專利名稱：同時(shí)進(jìn)行模擬和數(shù)字信通的應(yīng)用的制作方法
本申請(qǐng)涉及題目為“同時(shí)進(jìn)行模擬和數(shù)字通信”的專利申請(qǐng)，它與本申請(qǐng)具有相同的申請(qǐng)日。
本發(fā)明涉及模擬和數(shù)字信號(hào)的同時(shí)傳輸，更具體地涉及在非復(fù)用狀態(tài)下并在通常共同伸展的頻帶內(nèi)進(jìn)行的同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)話音和數(shù)據(jù)經(jīng)一信道同時(shí)傳輸時(shí)，典型地，通過頻分復(fù)用或時(shí)分復(fù)用進(jìn)行傳送。在頻分復(fù)用中，數(shù)據(jù)信道和話音信道被設(shè)置在信道帶寬的不同子頻帶上。這樣的例子是美國(guó)專利4，757，495，4，672，602和美國(guó)專利4，546，212。在時(shí)分復(fù)用的方案中，話音信號(hào)被取樣、被數(shù)字化并與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交錯(cuò)，以形成經(jīng)有效信道通信的單一信息流。實(shí)際上，每種數(shù)字載波系統(tǒng)(例如T1載波系統(tǒng))就是這樣的例子。
1985年4月16日公開的美國(guó)專利4，512，013提出了一種令人感興趣的方法，它接近于同時(shí)進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l分復(fù)用方法。該方法對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行濾波并把它加到一個(gè)已調(diào)制窄帶信號(hào)上，以形成被發(fā)送信號(hào)。該窄帶已調(diào)信號(hào)由一個(gè)用一載波調(diào)制的窄帶數(shù)字輸入信號(hào)產(chǎn)生，由此把頻率中的窄頻帶移到頻譜中幾乎沒有話音能量的位置上。在接收機(jī)處，根據(jù)在由已調(diào)數(shù)字信號(hào)占據(jù)的窄頻帶中話音能量是低的事實(shí)，通過適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)使該數(shù)字信號(hào)得到恢復(fù)。此后，已恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)被再調(diào)制、自適應(yīng)濾波并從接收的信號(hào)中減去。再調(diào)制的目的在于重復(fù)發(fā)信機(jī)的操作，而被自適應(yīng)濾波以表明信道特征。結(jié)果為所接收的話音。如上所述，該方法的一個(gè)突出特征(如第2欄第13-18行所述)在于“一個(gè)完整的模擬話音信號(hào)和一個(gè)已調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)能夠在正常模擬話音信號(hào)頻帶的部分內(nèi)通過該數(shù)據(jù)信號(hào)的復(fù)用經(jīng)一正常模擬信道被發(fā)送，在所述頻帶中話音信號(hào)是存在的，并且其功率密度特征是低的”。美國(guó)專利4，517，013的方法是半雙工的。
在調(diào)制解調(diào)器領(lǐng)域，通過把數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬形式再經(jīng)一信道傳送。在最基本的形式中，調(diào)制解調(diào)器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波(即使它在頻率中移動(dòng))以形成一個(gè)頻帶受限信號(hào)，并調(diào)制該信號(hào)以保留在通信信道的通帶內(nèi)。在電話學(xué)中，例如該通帶可以是在300Hz與3500Hz之間。為了增加已調(diào)信號(hào)的攜帶信息的容量，更加先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)器采用了正交調(diào)制。正交調(diào)制經(jīng)常被描述成二維信號(hào)空間。為發(fā)送話音信息的這種信號(hào)空間的使用在1992年1月14日公開的美國(guó)專利5，981，647中進(jìn)行了披露。
描述過這種信號(hào)空間的使用以發(fā)送數(shù)據(jù)和話音的文章是A-jashi等人的“經(jīng)單一電話信道的高速數(shù)字和模擬并聯(lián)傳輸技術(shù)”(見IEEETransactionsonCommunications， Vol.30.No.5，May，1992，pp.1213-1218)。不同于已有技術(shù)，這里模擬和數(shù)據(jù)信號(hào)被分解成不同的時(shí)隙(TDM)或不同的頻帶(FDM)，它們描述了把模擬和數(shù)據(jù)信號(hào)分成兩個(gè)不同的QAM系統(tǒng)的信道。這就是說，Ajashi等人建議用模擬信號(hào)調(diào)制同相(in-phase)信道，用數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制正交信道?；谶@種描述和對(duì)信道均衡的關(guān)心，Lim等人在“用于同時(shí)進(jìn)行模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)淖赃m應(yīng)均衡和相位跟蹤”(見BSTJ，Vol.60，No.9，Nov.1981，pp2039-2063)一文中對(duì)均衡器性能進(jìn)行了分析(1981年BSTJ論文引述了作為“未發(fā)表的”1982年IEEE論文的信息)。
目前還沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)通過QAM系統(tǒng)的兩個(gè)信道同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)和話音，并且也還沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)以全雙工方式、經(jīng)一個(gè)單一雙向頻帶有限通信信道同時(shí)利用數(shù)據(jù)和模擬信號(hào)進(jìn)行通信。
當(dāng)使用本發(fā)明的原理時(shí)，能同時(shí)進(jìn)行模擬信息和數(shù)字信息通信。一般說來(lái)，當(dāng)通信信道被作為一個(gè)多維空間考慮時(shí)，數(shù)字信號(hào)被分成多個(gè)碼元，并且這些碼元被映象到在它們之間具有一預(yù)置距離的信號(hào)空間。模擬信號(hào)(通常在幅度上被限于小于分離碼元距離的一半)被轉(zhuǎn)換成分量信號(hào)并且被加(即矢量加)到各碼元上。和信號(hào)然后被發(fā)送給接收機(jī)，在那里各碼元被檢測(cè)并從已接收的信號(hào)中減去，以產(chǎn)生模擬信號(hào)分量。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，進(jìn)入發(fā)送機(jī)部分的數(shù)字流被分成多個(gè)字，每個(gè)字被映象到一對(duì)碼元分量上。進(jìn)入發(fā)送機(jī)部分的模擬信號(hào)被取樣，并由每對(duì)連續(xù)的取樣構(gòu)成一組模擬矢量分量。各模擬矢量分量分別與各碼元分量相加，各分量之和被QAM調(diào)制，以形成輸出信號(hào)。各模擬取樣對(duì)能夠通過僅延遲模擬信號(hào)和對(duì)已延遲的和未延遲的型式取樣來(lái)產(chǎn)生。
在接收機(jī)處，信號(hào)首先被解調(diào)，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)檢測(cè)該數(shù)字信號(hào)。然后，被檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)從已接收的信號(hào)中減去，以形成多個(gè)模擬取樣對(duì)，它們被組合以重新構(gòu)成模擬信號(hào)。
線性均衡、回聲消除、預(yù)加重，以及其它在調(diào)制解調(diào)器領(lǐng)域公知的改善措施均可應(yīng)用在使用本發(fā)明原理的各實(shí)施例中。


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器的基本結(jié)構(gòu);
圖2示出用于圖1系統(tǒng)的信號(hào)空間和一個(gè)示例性的信號(hào)星座圖;
圖3示出一個(gè)QAM模擬系統(tǒng)的信號(hào)空間;
