專(zhuān)利名稱(chēng)：傳輸信息信號(hào)的頻譜有效的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說(shuō)是涉及信息信號(hào)的頻譜有效的傳輸，特別是涉及由信息編碼器處理過(guò)的信息信號(hào)的傳輸，而且是針對(duì)信息的頻譜有效傳輸，該信息使用子頻帶的編碼器處理。
話音編碼器(VO-coders)是公知的技術(shù)。對(duì)于通信系統(tǒng)，任何話音編碼器的目的都是把話音信號(hào)進(jìn)行編碼用于在信道上傳輸。由于通信信道在信息傳送容量(帶寬)方面經(jīng)常是很有限的，因此傳輸所要求的編碼信息的總量最好減至最小。這樣，話音編碼過(guò)程通常要求通過(guò)排除冗余的頻譜分量(或其他不需要的信息)來(lái)壓縮信息信號(hào)，而在傳送到接收器時(shí)，只保留該信息，允許再生(或推斷出)必要分量，因?yàn)樵试S原話音輸入在感覺(jué)可接受的再生合成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將懂得，話音信號(hào)包括大量冗余的或不需要的信息。
話音的產(chǎn)生可以被模仿成一個(gè)激發(fā)的信號(hào)(如通過(guò)聲帶產(chǎn)生的聲音脈沖)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)濾波器(如聲管)，它具有一定的共振的結(jié)構(gòu)。由于激發(fā)的信號(hào)和/或?yàn)V波器二者都隨時(shí)間變化，講話的聲音也隨時(shí)間改變。對(duì)于非話音的聲音(如輔音)來(lái)說(shuō)激發(fā)的信號(hào)象噪聲，而話音的聲音(如元音)是出現(xiàn)周期性的。主要地，特別對(duì)話音聲音，大部分基本話音能量?jī)H僅集中在很少頻率的子頻帶中，而且包含大部分能量的這些特別的頻帶一般相對(duì)于時(shí)間慢慢地變化。研究表明，只傳送約包含這些頻譜峰值的信息就是全部信息，通常要求提供可合理地重新建立該輸入話音。這種方法形成了已知的數(shù)字適配子頻帶話音編碼器的基礎(chǔ)，這種編碼器試圖在多個(gè)頻譜的子頻帶之間分配固定的比特?cái)?shù)，這樣在最高能量的子頻帶中話音信號(hào)分量的再生精確性是最大的。
在減小話音編碼器的數(shù)據(jù)率的努力中，采用普通的低比特率的數(shù)字編碼話音的系統(tǒng)在聲音的質(zhì)量方面比原話音信號(hào)表現(xiàn)出相當(dāng)大的降低，采用這種編碼器的無(wú)線電通信系統(tǒng)的用戶特別感受到這種降低，不隨接收器離發(fā)射天線的距離而變化。因此，不管接收器距發(fā)射天線是25英里或是25碼，只要沒(méi)有比特差錯(cuò)，所得到的聲音質(zhì)量基本上保持固定，在有比特差錯(cuò)時(shí)，出現(xiàn)進(jìn)一步的降低。
一般地說(shuō)，當(dāng)代的話音編碼器設(shè)計(jì)者特別開(kāi)發(fā)數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)，例如數(shù)字濾波器工作的重復(fù)性，數(shù)字電路對(duì)老化的變化不敏感性，數(shù)字電話對(duì)溫度，濕度，振動(dòng)和其他不利條件的自然不變性。還有，用于從數(shù)字話音編碼器傳送信息的當(dāng)代方法導(dǎo)致頻譜效率低，這可能犧牲了在排除冗余話音信息中所取得的好處。例如，已經(jīng)知道高質(zhì)量的未處理的模擬話音信號(hào)的帶寬大約為4KHz。數(shù)字化(經(jīng)脈沖編碼調(diào)制PCM)以后，這個(gè)信號(hào)的數(shù)字表示具有64Kb/s的數(shù)據(jù)庫(kù)，它約占用30KHz的帶寬(假定使用普通的二進(jìn)制通路調(diào)制技術(shù))。甚至在普通的子頻帶編碼器中進(jìn)行相當(dāng)?shù)奶幚?，以排除不太重要的頻譜成分(在低至10Kb/s的速率時(shí)提供中等的音質(zhì))使用二進(jìn)制調(diào)制的話音信號(hào)的傳輸仍然要求比原來(lái)的模擬信號(hào)更寬。
雖然傳統(tǒng)的多電平技術(shù)(使用通路符號(hào)對(duì)多于單個(gè)的比特進(jìn)行編碼)可用來(lái)減小必要的傳輸帶寬，這樣做是以增強(qiáng)信道的損傷為代價(jià)的。重要的是減少(減至最小)傳送比特的數(shù)目被正確地接收。對(duì)于當(dāng)代低比特率話音編碼器來(lái)說(shuō)，小于百分之一的誤碼率(由于噪聲或信道衰落)可使一個(gè)未保護(hù)的信號(hào)變成不可懂的。在普通的地面移動(dòng)通路中，由于多路徑衰落，取得這樣低的誤碼率是特別困難的。因此通常的做法是對(duì)傳送的信號(hào)附加上差錯(cuò)編號(hào)以允許代表話音信號(hào)的比特的差錯(cuò)檢測(cè)或校正。但是，附加的編碼增加了傳送比特的數(shù)目，而且進(jìn)一步降低系統(tǒng)的頻譜效率。某些設(shè)計(jì)者試圖通過(guò)對(duì)傳送比特的子集進(jìn)行選擇地編碼來(lái)補(bǔ)償這種損失。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要提供一種傳輸信息的方法，這種信息在話音編碼器中已處理了，當(dāng)在恢復(fù)的信號(hào)中提供優(yōu)良的音質(zhì)的同時(shí)，該方法可滿足可靠性和最大的頻譜效率的綜合通信目標(biāo)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)信息信號(hào)如話音信號(hào)使用一個(gè)子頻帶編碼器進(jìn)行取樣，量化和數(shù)字處理。由子頻帶編碼器產(chǎn)生的數(shù)字處理的樣值被調(diào)制到一條通信信道上，以產(chǎn)生信道符號(hào)，信道符號(hào)具有正比于各個(gè)數(shù)字處理樣值的特性(最好是樣值的幅度)的調(diào)制幅度。在高信號(hào)強(qiáng)度的期間內(nèi)，這種信道調(diào)制技術(shù)提供接收器的數(shù)字處理樣值的很好的估計(jì)。這便于接收器的話音再生，因而提供一個(gè)較高質(zhì)量的話音信號(hào)。當(dāng)接收的信號(hào)降低時(shí)，數(shù)字處理樣值估計(jì)的精確性降低這樣使得再生的話音相對(duì)于該信號(hào)的總衰減適當(dāng)?shù)亟档?。在一個(gè)無(wú)線頻率傳輸實(shí)施例的內(nèi)容中看到，在提供改善的頻譜效率的同時(shí)，本發(fā)明的總效果提供對(duì)噪聲惡化的堅(jiān)固性(robustness)。
本發(fā)明的另一方面，提供數(shù)字處理樣值的加密以保證通信秘密。
最后，本發(fā)明的另一方面，有線的實(shí)施例是標(biāo)準(zhǔn)的(未補(bǔ)償?shù)?窄帶電話通路(該通路沒(méi)有低頻響應(yīng))提供頻譜有效的通信(包括加密)。


圖1是本發(fā)明的無(wú)線頻率編碼器的方框圖;
