Brevet FR2682002A1 — publié le 19930402

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE SIGNAUX A FREQUENCES VOCALES L'invention concerne la transmission de signaux, dits "à fréquences vocales" constitués par des couples de tonalités choisies parmi N fréquences prédéterminées, dans un réseau téléphonique à transmission de la parole sous forme numérique. L'invention trouve une application particulièrement importante dans les réseaux de transmission de la parole vers les mobiles et à partir de mobiles, sous forme d'un multiplex de trames de parole ayant un format déterminé. A titre d'exemple particulièrement important de réseaux de ce type, on peut citer ceux qui mettent en oeuvre le système GSM, dans lequel la parole est transmise par radio sous forme numérique, par trames de 260 éléments binaires (ou bits) envoyés à la cadence d'une toutes les 20 ms Le système GSM n'utilise pas les signaux à fréquences vocales définis ci-dessus (dits signaux DTMF), constitués chacun par l'émission simultanée de deux fréquences choi- sies parmi 16 combinaisons pendant quelques centaines de millisecondes) pour la numérotation initiale des appels. Mais il est souhaitable que le réseau puisse transmettre de tels signaux au cours d'une conversation téléphonique, afin de répondre à certains besoins On peut notamment citer, dans le cas d'une transmission depuis une station mobile vers une station de base fixe appartenant à l'infrastruc- ture du système, l'interrogation à distance de répondeurs téléphoniques, la commande de fonctions domestiques, etc La transmission de signaux DTMF sur un réseau télé- phonique du genre défini plus haut pose des problèmes En effet, le mode de codage numérique choisi est optimisé pour la transmission de la voix Ses performances sont mauvaises pour la transmission de signaux DTMF, à un point tel qu'un détecteur de qualité commerciale normale ne peut identifier le signal DTMF dans la plupart des cas, par suite des dis- torsions introduites par le codage et le décodage. Pour les réseaux utilisant le système GSM, on a proposé un procédé permettant d'écarter cette difficulté dans le cas de la transmission d'une station mobile vers une station de base Pour cela on utilise, pour transmettre les signaux DTMF, des messages de signalisation déjà prévus par le standard pour véhiculer des informations de service. Le générateur de messages de service est adapté pour four- nir un message particulier pour chaque appui de l'utilisa- teur sur une touche particulière Le signal à fréquences vocales est alors généré dans la station de base On évite ainsi toute distorsion due au codage et au décodage. Cette solution a malheureusement de nombreux incon- vénients. Etant donné que la transmission des messages de si- gnalisation se fait à la place de trames de parole, elle interrompt la parole Les messages de signalisation sont transmis de façon asynchrone et le non-synchronisme de la transmission des messages de signalisation réduit la préci- sion des instants de début et de fin du signal à fréquences vocales, ce qui est gênant pour certaines applications Le protocole de transmission de messages de signalisation im- plique des messages d'acquittement de la station de base vers la station mobile, d'o des interruptions supplémen- taires qui ne correspondent à aucun signal utile Dans la station de base, le générateur de signaux DTMF doit être commandé par la logique de contrôle qui analyse les messa- ges de signalisation Or cette logique de contrôle est éloignée du dispositif de codage et décodage de la parole o vocodeur Aucun lien permettant une commande n'est prévu entre la logique et le vocodeur La mise en oeuvre du pro- cédé proposé à ce jour accroit donc la complexité. L'accroissement de complexité est encore plus nota- ble si l'on tente de transmettre des signaux à des fréquen- ces vocales de la station de base vers les stations mobiles en utilisant des messages de signalisation Il n'est en effet pas acceptable, du point de vue du coût, de placer un dispositif de détection des signaux DTMF au cours de la communication en cours dans l'organe de contrôle qui gère la signalisation La seule solution économiquement acceptable implique une contrainte: l'utilisateur de la station mobile doit indiquer qu'il va recevoir des signaux DTMF Ce n'est qu'à la réception de cette indication qu'un dispositif de détection de signaux DTMF est réservé à la communication La mise en oeuvre par l'usager de la station mobile est compliquée et l'interruption de la conversation est allongée. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de transmission de signaux à fréquences voca- les destinés à un réseau téléphonique du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique Elle vise notamment à éviter les distorsions de tels signaux tout en ne mettant en oeuvre que des moyens simples Elle vise également à assurer la synchronisation entre signaux à fréquences vocales et mes- sages de parole. Dans ce but l'invention propose notamment un procé- dé de transmission par des couples de fréquences vocales parmi N fréquences prédéterminées sur un réseau téléphoni- que à transmission de parole sous forme d'un multiplex de trames de parole ayant un format déterminé et contenant chacune un nombre déterminé d'échantillons de parole numé- risés, caractérisé en ce que: on affecte à chaque fréquen- ce vocale ou à chaque couple de fréquences un code numéri- que; on génère les codes numériques respectifs en réponse à une commande d'émission d'un couple de fréquences; on insère chaque code numérique dans une trame numérique audit format comportant un mot d'identification constituant un groupement exclu pour les trames de parole; et, à la ré- ception, on génère les couples de fréquences vocales res- pectifs à l'aide du décodeur de parole, en réponse à la reconnaissance desdits codes numériques, en synchronisme avec les trames comportant l'un desdits mots d'identifica- tion. L'invention propose également une station utilisa- ble dans un dispositif de communication numérique permet- tant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, comprenant au moins une station de base et des stations mobiles ayant chacune un vocodeur de codage de la parole en trames numériques de format déterminé et de décodage desdites trames et pouvant avoir une logique de contrôle permettant d'analyser des messages de signalisation transmis en substitution des trames, caractérisé en ce que le vocodeur d'une au moins des stations est prévu pour générer, en réponse à un signal de demande d'émission d'un couple de fréquences vocales, une trame audit format dé- terminé comportant un code numérique d'identification du couple de fréquences (tonalités à transmettre) et un mot d'identification ou marqueur Le vocodeur de l'autre sta- tion comporte alors des moyens pour générer le couple de fréquences respectif en réponse à la réception d'une telle trame. Le vocodeur des deux stations doit comporter les deux types de moyens pour permettre une transmission bidi- rectionnelle. L'invention est particulièrement simple à mettre en oeuvre dans le cas d'un réseau au standard GSM, car ce standard prévoit la possibilité de transmettre des trames au format des trames de parole, mais transportant une indi- cation de bruit de confort Il est alors possible d'utili- ser les mêmes moyens pour émettre et identifier les trames transportant une indication de bruit de confort et pour émettre et identifier les trames comportant l'indication d'un couple de fréquences vocales. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple, et de la comparai- son qui en est faite avec des dispositifs antérieurs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe montrant un mode de transmission de signaux DTMF d'une station mobile vers une station de base, déjà proposé; la figure 2 est un schéma montrant comment peut s'effectuer la transmission de signaux DTMF de la station de base vers une station mobile, en mettant en oeuvre la même approche que dans le cas de la figure 1; la figure 3 est un schéma de principe montrant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention; la figure 4 montre une structure possible de tra- mes de transmission de signaux DTMF, dans le cas particu- lier de l'application de l'invention à des trames suivant le système GSM. Etant donné que la constitution de base des systè- mes GSM a déjà été décrite dans de nombreux documents, seules seront données ici les indications nécessaires pour la compréhension de l'invention. La figure 1 montre schématiquement la façon dont peuvent être organisées une