圖4示出一個(gè)交變的數(shù)字和模擬系統(tǒng)的信號(hào)空間;
圖5示出一個(gè)組合式數(shù)字和模擬系統(tǒng)的信號(hào)空間;
圖6表示用于組合式數(shù)字和模擬系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)部分的一個(gè)實(shí)施例;
圖7示出形成圖5的信號(hào)空間的矢量相加;
圖8表示一種正交調(diào)制方案;
圖9示出允許一個(gè)以上的模擬信號(hào)源被同時(shí)發(fā)送的裝置;
圖10示出響應(yīng)圖5所示的信號(hào)空間的接收機(jī)的主要部件;
圖11示出包括自適應(yīng)均衡器的接收機(jī)的方框圖;
圖12示出一個(gè)完整的調(diào)制解調(diào)器的方框圖;
圖13示出一個(gè)與圖12所示的調(diào)制解調(diào)器稍有不同的實(shí)施例;
圖14示出量化模擬取樣的一種結(jié)構(gòu);
圖15示出利用模擬取樣的偽隨機(jī)乘法的加密擾頻器的方框圖;
圖16示出被設(shè)置在調(diào)制解調(diào)器的模擬輸入端與模擬端口之間的處理器75，該處理器被用于執(zhí)行各種信號(hào)預(yù)處理功能，例如線性預(yù)測(cè)編碼;
圖17示出示例線性預(yù)測(cè)編碼的方框圖;
圖18示出示例性交替使用不同信號(hào)空間的方框圖;
圖19示出與軟件支持有關(guān)的被公開的調(diào)制解調(diào)器的使用情況;
圖20示出與設(shè)備診斷和維護(hù)有關(guān)的被公開的調(diào)制解調(diào)器的使用情況;
圖21示出具有與設(shè)備診斷和維護(hù)有關(guān)的被公開的調(diào)制解調(diào)器和與無(wú)線基站耦合的調(diào)制解調(diào)器一起使用的情況;
圖22示出與一呼叫中心有關(guān)的被公開的調(diào)制解調(diào)器的使用情況;
圖23示出被公開的調(diào)制解調(diào)器在交互式游戲環(huán)境中的使用情況;
圖24示出了被公開的調(diào)制解調(diào)器以交互公式與電視顯示器一起使用情況的方框圖;
圖25示出了在PCMCIA配置情況下被公開的調(diào)制解調(diào)器，適于包含在無(wú)線設(shè)備例如無(wú)線計(jì)算機(jī)中;
圖26示出被公開的調(diào)制解調(diào)器在包括可視功能的電話設(shè)備中的使用情況;
圖27示出被公開的調(diào)制解調(diào)器在傳真機(jī)中使用的情況;
圖28示出被公開的調(diào)制解調(diào)器在個(gè)人計(jì)算機(jī)的使用情況;
圖29示出被公開的調(diào)制解調(diào)器在“老式”電話中的使用情況;
圖30示出包括被公開的調(diào)制解調(diào)器和當(dāng)其不工作時(shí)將該調(diào)制解調(diào)器旁路的裝置的方框圖。
為了把本公開物放在上下文中，圖1示出調(diào)制解調(diào)器的最基本的方框圖，該調(diào)制解調(diào)器利用正交調(diào)制技術(shù)傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。虛線部分100是該調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機(jī)部分，虛線部分200是該調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)部分。具體地說，在圖1的發(fā)射機(jī)部分中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被施加到一個(gè)“1對(duì)2”映象器110，而映象器110產(chǎn)生兩個(gè)輸出，它們典型地被稱作同相和正交的取樣值。同相取樣值經(jīng)低通濾波器150被提供給調(diào)制器120，調(diào)制器120把所施加的信號(hào)與一個(gè)載波即圖1中的Sinwt相乘。正交取樣值經(jīng)低通濾波器160被施加到調(diào)制器130，調(diào)制器130把所施加的信號(hào)與另一個(gè)載波相乘。第二個(gè)載波與第一個(gè)載波正交，亦即coswt。濾波器150和160必須被頻帶受限在小于w，以便避免折疊，并且被頻帶限在至少為映象器110的輸出取樣速率倒數(shù)的一半。調(diào)制器120和130的輸出信號(hào)在部件140中相加，以產(chǎn)生該調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機(jī)部分的模擬信號(hào)。
在工作中，被施加到圖1所示裝置的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是一個(gè)比特流。部件110把輸入信號(hào)看作一個(gè)碼元流，并把每個(gè)碼元映像成一個(gè)同相模擬取樣值的一個(gè)正交模擬取樣值，所述的每個(gè)碼元都包括預(yù)選數(shù)量的連續(xù)比特。
本領(lǐng)域的專業(yè)人員經(jīng)常通過信號(hào)空間圖來(lái)描述圖1所示裝置所執(zhí)行的操作，如圖2中所示。X軸對(duì)應(yīng)一個(gè)載波信號(hào)(例如coswt)，Y軸對(duì)應(yīng)另一個(gè)載波信號(hào)(sinwt)。由部件110傳遞的同相和正交取樣值實(shí)際上在圖2的信號(hào)空間中確定了一個(gè)位置。因此，部件110能夠產(chǎn)生的這組可能的取樣值對(duì)應(yīng)著圖2的信號(hào)空間描述中的一組取樣點(diǎn)(即點(diǎn)的星座)。在圖2中通過圖示示出了一個(gè)4點(diǎn)信號(hào)星座。然而，眾所周知，人們能夠生成具有大量信號(hào)點(diǎn)的信號(hào)點(diǎn)星座。
按照?qǐng)D2所示的特定的點(diǎn)的星座，為了接收由圖1所示裝置調(diào)制的信號(hào)，只必須確認(rèn)被接收信號(hào)是在信號(hào)空間的第一、第二、第三或第四象限中。這意味著在被接收的信號(hào)中存在著很大的活動(dòng)余度，并且任何仍處在正確象限中的被接收信號(hào)被映象到該象限中的正確星座信號(hào)點(diǎn)。擴(kuò)展到其他(并且也許更大)的星座，信號(hào)空間能被分成多個(gè)區(qū)域，相應(yīng)于被接收信號(hào)定位的區(qū)域執(zhí)行接收機(jī)的判決。我們稱這些區(qū)域?yàn)椤班徑眳^(qū)域。
返回到圖1并說明調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)部分，已調(diào)信號(hào)被施加到解調(diào)器210。該解調(diào)器210恢復(fù)同相正交分量，并把它們施加給限幅器220。限幅器220把同相正交分量轉(zhuǎn)換成碼元，并且把這些碼元提供給“解映像”器230?！敖庥诚蟆逼?30把這些碼元映象成比特流，以形成被恢復(fù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。
如果沒有任何信號(hào)衰減(諸如由于信道中加入噪聲引起的)，則由解調(diào)器210接收的信號(hào)完全與由加法器140發(fā)送的信號(hào)相同，并且(由限幅器)發(fā)現(xiàn)該信號(hào)的各鄰近區(qū)域的判定是相對(duì)簡(jiǎn)單和無(wú)錯(cuò)誤的。然而，加到被發(fā)送信號(hào)上的噪聲使被接收信號(hào)在信號(hào)空間中移動(dòng)，并修改送到限幅器220的輸入。換句話說，加到經(jīng)該通信信道流動(dòng)的信號(hào)上的噪聲信號(hào)與圖2信號(hào)空間中的一個(gè)矢量信號(hào)相對(duì)應(yīng)，它被加到一個(gè)被發(fā)送的取樣點(diǎn)上。該被加矢量具有未知的幅度和未知的相位。隨后，被加噪聲把一個(gè)與信號(hào)空間中一個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的被發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)變成該信號(hào)空間中的一個(gè)區(qū)域。這種現(xiàn)象在圖2中用圓環(huán)11來(lái)描述。有人把這種圓環(huán)稱作“噪聲云”環(huán)繞被發(fā)送信號(hào)的信號(hào)空間。