在本發(fā)明優(yōu)選的無(wú)線頻率(RF)的實(shí)施例中，信息信號(hào)被取樣，量化和數(shù)字處理以減少信息信號(hào)占用的帶寬，因而允許多達(dá)四個(gè)這種處理的信號(hào)(該信號(hào)可以是加密的)在單條的25KHz的地面移動(dòng)通信信道上傳送。
在優(yōu)選的有線實(shí)施例中，話音信號(hào)被取樣，量化和數(shù)字處理。但是，這些數(shù)字處理的樣值用來(lái)產(chǎn)生多個(gè)副載波信號(hào)，該信號(hào)處在標(biāo)準(zhǔn)的(未補(bǔ)償?shù)?窄帶電話通路的可用帶寬中心用于通信。多個(gè)符號(hào)同時(shí)在該信道上傳送。每個(gè)符號(hào)用一個(gè)不同副載波并具有與單個(gè)數(shù)字處理的樣值的特性成正比的調(diào)制幅度?？傞_(kāi)銷(xiāo)數(shù)據(jù)也用這些副載波調(diào)制。根據(jù)本發(fā)明，可提供加密以在標(biāo)準(zhǔn)的(未補(bǔ)償?shù)?電話線路上提供保密通信信道。
無(wú)線頻率編碼器現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，優(yōu)選的無(wú)線頻率編碼器100以方框圖形式表示出來(lái)。工作時(shí)，一個(gè)信息信號(hào)如一個(gè)話音信號(hào)用一個(gè)模數(shù)(A/D)變換器(圖中未示出)進(jìn)行取樣和量化，該變換器給編碼器(100的一個(gè)輸端口102提供信息信號(hào)的二進(jìn)制表示(最好經(jīng)過(guò)每秒8000個(gè)樣值的PCM)。數(shù)字化的樣值被發(fā)送到多個(gè)子頻帶濾波器(104-119)，每個(gè)濾波器具有250Hz的帶寬以提供多個(gè)信息信號(hào)的“子頻帶”。這種濾波器在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，最好包括多相位或正交鏡象濾波器，在相鄰的頻帶之間，該濾波器具有抗干擾的特性。因此，濾波器104占用的頻率從直流到250Hz，濾波器105占用250-500Hz的頻帶，以此類(lèi)推直到濾波器119，該濾波器占用3750-4000Hz頻帶。
如圖1中所示，目前的技術(shù)水平把信息信號(hào)均分為16個(gè)頻帶。
圖2是圖1的分配選擇器的方框圖;
圖3是圖2的矢量編碼器的方框圖;
圖4a是本發(fā)明的優(yōu)選的子幀信道格式圖解;
圖4b是話音信號(hào)和干擾噪聲的圖解;
圖5是本發(fā)明的無(wú)線頻率譯碼器的方框圖;
圖6是圖5的分配譯碼器的方框圖;
圖7是本發(fā)明的有線編碼器的方框圖;
圖8是本發(fā)明的有線譯碼器的方框圖;
圖9是使用圖1的編碼器和圖5的譯碼器無(wú)線頻率發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的方框曬;
圖10是優(yōu)選的入站-中繼器和出站-移動(dòng)單元時(shí)分復(fù)用RF信道規(guī)程的說(shuō)明。
圖11a是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行加密的無(wú)線頻率發(fā)射機(jī)的方框圖;
圖11b是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行加密的無(wú)線頻率接收機(jī)的方框圖;
圖12a-d是本發(fā)明的優(yōu)選的加密技術(shù)的圖解。
本發(fā)明起著減少信息信號(hào)如話音，視頻，遙測(cè)或類(lèi)似信號(hào)所占用的傳輸帶寬的作用，這些信號(hào)包含或可能適于包含冗余頻譜或其他不需要的信息。對(duì)信息信號(hào)進(jìn)行取樣，量化和數(shù)字處理，以產(chǎn)生數(shù)字處理的樣值。通信信道以數(shù)字處理的樣值進(jìn)行調(diào)制來(lái)產(chǎn)生信道符號(hào)，它具有與各個(gè)數(shù)字處理樣值特性正比的調(diào)制幅度。根據(jù)本發(fā)明，最佳的發(fā)送信號(hào)包括信道符號(hào)和總開(kāi)銷(xiāo)數(shù)據(jù)，該信號(hào)可用來(lái)同步接收和轉(zhuǎn)發(fā)有關(guān)信息信號(hào)正確再生的信息。可選擇地，數(shù)字處理的樣值可以規(guī)格化，壓擴(kuò)或加密以提供頻譜有效的通信系統(tǒng)，在高信號(hào)強(qiáng)度期間該系統(tǒng)具有良好的信號(hào)質(zhì)量并顯示出對(duì)發(fā)送信號(hào)的噪聲惡化的堅(jiān)固性。根據(jù)本發(fā)明，如果信息信號(hào)是一個(gè)話音信號(hào)，有幾個(gè)濾波器(104和116-119)不需要使用，因?yàn)榕c這些濾波器相關(guān)的頻譜中的話音能量的總量很小或?qū)υ诮邮諜C(jī)中正確再生(合成)話音信號(hào)是不需要的。對(duì)于其他信息信號(hào)(如視頻信號(hào)或遙測(cè)信號(hào))，根據(jù)信息信號(hào)未處理的頻譜特性和希望恢復(fù)的信號(hào)質(zhì)量，可能要求16個(gè)濾波器作另一種安排。無(wú)論如何，所選的濾波器經(jīng)過(guò)十中取一裝置(121-136)接到一個(gè)分配選擇器(120)。對(duì)于話音編碼器，濾波器(105-115)經(jīng)過(guò)十中取一裝置(122-132)接到分配選擇器(120)。
十中取一裝置把數(shù)字濾波樣值的取樣速率減少到原來(lái)的16分之一。通過(guò)放慢處理的速率，十中取一裝置減少了功率消耗，存儲(chǔ)裝置的要求和減輕后面幾級(jí)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。因此，本發(fā)明把每個(gè)濾波器的輸出取樣值的速率減少到原來(lái)的16分之一。當(dāng)然，根據(jù)具體的實(shí)施，可以選擇其他的十中取一的速率。
分配選擇器(120)探查每個(gè)十中取一濾波器輸出的預(yù)先確定的部分(最好15個(gè)樣值相應(yīng)于話音的30ms)以識(shí)別該濾波器的預(yù)先確定的子集，它具有主要能量值。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，選擇了四個(gè)濾波器用于傳輸。剩余的七個(gè)未被選的濾波器頻帶被探查以確定在未被選的頻帶中的能量總量有關(guān)的能量值。最后，分配選擇器(120)形成了一個(gè)掩蔽矢量(149)，它包括識(shí)別四個(gè)被選用濾波器的一個(gè)數(shù)字碼，使得接收機(jī)可恰當(dāng)?shù)睾铣稍撔畔⑿盘?hào)。
