專利名稱：利用+1、-1和無三個狀態(tài)，無需由于符號間干擾(isi)而減少信噪容限即可增加信道容量的制作方法
利用+1、 -l和無三個狀態(tài)，無需由于符號間干擾(ISI)而減少信噪容限即可增加信道容量背景技術(shù)由于在存在噪聲的載波信道上的信號傳輸要求，現(xiàn)有的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通常采用/包括二進(jìn)制調(diào)制級別，例如二個或n個不同的振幅/電 壓電平，和/或二個或n個不同的相位，和/或二個或n個不同的頻率， 或者上述內(nèi)容的組合。許多傳輸采用不同的n進(jìn)制(n-ary)級別組合， 例如4B3T、 QAM等。在一個間隔期間，通過采用載波(電流或光波)開關(guān)狀態(tài)作為傳 輸?shù)母酄顟B(tài)的補(bǔ)充。目前，在一個間隔期間，二進(jìn)制信號傳輸(二 進(jìn)制位)只能傳輸兩個狀態(tài)，例如使用電壓電平+1和電壓電平+0.5/ 電壓電平+1和電壓電平-l/電壓電平+l和電壓電平0，或者相移180 度和相移0度......等。此處的載波開關(guān)(也就是可檢測的不存在載波電流/光波完全不存在，即完全沒有載波電流/光波的任何電壓、振幅 或相位......等完全不存在載波的檢測，例如兩端間的物理傳輸鏈接/物理載波回路被中斷)可以增加每個間隔期間的可傳輸狀態(tài)級別。調(diào)制、n進(jìn)制編碼、光傳輸......等的背景材料如下http :〃www.iec.org/online/tutorials/opt一trans/topic03 .htmlhttp:〃www. tpub.com/neets/tm/112-2.htmGoogle搜索詞'FIBER OPTIC TRANSMITTERS', 'optical modulation', 'optical transmission,, 'optical detection'Google搜索詞'on off optical modulation'， 'OOK modulation' http:〃eserver.bell.ac.uk/mirrors/dc 1 OOwww/dc 016,htm http:〃members.aol.com/mirrors/dclOOwww/dc 016.htm Google搜索詞'QAM，filehttp:〃www.s3.kth.se/mdio/Publication/Pub2000/ZhuLei2000 2.psGoogle搜索詞'Frequency Division Multiplex'Google搜索詞'G7o^arv o尸7Hec畫mwm'c油'ow T^my Federal
Standard 1037C， Google搜索詞: Google搜索詞:Signal Sets'Google搜索詞 Google搜索詞 Google搜索詞'Amplitude Phase Keying with M-ary Alphabets' 'Carrier Synchronization and Detection of QASK'Optical modulations''n-ary modulations" 'n-ary code''ternary modulations, 'ternary code.發(fā)明內(nèi)容例如56K的調(diào)制解調(diào)線^各每秒包括56000個間隔，在間隔期間可 以傳送信息的一個二進(jìn)制位。通過額外的載波/電流開關(guān)狀態(tài)(除了載 波/電流中可傳遞的二進(jìn)制雙級狀態(tài))，在每個位間隔可以傳送更多的 狀態(tài)。這使得調(diào)制解調(diào)線路的帶寬大大超過56K/秒。表示相應(yīng)于一位 的間隔內(nèi)完全關(guān)閉任何的傳輸?shù)恼{(diào)制關(guān)閉狀態(tài)(例如符號2)和預(yù)先 存在的二進(jìn)制調(diào)制(例如-lV表示符號0、十1V表示符號1 )是完全正 交的信道噪聲方式，也就是說，無論任何特定的位間隔期間，都不可 能將+AlV的調(diào)制打開狀態(tài)誤檢測為沒有傳輸?shù)恼{(diào)制關(guān)閉狀態(tài)甚至 當(dāng)該+AlV被信道噪聲干擾后，被接收器錯誤地檢測為0V，接收器也 將知道這不是調(diào)制關(guān)狀態(tài)，因為接收器可以基于一個位間隔期間完全 沒有信號傳輸，并進(jìn)而在此期間沒有檢測到任何振幅/相位/頻率，來 識別調(diào)制關(guān)狀態(tài)。在此的調(diào)制解調(diào)器發(fā)送器和接收器的軟件/固件/石更 件需要適于檢測在每個位間隔期間載波/電流的存在與否。