根據(jù)以上描述很清楚，為了無(wú)差錯(cuò)地檢測(cè)被發(fā)送信號(hào)，鄰近區(qū)域必須是足夠的大，以環(huán)繞該噪聲云。因?yàn)楸话l(fā)送信號(hào)的平均能量典型地受到其他條件的限制，所以向信號(hào)星座覆蓋的由X和Y軸代表的無(wú)限空間的擴(kuò)展也受到限制。這一點(diǎn)在圖2中用圓環(huán)12表示。由圓環(huán)12強(qiáng)加的、與由噪聲條件強(qiáng)加的對(duì)鄰近區(qū)域大小的限制相關(guān)聯(lián)的限制，限制了在星座中被發(fā)送信號(hào)點(diǎn)的數(shù)量。
如上所述，可以看出在典型的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)中，允許的信號(hào)能量和所期望的信道合并的逼真度控制著星座的大小。噪聲較小的信道可允許較大的星座，而較大的星座允許較高的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過量。這導(dǎo)致了一個(gè)全新的觀念，即，利用所有的或基本上所有的可用信號(hào)空間來(lái)進(jìn)行信息的傳輸。按照這種全新的觀念，在圖3中示出了一個(gè)發(fā)射機(jī)信號(hào)空間，在該信號(hào)空間內(nèi)隨意地示出了多個(gè)信號(hào)點(diǎn)。這些點(diǎn)是用來(lái)說明發(fā)射機(jī)被允許發(fā)出的各種矢量的。不再有“點(diǎn)的星座”，其中在各星座點(diǎn)之間必須作出判決;這里僅具有完整的信號(hào)空間。換句話說，而不具有被映象到一信號(hào)空間內(nèi)的一固定星座上的數(shù)字信號(hào)，圖3描繪了被映象到一信號(hào)空間的模擬信號(hào)。當(dāng)構(gòu)成同相分量的模擬信號(hào)與構(gòu)成正交分量的模擬信號(hào)無(wú)關(guān)時(shí)，圖3中可行的信號(hào)空間可以是矩形的。
在認(rèn)識(shí)到按照?qǐng)D3的信號(hào)空間發(fā)送模擬信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)之后，另一項(xiàng)革新就是在圖2和圖3的信號(hào)空間之間交替。即，該項(xiàng)革新是，當(dāng)需要發(fā)生時(shí)發(fā)送用戶模擬信號(hào)或者用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。這些在圖4中示出。
另外，在認(rèn)識(shí)到按照?qǐng)D4的信號(hào)空間既可以發(fā)送模擬也可以發(fā)送數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)可以采用完全不同的通信手段，使模擬和數(shù)字信號(hào)的傳送能同時(shí)表示在一個(gè)組合信號(hào)空間中，這些在圖5中示出，為了便于說明，用虛線21和22標(biāo)記的邊界標(biāo)示出了4個(gè)相鄰的區(qū)域。
如圖5所示，形成圍繞每個(gè)數(shù)字星座點(diǎn)(例如點(diǎn)31)的“信號(hào)云”的模擬信號(hào)應(yīng)被限制在它們的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，以便被完全包含在相鄰區(qū)域內(nèi)。因此，這里恰好是在星座大小(它直接影響數(shù)字的通量)和被發(fā)送模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍(在某些情況下它譯成“分辨率”)之間的一個(gè)折衷。
圖6示出了最基本地說明了本發(fā)明所公開的原理的一種配置。它包括一個(gè)“1對(duì)2”映象器60，它響應(yīng)施加在線路61上的數(shù)字信號(hào)。映象器60在線路62和63上產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)，其中每一個(gè)輸出信號(hào)都具有與到達(dá)線路61上的數(shù)字信號(hào)相關(guān)的量化幅度的脈沖。圖6還包括一個(gè)“1對(duì)2”映象器50，它響應(yīng)在線路51上施加的一個(gè)模擬信號(hào)，并在線路52和53上產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)，每一個(gè)輸出信號(hào)都具有與線路51上模擬信號(hào)相關(guān)的連續(xù)幅度的脈沖。輸出52和62在加法器70中被合并，輸出53和63在加法器80中被合并。加法器70和80的輸出構(gòu)成由圖5的信號(hào)空間表示的信號(hào)的各個(gè)分量。如圖1中所示，加法器70和80的輸出經(jīng)低通濾波器150和160施加給調(diào)制器120和130，并在加法器140中求和，以構(gòu)成如在調(diào)制解調(diào)器領(lǐng)域被典型公知的已調(diào)信號(hào)。
在圖6中，部件60被描述為一個(gè)“1對(duì)2”映象器。然而，應(yīng)該清楚部件60可以是一個(gè)“M對(duì)N”映象器。這就是說，部件60能夠響應(yīng)多個(gè)(M)數(shù)字信號(hào)。并且它能產(chǎn)生不同的多個(gè)(N)輸出信號(hào)。類似地，部件50可以是一個(gè)“J對(duì)K”編碼器，它響應(yīng)多個(gè)模擬信號(hào)。同樣地，由跟在部件50和60后面的一批部件(即部件70、80、120、130、140、150和160)構(gòu)成正交調(diào)制器90，所構(gòu)成的正交調(diào)制器90可以響應(yīng)部件50和60預(yù)定產(chǎn)生的任何多個(gè)輸出(例如，三維空間、四維空間，等等)。更準(zhǔn)確地說，這些部件必須考慮所有被施加的輸入信號(hào)，并且這意味著它們必須能夠處理K或N(隨便哪個(gè)大)個(gè)信號(hào)。然而，在這樣一種情況中，用戶可以假設(shè)兩個(gè)中較大的(K或N)是該系統(tǒng)的維數(shù)，并且某些維即沒有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也沒有模擬數(shù)據(jù)(隨便哪個(gè)被施加)。當(dāng)然，如果具有沒有數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)的“維”，則其他信息能夠經(jīng)這些維發(fā)送，例如均衡“副(side)”信息。
在信號(hào)空間這方面，部件50和60的N個(gè)輸出信號(hào)(假設(shè)N＞K)對(duì)應(yīng)于多維空間例如N維空間中的矢量的分量集。該多維空間的座標(biāo)對(duì)應(yīng)于正交調(diào)制器90內(nèi)的正交調(diào)制信號(hào)。在圖6中，兩個(gè)正交調(diào)制信號(hào)是coswt和sinwt，但其他調(diào)制信號(hào)也是可能的，諸如碼分多址(CDMA)模板(template)。為了說明的目的，正交調(diào)制信號(hào)是產(chǎn)生包括共存的各部件信號(hào)的被發(fā)送信號(hào)的調(diào)制信號(hào)，并且還允許接收機(jī)把接收的信號(hào)分離成其組成部件信號(hào)，這些信號(hào)是響應(yīng)每一調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)。相應(yīng)于圖5還可以看出，正交調(diào)制器90執(zhí)行由各分量代表的碼元矢量的矢量求和，所述各分量是由部件60利用由部件50產(chǎn)生的各分量表示的模擬信息矢量產(chǎn)生的。在圖7中對(duì)這些將作進(jìn)一步描述。
參考圖1，可能會(huì)注意到，即使當(dāng)加法器70和80的輸出信號(hào)被直接通信(例如被發(fā)送)，沒利用在正交調(diào)制器90中組合它們時(shí)，本文公開的原理也可以使用，而不一定要把它們合并到正交調(diào)制器90中。而且，正交調(diào)制器90可以只是一個(gè)帶移裝置。就加法器70(例如)的輸出是頻帶受限的來(lái)說，加法器80的輸出能被移動(dòng)超過加法器70的頻帶受限輸出信號(hào)，并與加法器70的輸出信號(hào)相合并。這些在圖8中示出?？梢岳斫?，本文所公開的原理可以加以運(yùn)用在沒有數(shù)字流存在的那些場(chǎng)合而無(wú)需使用部件60。
在立即公開這一點(diǎn)上，一直隱含的是施加到圖6的部件50的輸入信號(hào)是模擬的。然而，這并不必須是嚴(yán)格的情況。按照傳統(tǒng)技術(shù)，頻帶受限的模擬信號(hào)能夠被取樣(在合適的耐奎斯特界限內(nèi))。因此，可以理解，施加給部件50的輸入信號(hào)可以是一系列模擬取樣。此外，被取樣的模擬信號(hào)能夠被量化并以數(shù)字形式表示。確實(shí)，已被取樣和轉(zhuǎn)換或數(shù)字形式的模擬信號(hào)然后被轉(zhuǎn)換成調(diào)幅格式的幅度量化脈沖，例如通常的PCM。所有這些表示是模擬信號(hào)的表示。例如，幅度量化的PAM脈沖集與量化誤差界限內(nèi)的原始模擬信號(hào)是等同的，所述量化誤差是由取樣和量化(A/D轉(zhuǎn)換后跟著D/A轉(zhuǎn)換)過程引入的。