四個(gè)被選用濾波器的每一個(gè)都有發(fā)送到正規(guī)化裝置(138，140，142和144)的十五個(gè)樣值，它把每個(gè)被選用濾波器的十五個(gè)樣值定在某些最大幅度范圍內(nèi)。最好是，每個(gè)正規(guī)化裝置(138，140，142和144)工作時(shí)樣值的幅度按6dB步進(jìn)增加，直到確定下一次增加6dB時(shí)將超過(guò)一個(gè)預(yù)定的門(mén)限值時(shí)為止。四個(gè)被選用濾波器的每個(gè)濾波器的這個(gè)放大(正規(guī)化)系數(shù)徑路由(139，141，143和145)到正規(guī)化選擇器(148)該正規(guī)化選擇器(148)工作以選擇由正規(guī)化裝置(138，14140，142和144)提供的最低正規(guī)化系數(shù)，以調(diào)節(jié)((正規(guī)化)七個(gè)未選的濾波器的能量值。相應(yīng)地，根據(jù)最低正規(guī)化系數(shù)，正規(guī)化裝置(150-162)對(duì)分配選擇器(120)提供的每個(gè)能量值進(jìn)行均勻調(diào)節(jié)。最低正規(guī)化系數(shù)的最佳選擇防止在發(fā)射機(jī)的限幅在接收機(jī)處，干擾能量樣值的任何雜音或其他不利的現(xiàn)象將被這個(gè)正規(guī)化系數(shù)衰減以減少其影響。根據(jù)本發(fā)明，正規(guī)化了能量值不與門(mén)限值比較，因?yàn)槌^(guò)該門(mén)限值的能量值的影響對(duì)恢復(fù)話音質(zhì)量一般是無(wú)害的。其原因是在未被選的濾波器中該能量值一般是很低的。當(dāng)然這是未被選的濾波器沒(méi)有被分配選擇器(120)選擇的原因。
正規(guī)化的被選用濾波器的樣值，它們的正規(guī)化系數(shù)，正規(guī)化的能量值和掩蔽矢量(149)都發(fā)送到復(fù)用器(164)。復(fù)用器(164)的功能是把這些信號(hào)安排成子幀的格式，最終被調(diào)制到一個(gè)RF通信信道上。這些信號(hào)的最佳安排(圖4a)由該復(fù)用器(164)在一個(gè)輸出端口(166)上提供該端口可以接到一個(gè)模擬的或數(shù)字的多電平調(diào)制設(shè)備(圖中未示出)用于調(diào)制到一個(gè)RF通信信道上。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，表示了該編碼器(100)的分配選擇器(12(120)的方框圖。從濾波器2(105)到濾波器12(115的十中取一濾波器樣值由能量計(jì)算機(jī)(200-220)接收〔回想一下，濾波器1(104)和13-16(116-119)在本發(fā)明優(yōu)選的話音編碼器的實(shí)施例中是不用的〕。該能量計(jì)算機(jī)(200-220)是常規(guī)型的裝置，并最好包括平方與求和型的設(shè)備或由軟件規(guī)程完成的等效的功能。每個(gè)能量計(jì)算機(jī)(200-220)提供一個(gè)數(shù)值，該值與相關(guān)的各個(gè)濾波器頻帶中的能量總值成正比。這些值耦合(222-242)到矢量編碼器(244)，該編碼器工作以提供四比特的二進(jìn)制掩蔽矢量(149)，它識(shí)別四個(gè)被選用的濾波器。該掩蔽矢量(149)耦合(246-252)到一個(gè)交叉點(diǎn)矩陣(254)，該矩陣確定四個(gè)被選用濾波器(由掩蔽矢量識(shí)別)到四個(gè)相應(yīng)的輸出端口(256-262)的路由。代表七個(gè)未被選的濾波器的每個(gè)能量值的信號(hào)(與實(shí)際的濾波器樣值相反)被發(fā)送到其他的輸出端口(264-276)。這樣，只有從四個(gè)濾波器輸出的樣值(即使正規(guī)化了)和代表未被選濾波器能量的能量值(也已正規(guī)化了)被調(diào)制到用于傳輸?shù)耐ㄐ判诺郎稀?br> 現(xiàn)在參見(jiàn)圖3，表示了矢量編碼器(244)的方框圖。從十一個(gè)話音編碼器濾波器(F2-F12)來(lái)的能量值(222-242)根據(jù)圖3的表1(1表示連接)連接到16個(gè)加法器(300-330)。因此，例如濾波器12的能量值(242)接到加法器S10(318)和濾波器12的能量值(242)接到加法器S1S10(318)和S16(330)。加法器(300-330)加上接到它們的能量值，并把加數(shù)提供給選擇器(332)，它從116個(gè)加數(shù)中選擇最大的加數(shù)。具有最大值的加法器內(nèi)選擇器(332)指定為邏輯1，而其余的加法器將被指定為邏輯0(或是反之亦然)。該選擇器(332)被接(333)到16中取一的二進(jìn)制變換器(334)，它提供一個(gè)四比特?cái)?shù)字碼，該數(shù)字碼指明16個(gè)加法器中的一個(gè)特別的加法器具有最大的被加的能量值。包括掩蔽矢量(149)的二進(jìn)制數(shù)可以標(biāo)出(根據(jù)圖3的表1)以識(shí)別四個(gè)被選用濾波器。這樣，例如，如果加法器7(312)被識(shí)別為有最大加數(shù)的加法器，則濾波器2，3，5和6包括被選用的四個(gè)濾波器。
通常地，十一個(gè)獨(dú)立的濾波器的任何四個(gè)濾波器的選擇產(chǎn)生330個(gè)可能的四的組合。應(yīng)用現(xiàn)代信息理論，可用各種計(jì)數(shù)算法把這330個(gè)可能的組合編碼為9個(gè)數(shù)字比特。但是，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，在音頻頻帶上話音信號(hào)的能量值不是隨機(jī)出現(xiàn)的。這就是，四個(gè)濾波器的所有的可能組合不可能均等地出現(xiàn)。因此，四個(gè)被選用濾波器不是獨(dú)立的，而且表明，假定第一濾波器被選擇了，則有可測(cè)量的概率，預(yù)定的其他濾波器將具有話音信號(hào)基本的能量值。其原因包括話音聲音(即元音)的實(shí)現(xiàn)，主要的頻譜信息僅僅分布在幾個(gè)經(jīng)常選擇的濾波器頻帶內(nèi)。對(duì)于無(wú)聲的話音(即輔音)，包含主要能量的濾波器頻帶不是決定性的，正如下面將要說(shuō)明的，因?yàn)樵诮邮諜C(jī)處未被選的濾波器充滿著噪聲以再生類(lèi)似無(wú)聲話音的噪聲。因此，它可表明，330種可能組合的120種選擇產(chǎn)生99%概率選擇正確的濾波器。但是，對(duì)于具有自然聲音可再生的話音來(lái)說(shuō)，這樣的最佳化程度是不需要的。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將四個(gè)濾波器的可能安排只限于圖3的表1指定的16種組合，良好的音質(zhì)具有合乎需要的揚(yáng)聲器識(shí)別的特性并提供自然的聲音豐滿度。此外，掩蔽矢量要求的符號(hào)的數(shù)目也已稀少50%以上16種可能的組合只需要四個(gè)符號(hào)，因此全部330種可能的組合需要9個(gè)符號(hào)。頻譜的效率因而提高了。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4a，表示了優(yōu)選的子幀格式(400)。子幀格式(400)包括由4比特的掩蔽矢量構(gòu)成的80個(gè)符號(hào)，掩蔽矢量由矢量編碼器(244)產(chǎn)生，它被編碼具有掩蔽奇偶比特(404)提供在該掩蔽中檢測(cè)差錯(cuò)的一種方法。由于該掩蔽識(shí)別四個(gè)被選用濾波器，因此該接收機(jī)和正確地譯碼是重要的，四個(gè)濾波器是接收發(fā)送的樣值。在掩蔽奇偶比特之后，四個(gè)被選用濾波器的每個(gè)濾波器的正規(guī)化系數(shù)，以?xún)蓚€(gè)三元(三電平)信號(hào)傳送，該系統(tǒng)是由正規(guī)化裝置(138，140，142和144)提供的。