具體實施方式
類似于上述開關(guān)信號傳輸(即完全地打開或關(guān)閉調(diào)制載波或純基 帶傳輸，在關(guān)閉期間不傳輸任何內(nèi)容)與預(yù)先存在的調(diào)幅/相位調(diào)制/ 調(diào)頻/或各種組合一起，以增加每一位的符號組(symbol constellation) (n進(jìn)制中增加l，或者2en進(jìn)制中增加兩倍)，現(xiàn)有的頻移鍵控方法 (例如傳輸一個頻率為二進(jìn)制1,另一個不同的頻率為二進(jìn)制0)可
以更容易地適于使用n進(jìn)制級別符號，例如傳輸頻率F(0)表示符號0, 傳輸頻率F(l)表示符號1,傳輸頻率F(2)表示符號2......傳輸頻率F(n)表示符號n。進(jìn)而該n進(jìn)制頻移鍵控方法(同一時間只選擇該n 個頻率中的一個)還能夠改變以便在同一時間通過介質(zhì)傳輸該多個頻 率的組合，也就是頻率組，因而利用n個頻率，有效地將最大數(shù)量的 符號從n增加到2en (2的n次冪，即2乘以自身n次)。這要求接收 器可以在同一時間檢測n個頻率。例如傳輸頻率F(O)表示符號0，傳輸頻率F(l)表示符號1，傳 輸頻率F(2)表示符號2，傳輸頻率F(0)和F(l)表示符號3,傳輸頻 率F(0)和F(2)表示符號4，傳輸頻率F(l)和F(2)表示符號5,傳輸 頻率F(0)和F(l)和F(2)表示符號6,不傳輸頻率F(0)和F(l)和F(2) 中的任何一個表示符號7。這些頻率F(n)每一個都占有信道頻譜中相 互獨立的不同區(qū)域(如頻分復(fù)用傳輸方法)，這可以確保信道噪聲對 每個頻率的影響正交或者接近于正交(即假設(shè)媒介噪聲對特定頻率的 影響將不會在同 一時間同樣地影響或更大地影響另 一個頻率)。調(diào)幅是無法單獨實現(xiàn)上述正交n進(jìn)制級符號(和/或進(jìn)而2en進(jìn)制 頻率組符號)方法的，調(diào)幅使用一個單獨的調(diào)制載波傳輸，因為調(diào)制 載波在同一時間瞬時只能有一個特定的信號電壓電平或者相位。類似 于現(xiàn)有的n進(jìn)制多電壓級別代表每個位的n進(jìn)制符號，例如三進(jìn)制編 碼0V表示符號0/+1V表示符號1/-1V表示符號2,這將自然地減少 信道的信噪容限(signal to noise margin )，例如/人2V的間隔(二進(jìn)制 級別符號中+lV-(-lV)二2V的間隔)到只有IV (+1V-0V=1V)。同 樣地，2en進(jìn)制符號組方法也不適用于相位調(diào)制。這樣做必然地引起 各級之間(振幅和/或相位)的噪聲容限的減少或者碼間干擾(ISI), 如本多級調(diào)幅方法或多級相移鍵控方法或它們的組合有效地提供級 別/符號間的相同的噪聲比，例如QAM正交調(diào)幅，在QAM正交調(diào)幅 中，在一個傳輸?shù)恼{(diào)制信號中采用2級振幅和2個相位變化。然而，如果兩個振幅級別和兩個相位變化在兩個相互獨立的頻率 上調(diào)制，即該兩個頻率信號(一個調(diào)幅、另一個相位調(diào)制)在同一時