在部件50的輸入端允許模擬信號(hào)的取樣和幅度量化這一事實(shí)提供了許多益處。其一，它允許將呈現(xiàn)的信號(hào)以數(shù)字格式施加給部件50。其二，它允許不同信息源的簡(jiǎn)單復(fù)用。于是，例如部件50、60和90能夠按照目前調(diào)制解調(diào)器的現(xiàn)實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即利用一個(gè)或多個(gè)微處理器在存貯程序控制下執(zhí)行。
圖9示出了一個(gè)輸入信號(hào)復(fù)用的例子，它給出了一個(gè)包括A/D轉(zhuǎn)換器組30及其后跟著一個(gè)多路復(fù)用器40的實(shí)施例。轉(zhuǎn)換器組30把多個(gè)模擬信號(hào)，例如線路33和34上的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，多路復(fù)用器40對(duì)它的輸入信號(hào)多路復(fù)用，并把它們施加給部件50。部件30和40分別是通常的A/D和多路復(fù)用器。
部件30和40的組合允許提供若干窄帶模擬信號(hào)給正交調(diào)制器90?；镜南拗剖禽d波頻率和信道的可允許傳輸帶寬。當(dāng)然，窄帶信號(hào)可以來(lái)自任何信號(hào)源。例如，安裝在救護(hù)車上的系統(tǒng)可以犧牲一些話音帶寬，以便允許血壓和心臟脈動(dòng)速率的窄帶遙測(cè)數(shù)據(jù)與話音同時(shí)被發(fā)送。
據(jù)此，可以包括一個(gè)話音信號(hào)能量檢測(cè)器，例如美國(guó)專利5，081，647中所公開的，它可檢測(cè)靜寂周期，并在這些靜寂周期期間發(fā)送不急迫的遙測(cè)數(shù)據(jù)。靜寂周期可以是自然出現(xiàn)的周期，或者為了通信遙測(cè)信息(例如有關(guān)剛剛被發(fā)送或?qū)⒁话l(fā)送的模擬信息)的強(qiáng)制無(wú)信音周期。這些將利用圖9中的部件31和32來(lái)說明。
施加到部件50的輸入是數(shù)字的(在部件50、60和90的數(shù)字裝置中)這一事實(shí)與施加到部件60的輸入也是數(shù)字的事實(shí)是不應(yīng)該混淆的。施加給部件60的數(shù)字輸入是一個(gè)其中每一個(gè)數(shù)字同等重要的數(shù)字流。因此，這些數(shù)字被轉(zhuǎn)換成碼元，該碼元被轉(zhuǎn)換成星座點(diǎn)，并且各星座點(diǎn)位于由設(shè)在調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)部分中的限幅器(例如圖1中的限幅器220)識(shí)別的相鄰近區(qū)域內(nèi)。反之，施加給部件50的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)于表示幅度的數(shù)字字，并且該數(shù)字字的相鄰比特間的特定相互關(guān)系被保持。如上所述，作為一種基本區(qū)域，在星座內(nèi)圍繞一信號(hào)點(diǎn)的信號(hào)云不代表必須區(qū)別的多個(gè)信號(hào)點(diǎn)。
圖10示出了與本文公開的原理相一致的調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)部分的基本方框圖。從信道接收的已調(diào)輸入信號(hào)被施加到解調(diào)器210，它產(chǎn)生同相和正交分量。這些分量被施加給鑒別碼元的限幅器200，所述碼元被提供給解映象器230。所有這些均與普通的調(diào)制解調(diào)器作法一致，如相應(yīng)于圖1的描述。此外，圖10包括一個(gè)映象器240，響應(yīng)限幅器220產(chǎn)生的碼元，映象器240的輸出 是同相和正交分量(在圖1設(shè)置中被施加給部件150和160)集合的一個(gè)精確估計(jì)值。映象器240的輸出在減法器250和260中被從解調(diào)器210的輸出中減去。減法器250和260的輸出被施加到“2對(duì)1”解映象器270，它重新組合各模擬取樣值，以形成原始模擬信號(hào)的一個(gè)估計(jì)值。解映象器270執(zhí)行映象器50的相反的功能。
可以注意到，限幅器220能被設(shè)計(jì)成直接供應(yīng)映象器240產(chǎn)生的輸出信號(hào);尚且，解映象器230能響應(yīng)上述信號(hào)。從限幅器220和映象器240可合并構(gòu)成一個(gè)單一元件以及解映象器230與加法器250和260響應(yīng)這個(gè)合并元件作出的意義上說，可對(duì)圖10進(jìn)行修改。
在模擬形式下(如圖6)，映像器50響應(yīng)模擬信號(hào)。為了建立起多個(gè)輸出(在圖示的元件50情況下為兩個(gè)輸出)，可以采用各種方式。例如，通過對(duì)選定的子頻帶簡(jiǎn)單地進(jìn)行濾波和調(diào)制，就可以把一個(gè)頻帶受限模擬信號(hào)分割成多個(gè)基帶信號(hào)，反之，元件50也可接受多個(gè)頻帶受限模擬信號(hào)，并把這多個(gè)限帶模擬信號(hào)分別分配給元件50的不同輸出。
在時(shí)間抽樣的方式(具有模擬電路或數(shù)字電路的連續(xù)形式)，元件50可以簡(jiǎn)單地把單個(gè)模擬信號(hào)抽樣的路由變換到元件50的不同輸出，或是對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行多路傳輸，并且按任一慣用方法分配這些信號(hào)的抽樣。
為了能采用非線性技術(shù)來(lái)提高通信質(zhì)量，重要的問題是要實(shí)現(xiàn)通路的均衡，以使得碼元間的交擾減至最小?？梢砸脩T用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)來(lái)承擔(dān)這一需求。
圖11表示一種組合均衡裝置框圖。具體地說，圖11代表一個(gè)后接均衡器硬件的調(diào)制器(二者合起來(lái)可以被視為一個(gè)超級(jí)解調(diào)器)。均衡上硬件包括設(shè)在解調(diào)器210與限幅器220之間的自適應(yīng)濾波器280。濾波器280的操作特性由以可修改的方式存儲(chǔ)在抽頭變更方框290中的濾波器系數(shù)來(lái)控制。抽頭變更方框290響應(yīng)于減法器250和260的輸出信號(hào)。濾波器280按照慣用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)執(zhí)行自適應(yīng)功能。減法器250和260的輸出同時(shí)加到去復(fù)用器275上，而去復(fù)用器275的輸出則被加到解映像器276。解映像器276包括一系列圖10所示的解映像器270。元件275和276的用途是為了說明一個(gè)對(duì)多個(gè)模擬輸入進(jìn)行多路復(fù)用的接收機(jī)。當(dāng)然，在沒有多路復(fù)用的應(yīng)用條件下，解映像器270可以被取代。
在某些修改的方案中，最容易在模擬信號(hào)的功率很小時(shí)執(zhí)行自適應(yīng)和相應(yīng)的系數(shù)變更。為了把處理過程限制在這一范圍，在圖11中響應(yīng)減法器250和260的控制元件295中包括一個(gè)功率檢測(cè)器。方框295也是慣用技術(shù)，它包括對(duì)包含在減法器250和260的信號(hào)中的功率進(jìn)行計(jì)算的一個(gè)功率檢測(cè)電路，并且向方框290傳送一控制信號(hào)以便啟動(dòng)(或停止)系數(shù)變更程序。當(dāng)然，在控制信號(hào)不是由模擬信號(hào)獲得的情況下，例如是從發(fā)射機(jī)的邊帶信息獲得時(shí)，方框295也可以更一般化。
圖11表示了在發(fā)送調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機(jī)部分與接收調(diào)制解調(diào)器的接收部分之間、也就是在接收機(jī)前端的解調(diào)器之后的傳輸通道上實(shí)現(xiàn)均衡的一種布置方式。然而，眾所周知的是這種均衡可以在沿著通道的任意點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，甚至可以達(dá)到調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射部分之內(nèi)。