正如已知道的，兩個(gè)三元符號(hào)可以識(shí)別九個(gè)不同的正規(guī)化系數(shù)。因?yàn)樵趦?yōu)選的實(shí)施例中，正規(guī)化每步是6dB，因此提供了54dB(9×6)的動(dòng)態(tài)范圍。但是，可以使用其他的安排方法。因此，第一個(gè)被選用濾波器(SF1的正規(guī)化值有兩個(gè)三元信號(hào)(406)，它后面是濾波器SF2(408)，SF3(410)的兩個(gè)三元信號(hào)，最后是SF4(4(412)的三元信號(hào)。接著，未被選的濾波器的正規(guī)化能量值(414)的每個(gè)值都以單個(gè)符號(hào)傳送(回想一下，這些能量值的正規(guī)化常數(shù)不需要傳送，因?yàn)樵摻邮諜C(jī)將選擇傳送的正規(guī)化值最低的選擇濾波器)。在這之后，傳送從四個(gè)被選用濾波器中的一個(gè)濾波器(它可能是正規(guī)化的)來(lái)的十五個(gè)樣值。二進(jìn)制掩蔽比特，三元正規(guī)化系數(shù)，能量值的符號(hào)和濾波器樣值一起構(gòu)弱了本發(fā)明的80個(gè)符號(hào)子幀格式。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4b，表示了調(diào)制在通信信道的單個(gè)信道符號(hào)(424)的例圖。最好是這樣值已進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，以提供一個(gè)8比特(256電平)多電平的信號(hào)，該信號(hào)調(diào)制幅度正比于計(jì)算的正規(guī)化濾波器樣值的實(shí)際值。
樣值調(diào)制的程序用于傳送正規(guī)化計(jì)算的能量樣值的幅度。另一種是，濾波器樣值和能量樣值可用普通的模擬技術(shù)調(diào)制到通信信道上。這些程序在把多于單個(gè)比特的信息編碼為單個(gè)的信道符號(hào)時(shí)是有好處的，但是避免了在普通多電平數(shù)據(jù)傳輸中的不利的事，在該傳輸中數(shù)據(jù)譯碼是以出現(xiàn)噪聲而折衷的。
為了說(shuō)明本發(fā)明提供的抗噪聲度，假定一個(gè)典型的噪聲信號(hào)(426)干擾信道符號(hào)(424)。根據(jù)噪聲信號(hào)的幅度和極性，被干擾信道符號(hào)可獲得與噪聲范圍的頂部(430)一樣高的幅度或與噪聲范圍的下部(428)一樣低的幅度。如果噪聲波動(dòng)是適中的，在該接收機(jī)處對(duì)再生話音只有很小的影響，因?yàn)樵谡扔谠摳蓴_噪聲信號(hào)的恢復(fù)的樣值中將只出現(xiàn)一個(gè)誤碼。因此，代替在普通編碼方案中很平凡的復(fù)雜而廣泛誤碼的編碼方法，本發(fā)明將數(shù)字處理的樣值以信道符號(hào)傳送到通信信道，這樣任何干擾參數(shù)只產(chǎn)生殺壤幕指囪檔奈蟛?。震q吞峁┝嗣饈茉肷推淥氖д媯誆煥拇涮跫攏市斫郵盞男藕胖柿渴實(shí)苯檔汀Ｒ虼?，根据强的洁]招藕毆ぷ韉慕郵棧捎辛己玫幕指蔥藕胖柿?，因为从兄Z婪嘔指吹難滌θ⊙土炕?，理蠚柝，栽枹射机处提供与原数讏?zhí)淼難迪嗤鬧?。螕]誑拷ㄐ擰氨咴怠鋇厙?guó)的洁]棧贍芫哂懈笤肷幕指蔥藕?，因为从兄Z婪諾玫降難狄丫桓扇帕恕Ｍü鮮穌婊潭冉徊郊跎倭嗽肷撓跋?。蕦?dǎo)噬希魏位指囪檔牟畬磯際且哉扔謖婊凳甓鵲?，该系数与话音能量有关。因绰柕现翑\行У腦肷詒巍
無(wú)線頻率譯碼器現(xiàn)在參見(jiàn)圖5，無(wú)線頻率話音譯碼器的實(shí)施例(500)以方框圖形式表示出。當(dāng)然，大多數(shù)的編碼器/譯碼器裝置都是這樣的，該譯碼器(500)總的目的是將由編碼器(199)提供的編碼過(guò)程顛倒過(guò)來(lái)。因此，接收的包括子幀信息的符號(hào)(見(jiàn)圖4a優(yōu)選的子幀格式)被取樣，量化，二進(jìn)制樣值表示送入譯碼器(500)的輸入(502)用于合成信息(話音)信號(hào)。在最初，分路器(504)將串行傳輸?shù)男畔⒎纸鉃槠叫懈袷?，包括四個(gè)被選用濾波器(506-512)的各個(gè)濾波器的十五個(gè)樣值，它們相關(guān)的正規(guī)化系數(shù)(514-520)，未被選的濾波器(522-534)的七個(gè)能量樣值)，當(dāng)然還有掩蔽矢量(536)，該矢量識(shí)別四個(gè)被選用濾波器。所有的這些信號(hào)都由一個(gè)分配譯碼器(538)接收，該譯碼器對(duì)濾波器樣值和能量樣值進(jìn)行去正規(guī)化(de-normalizes)，將濾波器樣值發(fā)送到一個(gè)適當(dāng)?shù)慕邮諡V波器(557-567)。每個(gè)未被選的濾波器都“充滿”隨機(jī)噪聲，該噪聲被調(diào)節(jié)在相應(yīng)于能量樣值幅度的一個(gè)合適的幅度上，以改善可懂音頻質(zhì)量，因此避免了“不真實(shí)”或不自然的聲音并且掩蔽了各種人為的聲音。
分配譯碼器(538)將這些信號(hào)每一個(gè)信號(hào)提供給一個(gè)插入器(541-551)，該插入器將樣值的取樣速率增加一個(gè)倍數(shù)，該倍數(shù)相應(yīng)于發(fā)射機(jī)十中取一的速率(在優(yōu)選的實(shí)施例中為十六倍)?；叵胍幌?，普通十六個(gè)子頻帶的情況，第一和第十三至第十六在本發(fā)明的話音編碼實(shí)施例中是不用的。因此，對(duì)于話音信號(hào)來(lái)說(shuō)，插入器(540)和(552-555)是不需要的。上取樣信號(hào)發(fā)送到數(shù)字實(shí)現(xiàn)的子頻帶濾波器組(556-571)，它的帶寬和頻譜位置和編碼器(100)的濾波器(105-115)一致。每個(gè)濾波器(557-567)的濾波輸出組合起來(lái)以合成話音信號(hào)，該信號(hào)在譯碼器(500)的一個(gè)輸出端口輸出。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6，圖中表示了分配譯碼器(538)。四個(gè)被選用濾波器(506-512)中的每個(gè)濾波器的十五個(gè)樣值分別接入一個(gè)去正規(guī)化裝置(600-606)，它接收正規(guī)化系數(shù)(514-520)作為第二個(gè)輸入，并工作以調(diào)整樣值。每個(gè)正規(guī)化系數(shù)(514-512)還接到一個(gè)選擇電路(607)，它選擇最低的正規(guī)化系數(shù)，經(jīng)過(guò)去正規(guī)化裝置(610-622)調(diào)整7個(gè)未被選的能量樣值(522-532)。每個(gè)去正規(guī)化的樣值接到普通型的交叉點(diǎn)矩陣(632)。因此，交叉點(diǎn)矩陣(632)接收(624630)掩蔽矢量(536)。掩蔽矢量(536)確定四個(gè)被選用濾波器和七個(gè)未被選濾波器到十一個(gè)輸出端口(638-647)的輸出安排。每個(gè)輸出端口(638-647)包括或者是濾波器樣值或者是能量樣值的一個(gè)輸出口(根據(jù)該濾波器被選了或未被選)。當(dāng)然，對(duì)被選用濾波器來(lái)說(shuō)，濾波器樣值將從交叉點(diǎn)矩陣(632)的輸出端口提供，因?yàn)楸贿x用濾波器的能量級(jí)不被傳送。相反地，未被選濾波器的輸出端口將有能量樣值，但沒(méi)有濾波器樣值。