間被傳輸或者該兩個不同頻率信號在被傳輸前被整合到一個信號(在 這種情況下接收器可以將所述由不同頻率信號整合的信號處理和分離為其原始的頻率信號分別用于振幅和相位的處理)，每位3e2進(jìn)制， 即9進(jìn)制級/符號調(diào)制可以代替4進(jìn)制QAM調(diào)制由于任何兩個不同 頻率信號的完全開關(guān)轉(zhuǎn)換具有四種可能的組合，該頻率信號可以被接 收器可區(qū)分地4全測，例如，兩個纟展幅和兩個相位的組合的頻率都為開 代表符號0-3，兩個振幅的一個頻率為開、另一個為關(guān)代表符號4和5, 兩個相位的一個頻率為開、另一個為關(guān)代表符號6和7，兩個頻率都 關(guān)代表符號8。兩個頻率中的每一個的級別被設(shè)定為以信道噪聲減損 方式4皮此正交或近于正交，因而相對于現(xiàn)有的QAM方法，無需額外 的信號噪聲損失，即可以獲得從4進(jìn)制到9進(jìn)制調(diào)制的增長，只需 利用2個不同的頻率和對發(fā)送器和接收器軟件/固件/硬件的簡單改變。 通常，采用該2en進(jìn)制組符號方法，用于調(diào)制的傳輸指數(shù)的組合 是正交的(例如傳輸?shù)恼穹?、相位、頻率、傳輸開關(guān)切換這些都彼 此正交，并且通常影響其中之一的信道噪聲不會對其他的產(chǎn)生相同或 更大的影響)。這將會很好的提高傳輸信道的信息容量，例如使用傳 輸?shù)耐耆_關(guān)轉(zhuǎn)換以對每位實現(xiàn)三重符號組(例如完全不傳輸表示符 號2/振幅為+lV,或者頻率F(O)表示符號0/振幅為-lV或者頻率F(1) 表示符號1), 56K調(diào)制解調(diào)器理論上一秒鐘可以傳輸3e56K/2e56K倍 的信息，也就是說，在56000個三進(jìn)制位和56000個二進(jìn)制位所能代 表的最大數(shù)值，或者如果進(jìn)一步將上述三進(jìn)制改變?yōu)樗?e2符號組 方法(傳輸?shù)耐耆袚Q開關(guān)(on-off)表示符號3/頻率F(0)表示符號 0/頻率F(1)表示符號1/兩個頻率F(0)和F(1)表示符號2，開關(guān)/F(0)/ F(l)中每一個都是正交信道噪聲干擾方式)，此處的2e2-4符號組方 法，例如完全關(guān)表示符號3/頻率F(l)和F(2)表示符號2/F(l)表示符 號1/F(0)表示符號0， 56K調(diào)制解調(diào)器理論上可以每秒鐘傳輸大于 56000*56000倍的信息，也就是所能代表的最大數(shù)值(即 4e56K/2e56K),或者采用基于二進(jìn)制的(2+1)進(jìn)制方案每位可傳輸 的符號數(shù)量以達(dá)到大約大于50%的信息容量，或者采用基于二進(jìn)制的
(2e2 )進(jìn)制方案每位可傳輸?shù)姆枖?shù)量以達(dá)到大約大于100%即兩倍 的信息容量。
需要提示的是模擬調(diào)制解調(diào)器中的電話線可能被暫時拔出，之后 再連接回調(diào)制解調(diào)器，而不中斷調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通信。通過完全沒 有傳輸?shù)恼{(diào)制和現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器二進(jìn)制調(diào)制(或者其它現(xiàn)有的n進(jìn) 制調(diào)制)相結(jié)合來實現(xiàn)每位編碼(n+l )進(jìn)制符號(或者進(jìn)而2en進(jìn) 制編碼)，該線路編碼和/或信道編碼方案應(yīng)當(dāng)被設(shè)計為確保比特流/保存對比特流/時鐘同步的各種線路編碼/信道編碼方案)。調(diào)制解調(diào)器 軟件/固件和/或硬件應(yīng)適于檢測完全關(guān)閉的無傳輸，即完全沒有信號， 所述無傳輸可進(jìn)一步表現(xiàn)為完全不存在相伴隨的振幅、相位和頻率?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三進(jìn)制/四進(jìn)制/n進(jìn)制 /2en進(jìn)制以用于傳輸調(diào)制，例如QAM等，例如常用的將3位的二進(jìn) 制編碼位一次轉(zhuǎn)換為2個三進(jìn)制編碼位以傳輸?shù)取?br> 根據(jù)類似的現(xiàn)有的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流/時鐘同步方法，同步和/或異步 的校準(zhǔn)可以從三進(jìn)制數(shù)據(jù)流中得到?