圖12表示按照?qǐng)D9和11所述的整個(gè)全雙工調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)。更具體地說，發(fā)送機(jī)部分(圖9)通過混合器300和減法器310與接收機(jī)部分(圖11)耦合。減法器310以慣用方式與回聲消除器320協(xié)作，從加到解調(diào)器210上的信號(hào)中減去不應(yīng)有的信號(hào)。為了簡(jiǎn)化，圖示的回消除器被表示為連接在正交調(diào)制器90的輸出端，并且對(duì)于元件320的模擬實(shí)施例來(lái)說這是一種非常好的方式。然而，對(duì)于數(shù)字實(shí)施例來(lái)說，由于信號(hào)率大大降低，眾所周知的方式是可以通過使回聲消除器響應(yīng)映像器60的輸出來(lái)獲得系數(shù)。
體現(xiàn)本發(fā)明所述原理的一種改進(jìn)如圖13所示。讀者可以看到在圖13中的某些元件是用不同的名稱表示的;例如與調(diào)制器對(duì)應(yīng)的“Hilbert帶通濾波器”等等。這些都是通過不同的計(jì)算來(lái)獲得所需結(jié)果的電路，并且對(duì)熟悉調(diào)制解調(diào)技術(shù)的人員是公知的。
與所有調(diào)制解調(diào)的方式一樣，回聲消除的功能是在運(yùn)行周期期間，即在遠(yuǎn)端信號(hào)源靜止時(shí)執(zhí)行的，并且用回聲消除器能使減法器310的輸出減至最小。
在結(jié)合圖6的描述中已指出了元件50的輸入可以是抽樣模擬信號(hào)，也可以是非抽樣的模擬信號(hào)。在上文中同樣描述了在元件50為一個(gè)1至2映像器(與1至N映像器相比)并且元件50的理想輸出是一對(duì)抽樣模擬信號(hào)的情況下，可以簡(jiǎn)單地通過使輸入模擬信號(hào)延遲1/B，并且以速率B為延遲和非延遲的模型進(jìn)行抽樣的方式獲得模擬抽樣對(duì)。由此而提供與按照1/2B秒的速率抽樣的原始模擬信號(hào)的相鄰抽樣相對(duì)應(yīng)的抽樣對(duì)。實(shí)際上，如果抽樣不是相鄰的，通信的保密性就得以增強(qiáng)，而圖14表示出了從非相鄰的抽樣獲得抽樣對(duì)的一種方式。它基本上包括一個(gè)用于存儲(chǔ)以速率2B到達(dá)的K個(gè)模擬抽樣的輸入寄存器55，對(duì)寄存器55的輸出進(jìn)行擾頻并且建立K個(gè)輸出的擾頻網(wǎng)絡(luò)56，以及與網(wǎng)絡(luò)56的輸出相對(duì)應(yīng)的寄存器57和58。寄存器57和58每隔K/2B秒存儲(chǔ)K/2個(gè)模擬抽樣，并且按1/2B的速率輸出所存儲(chǔ)的抽樣。擾頻網(wǎng)絡(luò)56可以被簡(jiǎn)化成一個(gè)交叉連接場(chǎng)。
用于增強(qiáng)保密性的另一種方式是需要修改被傳送的模擬信號(hào)的增益和相位。這種方式類似于對(duì)構(gòu)成加入了構(gòu)象碼元的信號(hào)矢量的信號(hào)成分所進(jìn)行的操作或轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換可以是按照信號(hào)的特性，或是僅追加一個(gè)偽隨機(jī)序列的形式。后者如圖15所示，其中寄存器72接收模擬信號(hào)抽樣對(duì)并且把一個(gè)抽樣對(duì)中的兩部分指定給不同的乘法器(73和74)。乘法器73和74根據(jù)從偽隨機(jī)發(fā)生器71收到的相應(yīng)系數(shù)修改外加的信號(hào)抽樣，形成加到映像器50上的一對(duì)修改的信號(hào)抽樣。這種技術(shù)方案的其他細(xì)節(jié)可參見1990年5月8日授予G.Bremer和W.Betts的美國(guó)專利US4，124，516號(hào)。
當(dāng)然，接收機(jī)中應(yīng)該包括與發(fā)生器71同步的偽隨機(jī)發(fā)生器，以便對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的解碼。圖15的電路可以被設(shè)置在接收機(jī)(例如圖11的接收機(jī))中，設(shè)在建立模擬信號(hào)的解映像器之內(nèi)。設(shè)在接收機(jī)中的圖15所示電路的同步是通過由發(fā)送機(jī)作為“邊帶信息”(sideinformation)傳送的同步信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
為了更進(jìn)一步說明保密性的增強(qiáng)，本文中提出了根據(jù)輸入信號(hào)的特性來(lái)修改輸入信號(hào)的實(shí)施例。例如可以動(dòng)態(tài)地修改信號(hào)的振幅，以便得到高的信噪比。信號(hào)的動(dòng)態(tài)比例可以從數(shù)字信道或模擬信道上(例如通過與圖9實(shí)施例連接的一個(gè)通信)以“邊帶信息”的形式傳送給接收機(jī)。這一方式如圖16所示，其中信號(hào)處理器75在開關(guān)32之前。處理器75修改加到開關(guān)32上的信號(hào)，并且還提供加到A/D轉(zhuǎn)換器系列30上的上述邊帶信息。
需要注意的是某些附帶的邊帶信息也可以包括在模擬通道中，即采用從模擬信號(hào)流中“偷去”某些抽樣的方式。當(dāng)然，在某些情況下可能會(huì)在接收機(jī)中造成抽樣的丟失，但是若在接收機(jī)中采用內(nèi)插技術(shù)就可以產(chǎn)生丟失抽樣的近似估計(jì)值。
修改信號(hào)的另一種方式是通過自動(dòng)增益控制(AGC)控制其動(dòng)態(tài)范圍，這可以通過慣用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
再一種修改信號(hào)的方式就是對(duì)其編碼，并且這種編碼包括諸如整個(gè)場(chǎng)的預(yù)測(cè)編碼。
預(yù)測(cè)編碼的目的是根據(jù)以往的信號(hào)預(yù)測(cè)當(dāng)前的信號(hào)，并且僅傳送誤差或殘留信號(hào);也就是代表真實(shí)信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)之差的信號(hào)。當(dāng)然可以預(yù)見到，良好的預(yù)測(cè)能使殘留信號(hào)變得很小。僅僅產(chǎn)生很小殘留信號(hào)的一種方案是對(duì)殘留信號(hào)進(jìn)行放大(以固定或動(dòng)態(tài)的方式)，由此獲得良好的信號(hào)分辨率和很高的抗噪聲度。
殘留信號(hào)抽樣e(n)通常是根據(jù)輸入信號(hào)抽樣x(n)，x(n-1)，x(n-2)和預(yù)先選定的系數(shù)a1，a2，a3……通過以下的計(jì)算而得的，即e(n)＝x(n)-alx(n-1)-a2x(n-2)-a3x(n-3)……值得注意的是系數(shù)的編號(hào)是由設(shè)計(jì)者選定的，并且系數(shù)的編號(hào)也可以是信號(hào)特性的函數(shù)。對(duì)某些信號(hào)特性來(lái)說，系數(shù)的編號(hào)可以是2，而對(duì)其他信號(hào)則可能是3，等等。另外，系數(shù)值可以是固定的(并且根據(jù)以往的判定來(lái)設(shè)定)或是可變的，取決于諸如信號(hào)的短期歷史，碼元在星座中的當(dāng)前號(hào)碼等等條件。
圖16中的處理器75可以被用于執(zhí)行選擇編碼。更具體地說，處理器75可以執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的特性敏感的線性預(yù)測(cè)系數(shù)發(fā)生器的功能，并且同時(shí)執(zhí)行增信濾波器的功能。由處理器75的線性預(yù)測(cè)系數(shù)發(fā)生器部分所得的系數(shù)作為邊帶信息被傳送給A/D轉(zhuǎn)換器方框，然后被發(fā)送給接收機(jī)，并在接收機(jī)中按照以下計(jì)算結(jié)果來(lái)使用y(n)＝e(n)+aly(n-1)+a2y(n-2)+a3y(n-3)……圖17表示處理線性預(yù)測(cè)編碼的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部分的方框圖(元件65-60)。標(biāo)有“svd系統(tǒng)”的方框代表上述(即圖13)調(diào)制解調(diào)實(shí)施例(svd調(diào)制解調(diào))的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)部分。