從輸出端口(638-647)來(lái)的每個(gè)能量樣值接入正規(guī)化裝置(648-658)，用于控制由噪聲發(fā)生器(659-669)提供的隨機(jī)噪聲的幅度。這樣安排提供與未被選濾波器能量幅度成正比的調(diào)整的噪聲信號(hào)。通過(guò)未被選濾波器的強(qiáng)制調(diào)整的噪聲信號(hào)接近于類(lèi)似噪聲的無(wú)聲的聲音(即輔音)，它提供一個(gè)按豐滿的和更可識(shí)別的合成話音信號(hào)。噪聲源(659-669)可將信號(hào)源分給十一個(gè)濾波器的每個(gè)濾波器，或者它們可以是單個(gè)噪聲源，發(fā)送到所有的正規(guī)化裝置(648-658)，或者隨機(jī)噪聲可由合適的軟件算法產(chǎn)生。
濾波器樣值和正規(guī)化的隨機(jī)噪聲接入傳輸門(mén)電路對(duì)(670/670′-680/680′)。每個(gè)傳輸門(mén)電路(670′-680′)有一個(gè)相關(guān)的反向器(681-691)，安排成使每一傳輸門(mén)電路對(duì)有一個(gè)相應(yīng)的通/斷裝置。即，如果傳輸門(mén)電路(670)是導(dǎo)通時(shí)，傳輸門(mén)電路670′是斷開(kāi)(反之也一樣)。傳輸門(mén)電路對(duì)由十一條控制線(692)控制，它由只讀存儲(chǔ)器(ROM)查找表提供。ROM查找表(634)根據(jù)圖3的表1將四比特掩蔽矢量(536)安排給十一條控制線(692)。這樣，四個(gè)被選用濾波器的濾波器樣值和每個(gè)未被選濾波器的正規(guī)化隨機(jī)噪聲都環(huán)⑺偷郊臃ㄆ鰨 95a-k)。由于傳輸門(mén)電路對(duì)安排成一個(gè)交替裝置，加法器(695a-k)或者將濾波器樣值或者將調(diào)整的隨機(jī)噪聲傳遞給圖5的插入器(541-551)。
雖然為方便起見(jiàn)編碼器(100)和譯碼器(500)(分別在圖1和5)以硬件方框圖進(jìn)行了說(shuō)明，但是普通技術(shù)人員懂得，這些器件最好的具體實(shí)施例可以包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，例如莫托羅拉公司生產(chǎn)的DSP56000或它的功能相當(dāng)?shù)?。因此，本發(fā)明通過(guò)使用單獨(dú)地或與一個(gè)外部微處理機(jī)一起的DSP的計(jì)算能力以改善本發(fā)明的話音編碼裝置的可靠性可提供另外的優(yōu)點(diǎn)。
正如結(jié)合圖4a和4b所討論的，本發(fā)明的優(yōu)選的子幀格式包括80個(gè)符號(hào)，其中只有一個(gè)符號(hào)代表奇偶符號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)能量符號(hào)或?yàn)V波器樣值沒(méi)有提供附加的差錯(cuò)保護(hù)或其他的編碼方法。因此很明顯，本發(fā)明只傳送本發(fā)明的譯碼器(500)要求的基本信息。但是，長(zhǎng)時(shí)間極度的衰落可能對(duì)傳輸信號(hào)的正確接收有不利的影響。因此，本發(fā)明期待著“歷史表”的產(chǎn)生和維護(hù)，該表存儲(chǔ)從前面接收的幾個(gè)子幀得到的信息。另外，這個(gè)信息可具有一個(gè)相關(guān)的加權(quán)系數(shù)以提供該信息可靠性的可信度的測(cè)量。這種加權(quán)系數(shù)例如可正比于在接收該特別子幀的瞬間的接收信號(hào)強(qiáng)度。這樣，接收的能量符號(hào)和正規(guī)化系數(shù)的歷史可被維持，而且從建立的歷史應(yīng)有一個(gè)標(biāo)志的偏差出現(xiàn)，譯碼器(500)可能不考慮有利于歷史值的偏差(或者是單個(gè)地或者是前面幾個(gè)值的平均值)。
本發(fā)明提供的歷史表方法是可行的，主要是因?yàn)槊總€(gè)子幀代表30ms的話音。話音編碼技術(shù)領(lǐng)域的人員將懂得，話音是一個(gè)特別獨(dú)特的信號(hào)，通過(guò)檢查其特性，可以看出話音圖中的標(biāo)志偏差在很短的期間內(nèi)一般不會(huì)出現(xiàn)。在識(shí)別話音信號(hào)的特性中，存儲(chǔ)在歷史表中的數(shù)值與加權(quán)的可信度一起，歷史表的每個(gè)單元是正確，本發(fā)明提供一種補(bǔ)償技術(shù)，不需要附加的差錯(cuò)校正或奇偶符號(hào)。如果采用特別的DSP有足夠的駐留RAM，則歷史表可以方便地存儲(chǔ)在芯片上。但是，DSP可能與片外RAM通信或可以接收由微處理機(jī)或類(lèi)似的控制器件提供的信息。
有線編碼器現(xiàn)在參見(jiàn)圖7，本發(fā)明的有線編碼器(700)以方框圖形式表示出來(lái)。有線編碼器(700)工作情況類(lèi)似于在它的輸入端(102)接收信息信號(hào)的RF編碼器(100)，并提供四個(gè)被選用濾波器的正規(guī)化的樣值七個(gè)未被選的濾波器的正規(guī)化能量值和識(shí)別濾波器安排的掩蔽矢量。但是，在有線編碼器(700)中，這些信號(hào)被提供給樣值變換裝置(Mapper)(702)。
樣值變換裝置(702)安排總開(kāi)銷(xiāo)數(shù)據(jù)和由六個(gè)濾波器(716-726)處理的樣值。類(lèi)似于結(jié)合圖1討論的數(shù)字濾波器，六個(gè)數(shù)字實(shí)現(xiàn)的濾波器中的每個(gè)濾波器具有250Hz的帶寬;最低的濾波器處在750-1000Hz的頻譜位置，即最高的濾波器頻譜位于2000-2250Hz。這些濾波器選擇用于將編碼的信息信號(hào)放在標(biāo)準(zhǔn)的(即未補(bǔ)償?shù)?電話線路可用帶寬的中心。當(dāng)然，其他的濾波器選擇也是可能的，但是，所述的頻譜位置是優(yōu)選的。在樣值變換裝置(702)與這些濾波器(716-726)之間是六個(gè)插入器(704-714)，在它們組合為一個(gè)輸出信號(hào)(728)之前，上述插入器增加這些信號(hào)的取樣速率。該插入器(704-714)的插入系數(shù)選擇為與由十中取一裝置(122-122)提供的系數(shù)相同(最佳的系數(shù)是16)。
上述結(jié)果產(chǎn)生六個(gè)同時(shí)的每個(gè)具有一個(gè)被調(diào)制的幅度，這樣以保持正比于數(shù)字處理的樣值。用于產(chǎn)生過(guò)程的子頻帶濾波器組的使用考慮了副載波的有效“存儲(chǔ)”(packing)，并將從一個(gè)副載波到一個(gè)相鄰的副載波的信息“泄漏”減少到最小。
