算机知道的并且存储在归属位置寄存器(HLR)中的用户专用密钥。当移动电话机接入网络站时，通过与HLR通信和获得三个密码的子集，网络站检验由安装的智能卡确定的用户的身份。第一密码是随机查询的，它发送给该移动站并且传送给安装的智能卡。智能卡组合该查询与密钥并且根据这二者输出一个响应。响应的一部分由移动站发送给网络站，网络站将它与从HLR接收的第二密码比较。如果该响应与第二密码相符，则检验该移动站具有安装的有效智能卡，智能卡包含只发送给那个用户的密钥。智能卡响应的其它部分用作加密其余呼叫的密钥，和对应于从HLR发送给网络站的第三密码。只有这个密钥也相符，才能实际地进行通信。因此GSM证实与加密系统保证用户的识别。然后HLR也可存取其它用户有关的信息，如是否允许国际呼叫，是否许可听力损伤模式，等等。
参见图4的流程图，在方框200，网络站也可任其发送询问信号请求移动电话机发送它的电子序号。电子序号的数据库可由网络保持以查找每个设备的特性，如该设备是否支持听力损伤模式。还有存储在移动站中的“类别比特”，它可用于给网络指示设备的类型。在任一情况下，如由方框210所指示的，系统确定移动站的容量。另外，用户可从键盘和显示器编程该电话机以便自动地或者根据需要选择地启动听力损伤模式，不论发出或接收呼叫。这个信息例如可发送给登记的网络。该网络可检验所有三种类型的信息，即：
(i)在方框220该听力损伤模式是用户分布中的允许模式(在这种情况可免费提供)；
(ii)目前使用的电话机支持听力损伤(H1)模式(方框230)；
(iii)用户已启动听力损伤模式(方框240)。
根据图4所示的示例实施例，应该满足所有三个条件，以便在方框250例如通过设定在呼叫建立的信道分配消息中的指示比特分配听力损伤模式，如图2的传输模式。如果这些条件之一不满足，则流程前进到方框260，例如不设定指示比特，执行正常移动传输(如图1)。
替代地，如果用户在他的或她的用户分布中不具有启动的听力损伤模式，这个用户仍可根据请求接收该模式，如果该设备支持它的话，但是经营者可收取所消耗的额外系统容量的额外费用(如双倍的发射时间费用)。对登记使用该模式的听力损伤用户，经营者可任意放弃这个额外收费。
已经叙述了改善数字蜂窝电话系统中助听兼容性的方法。类似于上述的解决方案，改善给听力损伤者的业务的另一个解决方案在采用这样减少经营者收时可消耗更多的系统容量。例如，在诸如IS-95的系统中，可省去用于减少由一个电话呼叫消耗的平均系统负荷的变化占空因数以改善助听器兼容性。在TDMA系统中，如果使用频率双工器能够设想分配所有时隙给一个用户，因此消除发射机通-断开关。但是当使用限制在小的、真正听力损伤社团时，系统容量和收入的减少是否显著的，听力损伤社团是由本发明的自动证实方面保证。由本领域技术人员使用上述原理可设计或修改的任何这样的系统认为落入由权利要求书叙述的本发明的范围内。