，F(xiàn)有常用的光學(xué)信號調(diào)制包括振幅鍵控(改變光束的亮度或者完 全的打開或關(guān)閉光束)、相移鍵控、頻移鍵控、OOK開關(guān)鍵控(完全 打開或關(guān)閉光源的傳輸)，或者上述組合的n進(jìn)制方式。因而如所見 的OOK開-關(guān)轉(zhuǎn)換調(diào)制可以建立，并且可以與任何其它的振幅/相位/ 頻率調(diào)制方法或者它們的每個位中的多重級別n進(jìn)制符號組相結(jié)合而 實施，以極大地增加信息傳輸容量，或者可以進(jìn)一步組合以為每個單 獨位提供2en符號組調(diào)制(最好它們的調(diào)制特性/參數(shù)、組合傳輸特性 為正交，或者接近于正交信道噪聲方式，例如完全開-關(guān)與光強(qiáng)度、和 /或相位、和/或頻率、和/或它們的結(jié)合，如QAM)。為了實現(xiàn)該發(fā)明，現(xiàn)有的OOK (完全打開或關(guān)閉光源)可以與 現(xiàn)有的n進(jìn)制相位或頻率轉(zhuǎn)換調(diào)制相結(jié)合，完全關(guān)閉光源代表符號 n+l，當(dāng)光源為開時，n個符號被表示為每一位n+l進(jìn)制的級別/符號。 當(dāng)將現(xiàn)有的OOK (完全打開或關(guān)閉光源)與二進(jìn)制光強(qiáng)度調(diào)制結(jié)合
時，則選擇光強(qiáng)度調(diào)制符號0的電壓為0,而不是符號1的優(yōu)選電壓電平的一半，也無關(guān)緊要，即與當(dāng)完全關(guān)閉光源時相同因為完全關(guān) 閉光源除了電壓為0外，也完全^r測不到相位和頻率。完全不存在相 位通過例如以下方式檢測將本地接收器產(chǎn)生的振蕩信號和輸入的信 號/輸入組合信號的分離分量組合，以通過觀察多重組合輸入信號/分 離分量信號和本地接收器產(chǎn)生的振蕩信號來確定缺少輸入信號，所述 本地接收器產(chǎn)生的振蕩信號在幅值、相位和頻率上是相同的。當(dāng)結(jié)合OOK和n進(jìn)制頻率切換實現(xiàn)該發(fā)明時，如果頻率調(diào)制中 的n級或符號中的每一個都被m個不同的獨立的頻率區(qū)域運送和表 示，所述頻率區(qū)域^皮獨立地同時開-關(guān)傳輸，或者在^皮傳輸前被組合， 并且每個頻率都可以轉(zhuǎn)換s個級別或符號(n=m*s)，則可獲得的每一 位的級別/符號的數(shù)量為s到m的平方。本發(fā)明不需要減少內(nèi)部級或者內(nèi)部符號信噪比，并且不需要任何 更高的信號能源需求。各種現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用二進(jìn)制載波來檢測/防止錯誤的持續(xù)同 一狀態(tài) 的傳輸，和/或確保比特流/時鐘同步例如為適于該目的的現(xiàn)有的編碼 方案可以相似地配置位同步/錯誤校正補(bǔ)償(例如防止過長時間的持續(xù) "關(guān)")/鎖相環(huán)/數(shù)字鎖相環(huán)等以用于檢測/防止錯誤的持續(xù)載波關(guān)狀態(tài)/ 電源關(guān)狀態(tài)(即無載波)，例如由于完全的線損(line loss )。現(xiàn)有的傳輸調(diào)制、電話通信基礎(chǔ)設(shè)施大都采用二進(jìn)制。為了推廣 使用，接口軟件/固件/硬件需要將各種二進(jìn)制線路/信道編碼轉(zhuǎn)換為n 進(jìn)制，例如三進(jìn)制線路/信道編碼 一種簡單方式為將3個二進(jìn)制位轉(zhuǎn) 換為2個三進(jìn)制位(每一位3級/符號)或者一個2e3進(jìn)制即8進(jìn)制位。 在傳輸?shù)那袚Q點(hand-offpoint)貝'J相反。