在優(yōu)選的安排中，樣值變換裝置(702)將掩蔽矢量符號(hào)(402)，掩蔽奇偶符號(hào)(404)和三元正規(guī)化符號(hào)(406)(408)和(410)通過(guò)濾波器3(720)。同時(shí)，三元正規(guī)化系數(shù)(412)和七個(gè)能量值符號(hào)(414)通過(guò)濾波器4(722)。同時(shí)，被選用的濾波器1(416)的15個(gè)樣值通過(guò)第二濾波器(718)發(fā)送;被選用的濾波器2(418)的15個(gè)樣值通過(guò)濾波器5(724)發(fā)送;被選用的濾波器3(420)的15個(gè)樣值經(jīng)過(guò)濾波器1(716)發(fā)送;以及濾波器4(422)的樣值經(jīng)濾波器6(726)發(fā)送。還有，同步符號(hào)通過(guò)各個(gè)濾波器(716-726)在六個(gè)濾波器上分開(kāi)該同步圖(它也可用于均衡信道)。當(dāng)然，這些樣值和符號(hào)的其它安排可能的;唯一的要求目譯碼樣值變換裝置(828)完成如編碼樣值變換裝置(702)一樣的反面安排，用于正確的恢復(fù)。
有線譯碼器現(xiàn)在參見(jiàn)圖8，本發(fā)明的有線譯碼器(800)以方框圖的形式表示。接收的信號(hào)根據(jù)圖7的樣值變換裝置(702)安排格式，取樣，量化蒸發(fā)送給有線譯碼器(800)的輸入端口(802)。輸入端口(802)將接收的信號(hào)耦合到六個(gè)數(shù)字實(shí)現(xiàn)的濾波器(804-814)，而這些濾波器依次被耦合到十中取一裝置(816-826)。濾波器(804-814)的帶寬和頻譜位置同編碼器(700)的濾波器(716-726)一致，而且十中取一裝置(816-826)以等于發(fā)射機(jī)的插入率取出(優(yōu)選實(shí)施例的系數(shù)為16)。當(dāng)然，合適的量化和幀及符號(hào)必須在濾波過(guò)程之前或以后完成。
部分頻帶濾波的和取出的信號(hào)提供給樣值變換裝置(828)，該裝置提供樣值變換裝置(702)的逆分配功能。因此，四個(gè)被選用的濾波器(506-512)的15個(gè)濾波樣值，它們相關(guān)的正規(guī)化系數(shù)(514-520)，七個(gè)未被選濾波器(522-534)的正規(guī)化能量樣值和掩蔽矢量被發(fā)送到分配譯碼器(538)。從這點(diǎn)看，有線譯碼器(800)的工作類(lèi)似于結(jié)合圖5說(shuō)明的RF譯碼器(500)。合成的話音信號(hào)是在一個(gè)輸出端口(572)提供的。
正如對(duì)RF編碼器(100)和譯碼器(500)所敘述的，有線編碼器(700)和譯碼器(800)優(yōu)選的具體安排包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，例如莫托羅拉DSP56000。這樣“歷史表”補(bǔ)償裝置不考慮前面接收的特別信息電平的標(biāo)志偏差，可用于增強(qiáng)接收的有線信號(hào)的正確接收。
當(dāng)然，由于未補(bǔ)償?shù)碾娫捦返念l帶是如此窄，因此每次只能傳送一個(gè)信息信號(hào)。但是，當(dāng)使用加密以保證話音秘密時(shí)，提供了在有線情況下的真正改善。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)話音信號(hào)按圖7說(shuō)明的進(jìn)行話音編碼時(shí)，可提供總開(kāi)銷(xiāo)數(shù)據(jù)和樣值的加密(下面進(jìn)行更充分的討論)，在標(biāo)準(zhǔn)的(未補(bǔ)償?shù)?電話線路上當(dāng)前可用的帶寬內(nèi)保證全部話音秘密。通常有線數(shù)字加密技術(shù)一般要求很復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)器，特別是補(bǔ)償?shù)碾娫捑€路，和/或使用很低比特率的話音編碼器，該編碼器提供很差的話音再生。這樣就在話音秘密的可用性上嚴(yán)格制制了電話市場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明，可能已提供了話音秘密，而不需要特別的補(bǔ)償?shù)碾娫捑€路的代價(jià)。
無(wú)線頻率通信系統(tǒng)現(xiàn)在參見(jiàn)圖9，這是一個(gè)無(wú)線頻率發(fā)射機(jī)(900)與一個(gè)無(wú)線頻率接收機(jī)(902)在一條不理想的無(wú)線頻率通信信道(904)上通信的情況。該通信信道(904)被認(rèn)為是不理想的，在該信道中噪聲干擾，信號(hào)衰落和其它不利的現(xiàn)象在發(fā)送的信號(hào)上不同程度地不斷出現(xiàn)。
在發(fā)射機(jī)處，話音信號(hào)加在麥克風(fēng)(906)上，它接到一個(gè)A/D變換器，變換器對(duì)話音信號(hào)取樣和數(shù)字化。量化的話音信號(hào)樣值輸入到話音編碼器(100)，它工作情況如對(duì)圖1所述的敘述一樣。話音編碼器(100)將根據(jù)優(yōu)選的子幀格式(圖4a安排格式的信息提供給一個(gè)時(shí)分復(fù)用(TDM)幀格式器(909)。幀格式器(909)將該子幀安排成下面要更充分說(shuō)明的優(yōu)選的幀(信道)格式。TDM幀輸入到一個(gè)頻率調(diào)制器(914)(它最好包括合適的濾波以使占用帶寬減至最小)，頻率調(diào)制器將數(shù)字處理的(和濾波的)樣值變換為頻率調(diào)制的信道符號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，可以使用任何其它類(lèi)型的多電平數(shù)字或模擬調(diào)制，包括幅度調(diào)制，相位調(diào)制，或者幅度或角度次載波調(diào)制。在這之后，產(chǎn)生的信號(hào)被放大(916)并輸入到天線(918)經(jīng)過(guò)不理想的通信信道(904)發(fā)送。
在接收機(jī)處，天線(920)將該發(fā)送的信息傳送到一個(gè)預(yù)選器(922)，預(yù)選器將帶寬限制在該接收機(jī)(902)可用的頻譜范圍內(nèi)。從預(yù)選器(922)來(lái)的已濾波的接收信息通過(guò)下變頻器(924)從RF載波中取出變?yōu)橐粋€(gè)適當(dāng)?shù)闹蓄l(IF)。IF濾波器(926)進(jìn)一步限定接收信號(hào)的頻帶，該信號(hào)經(jīng)一個(gè)合適的FM解調(diào)器(928)解調(diào)。然后，在一個(gè)均衡器(930)中對(duì)該信息進(jìn)行均衡，均衡器工作以校正發(fā)送信息的時(shí)延和其它的干擾，這些是由于在調(diào)制器(914)中濾波、IF濾波和通信系統(tǒng)中其它已知的時(shí)延造成的。均衡的TDM幀再輸入到一個(gè)A/D變換器(923)，它將接收的符號(hào)變換為二進(jìn)制型式，它們可以使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行數(shù)字處理。在通路符號(hào)數(shù)字化以后，一部分或全部的均衡可以在DSP內(nèi)數(shù)字地執(zhí)行。當(dāng)然，必須恢復(fù)(934)合適的時(shí)鐘信號(hào)并提供給TDM幀去格式式器，該幀去格式器分析出要輸入到話音譯碼器(500)的子幀。話音譯碼器(500)的工作已結(jié)合圖5作了敘述，并且給D/A變換器(936)提供合成的話音信號(hào)。然后該合成話音信號(hào)輸入到揚(yáng)聲器(938)完成了恢復(fù)的過(guò)程。