station mobile 10 et une sta- tion de base 12 d'un réseau au standard GSM pour permettre l'envoi de signaux DTMF vers des circuits d'utilisation (qui peuvent être constitués par le réseau téléphonique commuté) par l'intermédiaire de la sortie 14 de la station de base La station mobile 10 comporte un vocodeur 16 per- mettant de coder le signal de parole en trames numériques et de les adresser à des circuits d'émission 18 La station de base comporte un récepteur 20 relié à un vocodeur 22 permettant de reconstituer le signal de parole. La station de base 10 comporte également un généra- teur 24 de messages de signalisation relié à l'émetteur 18. De son côté, la station de base 12 comporte un circuit de contrôle 26 vers lequel sont orientés les messages de si- gnalisation Pour permettre la restitution des signaux DTMF identifiés par les messages de signalisation, la station de base comporte un générateur DTMF 28 commandé par le contrô- leur 26 Le contrôleur commande également un commutateur 29 permettant d'aiguiller, vers la sortie 14, le signal analo- gique de parole, reconstitué par le vocodeur 22, ou le si- gnal DTMF. La figure 2, similaire à la figure 1, montre la complexité de la transmission des signaux DTMF vers la station mobile Le signal DTMF entrant est identifié par un détecteur 30 qui commande le circuit de contrôle 26 Celui- ci échange alors, par l'intermédiaire des circuits émetteur-récepteur 20 a, les messages de signalisation an- nonçant la transmission d'un signal DTMF Le contrôleur 32 de la station mobile 10 conditionne à cet effet l'ensemble vocodeur 16-générateur de signaux analogiques DTMF 31 de la station mobile Pendant la transmission du signal DTMF, le vocodeur 22 est inhibé. La mise en oeuvre de l'invention peut être effec- tuée de façon simple à l'aide d'un dispositif qui n'impli- que que très peu de modifications d'une station mobile actuelle Pour la transmission de la station mobile 10 vers la station de base 12, il suffit de compléter le contrôleur 32 de la station 10 d'une entrée de commande par un clavier 33 et de constituer le contrôleur 32 de façon qu'il puisse actionner un codeur-décodeur 34 de constitution de trames au format des trames de parole, mais représentant un couple de fréquences Ce codeur-décodeur peut être intégré au vocodeur 16 La station de base comporte simplement un générateur DTMF 38 qui peut lui aussi être intégré au vocodeur 26 et qui restitue, sur la sortie 14, les fréquences vocales représentées par les trames décelées par35 le contrôleur 26. Dans le sens inverse, les signaux DTMF entrants sur l'entrée-sortie de parole analogique 14 sont détectés par le contrôleur 26 comportant un détecteur de fréquences vocales entrantes Le détecteur commande le générateur DTMF 38 qui fournit les trames appropriées au format des trames de parole L'identification des ces trames particulières et la restitution s'effectuent de façon symétrique de celle qui a été décrite plus haut. Comme il a déjà été indiqué plus haut, il est avan- tageux, dans le cas d'un système GSM, d'identifier les tra- mes binaires de transmission de signaux à fréquences voca- les par adoption d'une constitution de trames pratiquement exclue pour les trames représentant la parole En parti- culier, il existe un certain nombre de combinaisons de bits tous mis à zéro qui n'apparaît pratiquement jamais pour représenter la parole. On a déjà proposé d'utiliser de telles trames pour donner une indication du bruit de confort à générer. Dans le cas particulier illustré en figure 4, les trames destinées à représenter des signaux DTMF sont des trames de 260 bits, comme les trames de parole, mais elle comprennent un groupe de 40 bits tous à zéro dans une disposition particulière, constituant un marqueur permet- tant de les différencier des trames représentant la parole. On peut notamment utiliser un groupe 40 constitué par 95 bits à zéro, de la même façon que pour des trames représentant un bruit de confort. Comme dans le cas des trames représentant un bruit de confort, deux groupes codés 42 et 44, par exemple res- pectivement de 36 bits et de 24 bits peuvent être prévus. Le premier groupe code les caractéristiques spectrales du bruit et le second code le niveau du bruit, éventuellement en quatre valeurs chaque fois sur 6 