洲際海底電纜/衛(wèi)星/主干《連 路(backbones links )對于初始配置是理想的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)所述的原理得到各種修改方式，這些修 改方式都屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)制和/或線路編碼/編碼的方法，其特征在于完整的完全傳輸載波，例如應(yīng)用于現(xiàn)有的調(diào)幅/調(diào)頻/相位調(diào)制和/或其組合的電流/光波/電磁波，所述載波進(jìn)一步由可切換的開-關(guān)產(chǎn)生(當(dāng)載波完全關(guān)閉時，接收器根據(jù)完全不存在載波例如完全不存在任何電壓振幅、任何頻率、任何相位檢測到所述載波完全關(guān)閉)，因而相比較于現(xiàn)有的調(diào)幅/調(diào)頻/相位調(diào)制和/或其不同的組合，增加了每個位所分配的間隔時間周期可傳送的狀態(tài)等級。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個傳輸位/每個位 的組中的符號數(shù)因此增加到n進(jìn)制+l和/或2e (n+l )進(jìn)制和/或(底數(shù)) e (n+l)進(jìn)制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于無需由于符號 間干擾(ISI)而減少信噪容限，也無需采用更高的信號功率，即可增加 傳輸信道容量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于調(diào)制 解調(diào)器發(fā)送器和/或接收器軟件/固件/硬件適于檢測載波的存在，和/或載 波完全不存在即完全沒有信號，所述載波完全不存在可以表現(xiàn)為完全不 存在相伴隨的電壓振幅和相位和頻率分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于任何 頻率的組合/子集(即頻率組)可以被傳輸和/或組合并通過信道在同一時 刻傳輸，并且如權(quán)利要求1 - 4中任一所述的方法還被應(yīng)用于每個單獨的 頻率和/或頻率組合/子集，因而將每個傳輸位/每個位的組的符號增加到可 能 的最大的數(shù)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于線路 編碼/編碼方案還包括比特流和/或時鐘同步。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于完整的 完全傳輸載波，例如應(yīng)用于現(xiàn)有的調(diào)幅/調(diào)頻/相位調(diào)制和/或其不同組合的 電流/光波/電^茲波，所述載波進(jìn)一步由可切換的開-關(guān)產(chǎn)生(當(dāng)載波完全 關(guān)閉時，接收器根據(jù)完全不存在載波例如完全不存在任何電壓振幅、任 何頻率、任何相位，4全測到所述載波完全關(guān)閉)，類似于現(xiàn)有的光學(xué)OOK (開-關(guān)鍵控)完全切換開-關(guān)光源技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的基本思想是在發(fā)送+1和-1之外發(fā)送第三種狀態(tài)，該第三種狀態(tài)是缺少某種傳輸。建議發(fā)送頻率0表示符號0、頻率1表示符號1、頻率2表示符號2、頻率0和頻率1表示符號3等等。還建議利用兩個頻率和相位調(diào)制每個符號。頻率1具有2種可能的相位狀態(tài)并且頻率2具有2種可能的相位狀態(tài)，因此可以編碼為4位。如果只發(fā)送具有兩種相位狀態(tài)的頻率2，這使得我們發(fā)送另外兩位。如果既不發(fā)送頻率1也不發(fā)送頻率2，則表示1個另外的位狀態(tài)。因此可以編碼為8位。
文檔編號H04L27/32GK101160899SQ200580047932
公開日2008年4月9日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者鮑勃·湯 申請人:鮑勃·湯