增強(qiáng)操作的其他方案還有采用預(yù)加重的方式。例如進(jìn)入正交調(diào)制器90的“模擬”信號(hào)可以被濾波以便對(duì)高頻成分預(yù)加重，而減法器250和260的相應(yīng)“模擬”輸出則可以被濾波，從而去加重。預(yù)加重可以在例如A/D轉(zhuǎn)換器30之內(nèi)進(jìn)行，或是甚至在其之前進(jìn)行，例如圖12所示的預(yù)加重濾波器20。濾波可以在“模擬”信號(hào)是真正的模擬量的情況下進(jìn)行，或是也可在“模擬”信號(hào)被表示成數(shù)字化形式時(shí)，例如當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)部分是由數(shù)字式硬件實(shí)現(xiàn)的情況下進(jìn)行。
對(duì)加到映像器50上的模擬信號(hào)采用抽樣處理的上述實(shí)施例的一個(gè)方面是按照奈奎斯特極限對(duì)可能包括在該信號(hào)中的最高頻率進(jìn)行限制。換句話說，不考慮由通信網(wǎng)絡(luò)所提供的帶寬，以映像器60的比特速率所決定的輸入信號(hào)抽樣對(duì)抽樣信號(hào)的高頻設(shè)置了一個(gè)限制。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，例如在講話時(shí)，即使是需要放棄某些低頻信號(hào)，也希望能傳送較高頻率的信號(hào)。
這種性能是通過頻移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也就是對(duì)講話的信號(hào)限制帶寬，把低頻帶的預(yù)定部分刪除，所得的帶寬受限信號(hào)被下移，并對(duì)移頻信號(hào)抽樣。
這些操作可以由慣用的濾波和調(diào)制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，或是改用Hilbert濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，在接收機(jī)處的處理過程是相反的。
上述的各種方案中需要向接收機(jī)傳輸“邊帶信息”。此外，如上所述，這一信息可以在模擬信道或數(shù)字信道上傳送。
如果在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通道上傳送邊帶信息，則是采用DLE(數(shù)據(jù)線 )屏蔽來(lái)嵌入邊帶信息。具體地說就是在通道信息被暫停時(shí)把邊帶信息插入數(shù)據(jù)通道的比特流中。按照DLE屏蔽方式，在邊帶信息之前有一個(gè)被稱為“指令序列”的專用比特序列，并且可以由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的比特流構(gòu)成，或是由后接一個(gè)終止序列的一個(gè)可變長(zhǎng)度的比特流構(gòu)成。指令序列指示此隨后的數(shù)據(jù)是邊帶信息而不是主要的通道數(shù)據(jù)。
由于任何被選做指令序列的比特序列都可能會(huì)出現(xiàn)在用戶的數(shù)據(jù)比特流中，采用了一種保護(hù)方法，以確保出現(xiàn)在用戶數(shù)據(jù)中的指令序列樣品不會(huì)被解釋成真空的指令序列。在發(fā)射機(jī)中，在系統(tǒng)中把邊帶信息嵌入數(shù)據(jù)流的同一點(diǎn)處監(jiān)控輸入比特流，以便查出用戶數(shù)據(jù)中的指令序列樣品。在該比特流中被測(cè)出指令序列樣品的各個(gè)點(diǎn)上，發(fā)射機(jī)緊接在原文之后插入一個(gè)復(fù)制序列。
在接收機(jī)處再次在輸入比特流中監(jiān)控指令序列的樣品。如果檢測(cè)到一個(gè)指令序列，就檢查緊隨其后的比特流是否為同一序列的復(fù)制樣品。如果檢測(cè)到一個(gè)復(fù)制序列，就表示該原文序列屬于用戶數(shù)據(jù)而不是真實(shí)的指令標(biāo)記，接收機(jī)就從數(shù)據(jù)流中刪除該復(fù)制序列并連續(xù)監(jiān)控。然而，如果未檢測(cè)到復(fù)制序列，該序列就是一個(gè)真實(shí)的控制標(biāo)記。接機(jī)從主信道數(shù)據(jù)流中除去指令序列和承后的邊帶信息，并且把邊帶信息發(fā)送到相應(yīng)的目的地。
無(wú)論在用戶比特流中有多少連續(xù)重復(fù)的指令序列樣品，上述方法都可以使用。對(duì)每個(gè)樣品分別處理，把一個(gè)復(fù)制樣品插入原文之后。在接收機(jī)處對(duì)各對(duì)樣品分別處理，把一對(duì)樣品中的后者除去。其結(jié)果是，如果在接收機(jī)中檢測(cè)到相互跟隨的指令序列樣品的相同號(hào)碼，則輸出將包含用戶數(shù)據(jù)流的樣品的一半號(hào)碼，并且沒有邊帶信息。如果檢測(cè)到樣品的不同號(hào)碼n，在輸出的輸出數(shù)據(jù)流中將包含(n-1)/2個(gè)樣品，并且在由最后的(非復(fù)制的)指令序列指定的接收機(jī)中傳送邊帶信息。在描述了多種對(duì)基本實(shí)施例的增強(qiáng)方案之后，顯然從中可以產(chǎn)生各種新的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。例如圖18中示出了一種在不同時(shí)間采用不同信號(hào)空間的方式。在預(yù)選的時(shí)間可以使用不同的信號(hào)空間，或是可以獨(dú)立地使用。圖18的發(fā)送機(jī)部分包括一發(fā)送機(jī)信號(hào)空間開關(guān)410，一數(shù)據(jù)專用信號(hào)空間編碼器411，一模擬專用信號(hào)空間編碼器412，一模擬及數(shù)字信號(hào)空間編碼器413，以及一兩用信號(hào)空間編碼器414。相應(yīng)地，接收機(jī)部分包括一接收信號(hào)空間選擇開關(guān)420，一數(shù)據(jù)專用信號(hào)空間解碼器421，一模擬專用信號(hào)空間解碼器422，一模擬及數(shù)字信號(hào)空間解碼器423，以及一兩用信號(hào)空間解碼器424。
數(shù)據(jù)專用編碼器411對(duì)應(yīng)圖6中在線51上沒有輸入時(shí)的編碼器。模擬專用編碼器412對(duì)應(yīng)圖6中在線61上沒有輸入時(shí)的編碼器。模擬及數(shù)字編碼器413對(duì)應(yīng)圖6中的上述編碼器，而兩用編碼器414是在圖6中線61的碼元僅被加到一個(gè)正交調(diào)制器上，并且圖6中線51上的信號(hào)僅被加到另一個(gè)正交調(diào)制器上的條件下所構(gòu)成的編碼器。
如上文所指出的，可以事先設(shè)計(jì)出信號(hào)的空間變化，例如按照預(yù)定的碼元時(shí)間(即使用碼元計(jì)數(shù)器415和選擇器416)來(lái)設(shè)計(jì)。用戶可能希望交替地單獨(dú)傳送數(shù)據(jù)和模擬信號(hào)，而計(jì)時(shí)速率則完全由用戶隨意選擇。反之，用戶也可以發(fā)送特定信號(hào)空間模式的標(biāo)題，并且在模式發(fā)生變化時(shí)再次發(fā)送標(biāo)題。信號(hào)空間在兩個(gè)通信方向上不一定相同。所有這些發(fā)送過程都是通過在通信的兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器之間的“信號(hào)交換”協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的;這種方式在圖16所示實(shí)例中只不過就是TX碼元計(jì)數(shù)器416與RX碼元計(jì)數(shù)器426之間的同步。
在上文中已經(jīng)概括地討論了邊帶信息的傳送問題，然而也可能需要向某地發(fā)送特定形式的“邊帶信息”接通及拆除連接。
在普通電話被連接到模擬端口的應(yīng)用場(chǎng)合，問題在于如何接通及拆除連接。圖30示出了實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的方式，其中有一個(gè)控制器610被連接到調(diào)制解調(diào)器600。
如上所述，大多數(shù)現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器都是在一個(gè)處理器中依靠存儲(chǔ)程序的控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的功能。也就是說，其功能是通過程序?qū)Υ硇盘?hào)的號(hào)碼進(jìn)行操作，并最終產(chǎn)生呼叫信號(hào)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這一過程，控制器610被設(shè)計(jì)成在出現(xiàn)適當(dāng)狀態(tài)時(shí)使調(diào)制解調(diào)器600中的正常程序流程中斷。