RF信道規(guī)程現(xiàn)在參見(jiàn)圖10，圖中表示出了優(yōu)選的入站(即移動(dòng)單元至中繼器和出站(即中繼器至移動(dòng)單元)無(wú)線頻率信道規(guī)程。從圖10可看出，優(yōu)選的TDM時(shí)隙包括圖4a的八個(gè)子幀。每幀包括四個(gè)時(shí)隙。因此，四個(gè)話音消息可同時(shí)駐留在單個(gè)RF地面移動(dòng)通信信道中，該信道具有普通的25KHz的信道間隔。因此，其他的三個(gè)TDM時(shí)隙跟在圖10中所示的單5時(shí)隙之后。
入站信道規(guī)程(1002)有一個(gè)長(zhǎng)度相當(dāng)于39個(gè)符號(hào)的“保護(hù)時(shí)間”。該保護(hù)時(shí)間包括接收至發(fā)送(R/T)所要求的時(shí)間，以允許發(fā)射機(jī)的合成器改變頻率和穩(wěn)定，并允許功率放大器給出能量。R/T部分(1006)放在同步的圖(1008)之前，同步圖最好包括十六個(gè)符號(hào)的同步字，它標(biāo)志該時(shí)隙的開(kāi)頭。在同步字((1008)之后，發(fā)送八個(gè)信息子幀(1010-1024)。接著發(fā)送十六個(gè)符號(hào)的識(shí)別碼(1026)，它識(shí)別發(fā)送方。最后，在每個(gè)TDM時(shí)隙之后有九個(gè)符號(hào)的傳播許可(1028)，它允許近的和遠(yuǎn)的發(fā)送移動(dòng)單元的傳輸時(shí)延時(shí)間的偏差(由中繼器可看出)。正如前面提到的，在第一時(shí)隙(1002)之后，立即跟隨著三個(gè)相同的時(shí)隙，這樣每條信道容納四個(gè)話音。
四個(gè)時(shí)隙可以包括兩個(gè)全雙工的通話，四個(gè)轉(zhuǎn)接通話，或者一個(gè)全雙工和兩個(gè)轉(zhuǎn)接通話的任何組合。根據(jù)發(fā)送移動(dòng)單元的請(qǐng)求;自動(dòng)地根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況;或者例如由每天的時(shí)間確定的周期性的基準(zhǔn)，這些分配可以動(dòng)態(tài)地變化。當(dāng)然，在混合的話音/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)消息可以在一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸，以代替話音消息。
出站信道規(guī)程(1004)從一個(gè)點(diǎn)圖的48個(gè)符號(hào)開(kāi)始。(該點(diǎn)圖是普通的1-0-1等)通常傳送點(diǎn)圖使接收的移動(dòng)單元能得到比特(同步)。在點(diǎn)圖(1030)后面，發(fā)送十六個(gè)符號(hào)同步字(1032)，給接收的移動(dòng)單元提供同步標(biāo)記。在同步字(103(1032)之后，發(fā)送五符號(hào)的時(shí)隙ID(1034)，在這之后發(fā)送十一符號(hào)的監(jiān)視字(1036)。五符號(hào)時(shí)隙ID(1034)識(shí)別下一個(gè)時(shí)隙，這樣接收的移動(dòng)單元可以跟蹤被發(fā)送的那個(gè)時(shí)隙。十一個(gè)監(jiān)視符號(hào)(1036)控制時(shí)隙指定與分配，以實(shí)現(xiàn)如全雙工通話，轉(zhuǎn)接通話，數(shù)據(jù)消息以及改變其它的與在無(wú)線頻率信道上的通信控制有關(guān)的參數(shù)。在這監(jiān)視信息之后，發(fā)送八個(gè)子幀(1038-1052)，它包括單個(gè)的出站TDM時(shí)隙。如前面提到的，每幀四個(gè)TDM時(shí)隙可允許比普通的通信系統(tǒng)有四比一的頻譜改善。
加密現(xiàn)在參見(jiàn)圖11a，圖中以方框圖的形式表示出保密發(fā)射機(jī)(1100)。在圖11a中，表示了一個(gè)加密裝置(1101)，接到圖9的發(fā)射機(jī)(902)的一部分，其中話音信號(hào)加到麥克風(fēng)(906)上，它將聲能變換為電信號(hào)，由編譯碼器(1102)對(duì)其進(jìn)行取樣。編譯碼器將話音信號(hào)數(shù)字化，發(fā)送到編碼器(100)編碼器產(chǎn)生如在圖1-4a中所討論的子幀格式。但是，子幀格式的數(shù)據(jù)的總開(kāi)銷(xiāo)部分(402-412)被發(fā)送(1104)到數(shù)字保密器(1108)。該數(shù)字保密器(1108)可以是普通型的，而且可使用任何專(zhuān)有的加密算法對(duì)總開(kāi)銷(xiāo)信息加密，或者可使用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局公布的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)。這些被選用的濾波器(416-422)的每個(gè)濾波器的量化能量樣值(414)和十五個(gè)量化的濾波器樣值被發(fā)送(1106)到一個(gè)模數(shù)加法器(1110)。作為第二輸入，該模數(shù)加法器(1110)接收量化的加密矢量(表示為r)(1112)，它加到量化的濾波樣值(表示為x)上以得到一個(gè)加密的量化樣值(表示為S)。該加密技術(shù)采用隨機(jī)產(chǎn)生的量化加密矢量，該矢量模加在一個(gè)量化的信息樣值上，這種技術(shù)通常稱(chēng)為“樣值掩蔽”。
根據(jù)本發(fā)明的加密安排，數(shù)字加密的總開(kāi)銷(xiāo)和“樣值掩蔽”的量化能量及濾波樣值提供給TDM格式器(909)，格式器工作以安排TDM時(shí)隙(見(jiàn)圖10)。已格式的時(shí)隙信息被發(fā)送給任何適合的調(diào)制器，如圖9的調(diào)制器(914)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖11b，保密接收機(jī)(1126)包括接到該接收機(jī)(904)部分的一個(gè)加密裝置(1112)?；謴?fù)的TDM幀被取樣和量化(932)，并傳遞到一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)電路(934)，該電路提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(933)以便于恢復(fù)。已取樣的量化的TDM幀也輸入到TDM幀去格式器(935)，它將子幀發(fā)送到解密器件(1112)。解密是以和圖11a說(shuō)明的加密相似的方法完成的，通過(guò)將子幀的數(shù)字總開(kāi)銷(xiāo)部分發(fā)送(1114)到數(shù)字反擾碼器(1181)。當(dāng)然，必須采用適當(dāng)?shù)耐揭员ＷC發(fā)射機(jī)(1114和接收機(jī)(1124)的加密發(fā)生器同步地工作。樣值掩蔽的話音和能量樣值被發(fā)送(1116)到模數(shù)加法器(1120)，該加法器通過(guò)將加密的矢量(表示為S)減去掩蔽矢量“表示為r)(1122)來(lái)恢復(fù)原來(lái)的樣值(表示為x)。加密發(fā)生器(1124)和加密發(fā)生器(1114)基本上相似，提供被加上或減去樣值矢量的相同的掩蔽矢量(r)。解密的總開(kāi)銷(xiāo)和樣值部分提供給譯碼器(500)，它對(duì)該樣值進(jìn)行數(shù)字處理來(lái)再生話音信號(hào)。在D/A變換(936)以后，再生的話音信號(hào)加在揚(yáng)聲器(938)以完成恢復(fù)過(guò)程。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖12a，說(shuō)明樣值掩蔽技術(shù)的基本工作情況。開(kāi)始時(shí)一個(gè)8比特多電平樣值(1200)駐留在兩個(gè)門(mén)限(+A和-A)之間。這兩個(gè)門(mén)限可以很方便地設(shè)置成與對(duì)正規(guī)化的限值相同(結(jié)合圖1討論過(guò)的)，以保證最佳動(dòng)態(tài)范圍。256電平的樣值(x)(1200)被加(1202)在一個(gè)8比特的掩蔽矢量(r)(1204)上。掩蔽矢量(1204)是隨機(jī)的極性和幅度。在本例中，該和等于8比特多電平樣值掩蔽矢量(S)(1206)，它是將被發(fā)送的加密的樣值。