bits Chaque valeur correspond à une tranche de 5 ms de l'intervalle de 20 ms entre trames. Enfin, on utilise certains parmi les 105 bits sui- vants (inutilisés et mis à zéro dans le cas d'une trame représentant le bruit de confort) pour compléter le mar- queur permettant de distinguer une trame DTMF à la fois d'une trame de parole et d'une trame de bruit Une solution commode consiste à utiliser: 1 à 8 bits mis au niveau 1 (groupe 46), pour identifier une trame DTMF et constituer le marqueur avec le groupe 40; 4 bits (groupe 48) indiquant la nature du signal DTMF (couple de fréquences) à transmettre parmis les 16 signaux disponibles constituant donc le code numérique; 4 bits (groupe 50) indiquant quelles tranches de ms doivent contenir du bruit et quelles tranches doivent contenir le signal DTMF. La station qui reçoit une trame émet le signal DTMF dans une ou plusieures tranches de 5 ms, suivant les indi- cations données, et un bruit ayant les caractéristiques indiquées dans les autres tranches. Les trois groupes de bits 46, 48 et 50 sont avanta- geusement choisis parmi les vingt quatre bits qui sont le plus protégés par les codes de correction d'erreur utili- sés. Enfin, les bits restants (groupe 52) sont mis à zéro. Il faut bien noter que la représentation donnée en figure 4 vise simplement à faire apparaître l'existence de différents groupes de bits Mais le mode de constitution des trames GSM fait que les bits d'un même groupe ne se succèdent pas. Grâce à cette disposition, les modifications appor- tées aux vocodeurs existants pour permettre la transmission DTMF sont extrêmement simples On voit aussi que le début et la fin de chaque signal DTMF peuvent être définis à 5 ms prés, en synchronisme complet avec le signal de parole. REVENDICATIONS 1 Procédé de transmission de couples de fréquences vocales parmi N fréquences prédéterminées sur un réseau téléphonique à transmission de parole sous forme d'un multiplex de trames binaires de parole ayant un format déterminé, caractérisé en ce que: on affecte à chaque fréquence vocale ou à chaque couple de fréquences un code 1 o numérique; on génère les codes numériques respectifs en réponse à une commande d'émission d'un couple de fréquences on insère chaque code numérique dans une trame numérique audit format comportant un mot d'identification constituant un groupement exclu pour les trames de parole; et, à la réception, on génère les couples de fréquences vocales res- pectifs à l'aide du décodeur de parole, en réponse à la reconnaissance desdits codes numériques, en synchronisme avec les trames comportant l'un desdits mots d'identifica- tion. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que mot d'identification contient un marqueur qui est commun aux trames de parole et aux trames éventuelles re- présentant un bruit de confort et un marqueur complémen- taire. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le code numérique comporte des bits d'indication de la durée d'émission du signal à fréquences vocales. 4 Station de dispositif de transmission de signaux à fréquences vocales sur un réseau téléphonique à transmis- sion de parole sous forme d'un multiplex de trames de paro- le ayant un format déterminé, ledit dispositif comprenant au moins une station de base ( 12) et des stations mobiles ( 10) ayant chacune un vocodeur ( 16, 22) de codage de la parole en trames numériques de format déterminé et de décodage desdites trames et pouvant avoir une logique de contrôle permettant d'analyser des messages de signalisa- tion transmis en substitution des trames, caractérisée en ce que le vocodeur ( 16, 22) d'une au moins des stations est prévu pour générer, en réponse à un signal de demande drémission d'un couple de fréquences vocales, une trame audit format déterminé comportant un code numérique d'iden- tification du couple de fréquences et un mot d'identifi- cation. 5 Station selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens pour générer le couple de fréquences respectif en réponse à la réception d'une telle trame. 6 Station mobile suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de con- trôle commandant l'émission d'une trame ayant un mot d'identification en réponse à l'actionnement d'une touche correspondant à un signal particulier à fréquences vocales.