這樣，當(dāng)電話機(jī)620“摘機(jī)”時(shí)，控制器610就測(cè)出這一狀態(tài)并且向調(diào)制解調(diào)器600中的微處理器發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)。調(diào)制解調(diào)器600隨之進(jìn)入一種“控制模式”，讀入由控制器610提供給調(diào)制解調(diào)器600的指令。當(dāng)控制器給出“摘機(jī)”狀態(tài)時(shí)，調(diào)制解調(diào)器600就做出改變，使到達(dá)模擬端口的信號(hào)能直接傳到電話網(wǎng)絡(luò)。在調(diào)制解調(diào)器600中可以通過啟動(dòng)一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，或是通過對(duì)信號(hào)通路中的各個(gè)元件進(jìn)行調(diào)整來(lái)達(dá)到相同的結(jié)果。當(dāng)電話機(jī)620被如此連接時(shí)，撥號(hào)音就能傳到電話中心局并實(shí)現(xiàn)連接。
當(dāng)一個(gè)連接被接通到遠(yuǎn)端用戶時(shí)，調(diào)制解調(diào)器600就傳送一個(gè)單音，確定其本身為a)調(diào)制解調(diào)器，以及b)為svd調(diào)制解調(diào)器。一旦當(dāng)一個(gè)連接被接通到遠(yuǎn)端設(shè)備時(shí)，并且當(dāng)該遠(yuǎn)端設(shè)備確定了其本身是一個(gè)svd調(diào)制解調(diào)器時(shí)，調(diào)制解調(diào)器600就分析其svd調(diào)制解調(diào)器的結(jié)構(gòu)。如果遠(yuǎn)端設(shè)備識(shí)別出基本身是一個(gè)非svd調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器600就按照普通調(diào)制解調(diào)器的連接方式把其數(shù)字端口連接到遠(yuǎn)端設(shè)備。最后，如果遠(yuǎn)端設(shè)備識(shí)別出其本身是一個(gè)普通電話機(jī)，調(diào)制解調(diào)器600就保持其“短路”模式。
要拆除一個(gè)連接是非常容易的。由控制器610檢測(cè)一個(gè)“掛機(jī)”狀態(tài)，并且在數(shù)據(jù)側(cè)沒有“通話”被接通時(shí)，控制器610就向調(diào)制解調(diào)器600發(fā)出信號(hào)使其關(guān)斷。
上述的“摘機(jī)”和“掛機(jī)”信號(hào)僅是為了用于說明，當(dāng)然也可以使用其他信號(hào)，例如在模擬側(cè)，控制器600可以響應(yīng)包括“?！焙汀埃眴我舻陌粹o音序列。而在數(shù)字側(cè)則可采用DLE屏蔽信號(hào)。按照這種方法，在僅僅維持?jǐn)?shù)字通路時(shí)，數(shù)字信號(hào)源可以實(shí)現(xiàn)“斷路”。
圖30同樣表示用于調(diào)制解調(diào)器故障模式的一種改進(jìn)。這種改進(jìn)可以有利地結(jié)合到所述調(diào)制解調(diào)器的所有應(yīng)用中，用于在局部功率短缺時(shí)實(shí)現(xiàn)電話連接功能。具體地說，圖30中包括一對(duì)從調(diào)制解調(diào)器的模擬側(cè)到一對(duì)繼電器觸點(diǎn)630的導(dǎo)線。繼電器觸點(diǎn)630在調(diào)制解調(diào)器600進(jìn)行操作時(shí)把電話網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)線送接到調(diào)制解調(diào)器600的電話網(wǎng)絡(luò)端口，或是連接到調(diào)制解調(diào)器600的模擬端口。操作觸點(diǎn)630(未示出)的繼電器線圈可以直接響應(yīng)于向調(diào)制解調(diào)器600供電的導(dǎo)線，或是響應(yīng)于調(diào)制解調(diào)器輸出導(dǎo)線的“狀態(tài)OK”。
除了依照上述原理可以由調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的無(wú)數(shù)種組合及變換之外，還可以實(shí)現(xiàn)許多新的應(yīng)用，下文所述僅是一些例子。
遠(yuǎn)程軟件支持一個(gè)軟件包的購(gòu)買者經(jīng)常需要從軟件提供者處獲得幫助。對(duì)軟件提供者來(lái)說，經(jīng)常希望能準(zhǔn)確地了解到用戶計(jì)算機(jī)終端處的當(dāng)前情況，在軟件提供者一方提供支地的人所能做到的就是試圖復(fù)制出用戶計(jì)算機(jī)的工作情況。這種工作并非總是成功的。用一臺(tái)采用上述原理的調(diào)制解調(diào)上，軟件提供者就有可能在用戶與軟件提供者一方提供支持的人進(jìn)行通話的同一通信信道中直接從用戶計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)。這種情況如圖19所示。
遠(yuǎn)程系統(tǒng)支持除了上述與軟件支持者建立連接的能力之外，某人還可能需要提供硬件的支持。市場(chǎng)上已經(jīng)有了許多可以通過電子端口進(jìn)行診斷的系統(tǒng)。這方面的實(shí)例有PBX診斷系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)診斷系統(tǒng)，汽車診斷系統(tǒng)等等。在不久的將來(lái)會(huì)發(fā)展出更多的此類系統(tǒng)。使用一臺(tái)采用本發(fā)明原理的調(diào)制解調(diào)器，產(chǎn)品的廠家有可能與設(shè)在用戶房間中的故障設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，并對(duì)該設(shè)備進(jìn)行選程測(cè)試。在某些情況下，例如使用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，甚至可以通過完全裝入新軟件的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“維修”。這種應(yīng)用如圖20所示。
在家庭環(huán)境中，在使用者與廠家的支持者通話的同時(shí)很可能還需要由使用者查看需要進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷的設(shè)備。由于可以預(yù)料到這類裝置并非總是靠近電話機(jī)的，用戶必定希望使用他們的無(wú)繩電話。為此，如果把采用本發(fā)明原理的調(diào)制解調(diào)器設(shè)在無(wú)繩電話的基地臺(tái)中，那將是有益的。這種應(yīng)用可參見圖21。
家庭服務(wù)隨著人們對(duì)上下班交通所造成的環(huán)境污染日益重視，可以預(yù)見到更多的人將會(huì)在家里工作。在通過自動(dòng)呼叫分配器(ACD)進(jìn)行呼叫的用戶與一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間相互配合的服務(wù)對(duì)于“在家工作”的方式是一種理想的選擇。這種服務(wù)的一個(gè)典型實(shí)例就是航空公司的預(yù)定服務(wù)。圖22表示采用上述調(diào)制解調(diào)器的這樣一種方案。一個(gè)用戶向呼叫中心發(fā)出呼叫，并且通過模擬信道由呼叫中心被連接到家庭服務(wù)部門。家庭服務(wù)部門經(jīng)由數(shù)據(jù)通道被連接到呼叫中心中的計(jì)算機(jī)。家庭服務(wù)部門同時(shí)與用戶和呼叫中心的計(jì)算機(jī)相互配合。
當(dāng)然，此處不必把話音信道連接到呼叫中心外側(cè)的用戶。采用上述的調(diào)制解調(diào)器就可以實(shí)現(xiàn)從家庭服務(wù)部門到其家庭所在位置(通過呼叫中心或任何其他商業(yè)場(chǎng)所)的話音和數(shù)據(jù)連接。
家庭娛樂當(dāng)今，若干希望玩電子游戲機(jī)的年輕人必須坐在同一間屋內(nèi)并與同一游戲裝置相互作用，利用上面公開的調(diào)制解調(diào)器就不必是如此方式。利用專供在兩個(gè)游戲機(jī)間進(jìn)行通信的信道以及專供在兩個(gè)游戲者談話的路經(jīng)的話音通道，可以在兩個(gè)屋子間建立聯(lián)系。用于數(shù)據(jù)通道的帶寬要求無(wú)需很大，因?yàn)樾枰闹皇窃从谟螒蛘叩?、并加到游戲裝置的通信控制信息(例如起動(dòng)/停止和運(yùn)動(dòng)信息)。