在圖12b中，說(shuō)明了另一個(gè)樣值掩蔽的例子。8比特的樣值(x)(1208)加到8比特掩蔽矢量(r)(1210)上，提供一個(gè)8比特的樣值掩蔽矢量(S)(1212)，該矢量駐留在門(mén)限內(nèi)。因此，不需要另外的操作，而且樣值掩蔽的矢量(S)可被傳送出去。
但是在圖12c中，當(dāng)8比特的樣值(x)(1214)加上8比特掩蔽矢量(r)(1216)上時(shí)，超出上限(+A)一個(gè)增量值(△)“1218)。因此，由于上限已經(jīng)超出了，加密的樣值““卷繞”通過(guò)下限(-A)相同增量值(△)(1218′)，通過(guò)設(shè)定該矢量(S)的8比特的符號(hào)和幅度可建立起樣值掩蔽的矢量(1220)以同由(1218′)識(shí)別的該范圍的上部相符合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，“卷繞”過(guò)程僅僅是一種模加的特征。
在圖12d中，當(dāng)8比特樣值(x)(1222)加上8比特掩蔽(r)(1224)時(shí)，就超出下限(-A)一個(gè)增量值(△)(1226)。因此，這個(gè)樣值“卷繞”上限(+A)相同的增量值(△)(1226′)，而且8赴特樣值掩蔽矢量(S)(1228)被安排成同下限超過(guò)的數(shù)值相符合。
這樣，量化的能量和濾波器樣值可被有效地掩蔽，提供的話音保密性可與由普通的二進(jìn)制加密系統(tǒng)提供的保密性相比。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，在結(jié)合RF編碼器(100)和譯碼器(500)討論加密器件(1101和1112)時(shí)，分別在樣值變換器(702)之前和樣值變換器(828)之后，通過(guò)配置加密器件(1101和解密器件(1112)，可以給有線編碼器(700)和有線譯碼器(800)提供加密，提供在標(biāo)準(zhǔn)的(即未補(bǔ)償?shù)?電話線路上完全的話音保密性。
權(quán)利要求
1.一種在通信信道上傳送一個(gè)信息信號(hào)的方法，包括下列步驟(a)至少部分信息信號(hào)進(jìn)行取樣和量化，以提供數(shù)字編碼的樣值其特征在于下列附加步驟(b)至少對(duì)部分上述數(shù)字編碼的樣值進(jìn)行處理以提供數(shù)字處理的樣值(c)至少使用一些上述數(shù)字處理的樣值調(diào)制一個(gè)通信信道以提供信道符號(hào)，這樣每個(gè)信道符號(hào)具有與各個(gè)數(shù)字處理的樣值的特性成正比的調(diào)制的幅度。
2.一種從發(fā)送的信號(hào)再生代表實(shí)際的信息信號(hào)的信息信號(hào)的方法，其中發(fā)送信號(hào)的特征是信道符號(hào)具有一個(gè)調(diào)制的幅度，它至少與處理的樣值或能量值的一個(gè)特性成正比上述方法的特性在于下列步驟(a)接收發(fā)送的信號(hào)和提供恢復(fù)的處理樣值及恢復(fù)的能量值(b)為每個(gè)恢復(fù)的能量值產(chǎn)生一個(gè)背景信號(hào)，該背景信號(hào)具有分別與上述恢復(fù)的能量值相關(guān)的幅度(c)處理上述恢復(fù)的處理樣值，提供數(shù)字編碼的樣值(d)將上述數(shù)字編碼的樣值和上述背景信號(hào)組合起來(lái)，提供一個(gè)組合的信號(hào)(e)對(duì)上述組合信漚惺 模擬變換，提供再生的信息信號(hào)。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步的特征在于上述調(diào)制步驟包括至少用一些上述處理樣值子集和至少用一些上述選擇的能量值去調(diào)制一條無(wú)線頻率的通信信道，提供上述信道的符號(hào)，每個(gè)上述信道符號(hào)具有一個(gè)調(diào)制的幅度，該幅度至少正比于上述各處理的樣值或能量值的一個(gè)特性。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步的特征在于上述調(diào)制步驟包括至少用一些上述處理樣值子集和至少用一些上述選擇的能量值去調(diào)制一條有線通信信道，提供上述信道信號(hào)，每個(gè)上述信道符號(hào)具有一個(gè)調(diào)制的幅度，該調(diào)制幅度至少與上述各處理的樣值或能量值的一個(gè)特性成正比。
5.一種編碼器，用于對(duì)信息信號(hào)進(jìn)行編碼和將它調(diào)制到一條通信信道上，包括用于至少對(duì)部分信息信號(hào)取樣和量化，以提供數(shù)字編碼樣值的裝置和進(jìn)一步的特征在于用于對(duì)上述數(shù)字編碼的樣值進(jìn)行數(shù)字的子頻帶編碼，以提供子頻帶編碼的樣值的裝置用于至少用一些上述子頻帶編碼的樣值去調(diào)制一條通信信道，以提供信道符號(hào)的裝置，以致每個(gè)信道符號(hào)具有一個(gè)調(diào)制的幅度，調(diào)制幅度與各個(gè)子頻帶編碼的樣值的一個(gè)特性成正比。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)信息信號(hào)，例如一個(gè)信息信號(hào)通過(guò)一個(gè)信息編碼器被取樣，量化和數(shù)字處理。由該編碼器產(chǎn)生的數(shù)字處理的樣值被調(diào)制到通信信道，以產(chǎn)生信道符號(hào)，該信道符號(hào)具有與各數(shù)字處理的樣值的一個(gè)特性成正比的調(diào)制幅度。提供了無(wú)線頻率(RF)傳輸?shù)膶?shí)施例和有線的實(shí)施例。在本發(fā)明的最后一方面，提供加密以保證通信秘密。
文檔編號(hào)H04B3/23GK1038193SQ8910370
公開(kāi)日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月3日
發(fā)明者科特金·邁克爾·戴爾, 范·丹霍伊維爾·安東尼·帕特里克, 克賴(lài)斯勒·肯尼思·詹, 希畢·布雷德利·邁克爾, 莫勒·勞倫斯·M, 波林·馬克·理查德 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司