當(dāng)與無(wú)繩電話基站相聯(lián)系時(shí)，在此公開的調(diào)制解調(diào)器與游戲機(jī)連系在一起。其裝置見圖23所示。
電視接口當(dāng)今，電視機(jī)是從它們天線或同軸電纜接收其輸入信號(hào)的。在電纜連接的情況下，電視機(jī)可以從帶寬大為增加的光纜以及從帶寬大為減小的傳統(tǒng)電話塞尖-塞鈴繩接收其輸入信號(hào)。不論連接電纜的性質(zhì)如何，接到電纜的電視變得富于交互性。因此，電纜業(yè)務(wù)的提供者提供一種雙向信道路徑，通過該雙向信道路徑，用戶可以有效地與電纜業(yè)務(wù)方提供者相互作用。
圖24示出了一個(gè)將電話、數(shù)據(jù)通信和用于將傳統(tǒng)電話塞繩連于一電視的視頻控制集中于一體的實(shí)施例。當(dāng)然，由于電話塞繩十分低的帶寬，只能有靜態(tài)圖象序列可被傳至電視。在圖24中，單元430是本發(fā)明公開的調(diào)制解調(diào)器。它經(jīng)線路431接到電話網(wǎng)絡(luò)。調(diào)制解調(diào)器430的模擬端口和數(shù)字端口經(jīng)混合器432和433接到視頻卡440。調(diào)制解調(diào)器430從線路431接收?qǐng)D象及話音信號(hào)，視頻卡440將所收信號(hào)組合，形成一個(gè)復(fù)合信號(hào)，并將該復(fù)合信號(hào)加到電視450上。
在圖24中所示的是一個(gè)無(wú)線電話460，經(jīng)基站電路465與線路431的通信。在圖24的裝置中，考慮將話音信號(hào)經(jīng)混合器432和調(diào)制解調(diào)器430加到電話線。送至電纜業(yè)務(wù)提供者的作為控制信號(hào)的按鍵撥號(hào)號(hào)音信號(hào)在方框434中被轉(zhuǎn)換或數(shù)字形式，并經(jīng)混合器433和調(diào)制解調(diào)器送到電話線?；旌掀?32和433只是保證送到電話線的數(shù)據(jù)不受送到電視的信息的干擾。當(dāng)然，如若可將控制信號(hào)含入話音信號(hào)中且在遠(yuǎn)端由電纜業(yè)務(wù)提供者經(jīng)過解密來(lái)獲得的話，則可省去方框465與調(diào)制解調(diào)器430的數(shù)字端口的連接，并使單元433和434被刪去。
考慮使用電話電纜的上述裝置可被容易地?cái)U(kuò)展到寬帶的電纜431。全部所需只是插在電纜及調(diào)制解調(diào)器430之間的頻率分割分裂器。以電視為目標(biāo)的高帶寬信號(hào)可被直送到電視機(jī)，而低帶寬通信頻道送到調(diào)制解調(diào)器430。
上述的裝置可依照下面的描述可更為詳細(xì)了解而被擴(kuò)展應(yīng)用，對(duì)從基站465來(lái)的控制信號(hào)識(shí)別并予反應(yīng)。這種信號(hào)，如“掛機(jī)”和“摘機(jī)”信號(hào)，可以由用于將控制信號(hào)加到調(diào)制解調(diào)器430的控制器434上來(lái)識(shí)別，使調(diào)制解調(diào)器430按適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)控制信號(hào)作出反應(yīng)。在包括有一已存程序受控微處理器的一個(gè)調(diào)制解調(diào)器430的實(shí)施中，控制器434可以僅將合適的中斷信號(hào)送到該控制器。
蜂窩無(wú)線通信
蜂窩電話正在擴(kuò)展到數(shù)據(jù)。若干個(gè)公司正在提供這樣的裝置，其中的計(jì)算機(jī)經(jīng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)接到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。一些新的計(jì)算機(jī)甚至小到被稱作“筆記本”計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)由這些計(jì)算機(jī)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳送，而調(diào)制解調(diào)器的存在是完全被包括在一個(gè)PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)卡中。
如圖25所示，筆記本計(jì)算機(jī)500適配接納一個(gè)按本發(fā)明構(gòu)造的一個(gè)PCMCIA調(diào)制解調(diào)器510，并且該調(diào)制解調(diào)器包括一個(gè)話音端口511。利用圖25的系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的使用者可以實(shí)現(xiàn)一些連接，而這些連接是可由在先描述的系統(tǒng)的用戶所實(shí)現(xiàn)的。作為選擇，PCMCIA調(diào)制解調(diào)器也包括有傳統(tǒng)的RJ-11插口(512、513)，用于插入一普通電話。該插入電話提供了一個(gè)音頻通路，但該通路并不局限于話音。例如，可以是管道傳送圖形信號(hào)到遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)。
當(dāng)然，裝置500不必一定是計(jì)算機(jī)。它可以只含發(fā)送與接收電路，與調(diào)制解調(diào)器510相互作用，以提供數(shù)據(jù)端口，用于用戶所期待的任何目的。例如，一個(gè)“無(wú)線Svd調(diào)制解調(diào)器”可放在一輛將被維護(hù)的汽車的沖擊板(dashboard)上，數(shù)據(jù)端口將被連接到在汽車電子系統(tǒng)上的分析端口，該模擬端口將被接到電話裝置，則該汽車技工可以與服務(wù)中心按參照?qǐng)D19-21所示的連接方式對(duì)稱。
增強(qiáng)的硬件當(dāng)今與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)連的所有種類的硬件可以與在此公開的調(diào)制解調(diào)器相聯(lián)系，這可包括有傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、簡(jiǎn)單電話及增強(qiáng)電話。例如，圖26-30示出了包含這種調(diào)制解調(diào)器的具有視頻能力的電話、包含這種調(diào)制解調(diào)器和用于數(shù)據(jù)接口的一個(gè)插口簡(jiǎn)單電話、一個(gè)含這種調(diào)制解調(diào)器40的傳真機(jī)、以及一個(gè)內(nèi)含這樣的調(diào)制解調(diào)器的計(jì)算機(jī)。
就像當(dāng)前可購(gòu)得的傳真機(jī)一樣，圖28的計(jì)算機(jī)可以含有實(shí)現(xiàn)電話功能的全部電話，只能將手機(jī)接在該計(jì)算機(jī)一側(cè)的RJ-11插塞。和AT＆T7300PC一樣，可以具備免提(handsfree)揚(yáng)聲器能力?？梢宰⒁獾剑瑘D28所示的調(diào)制解調(diào)器被呈現(xiàn)象一個(gè)盒子，但更可能是它被構(gòu)成一個(gè)印刷電路板而被插入到在該計(jì)算機(jī)內(nèi)的可用標(biāo)準(zhǔn)開槽中。圖中所示的連接器RJ11(依照上述的設(shè)計(jì)，該連接器將有一個(gè)在電話手機(jī)上的電話插入其中)可以在調(diào)制解調(diào)器的印刷電路板上，或可置于該計(jì)算機(jī)的外殼(如圖示)，以使用戶方便存取。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制解調(diào)器，其特征在于包括一個(gè)信號(hào)映象器，具有在一個(gè)數(shù)字端口施加到該映象器的數(shù)字信號(hào)和在一個(gè)模擬端口施加到該映象器的模擬信號(hào)；一個(gè)調(diào)制器，響應(yīng)該信號(hào)映象器，用于在由一個(gè)N維信號(hào)空間所表示的調(diào)制器的一個(gè)輸出端口成生一個(gè)已調(diào)輸出信號(hào)，該N維空間含有多個(gè)N維值，通過所加的數(shù)字信號(hào)，在與加到所說映象器的數(shù)字符號(hào)相并值的每一個(gè)中具有一個(gè)預(yù)定點(diǎn)，以及在與加到所說信號(hào)映象器的模擬信號(hào)相關(guān)值的每一個(gè)中的其它的點(diǎn)，和用于將該調(diào)制器耦合到該調(diào)制解調(diào)器的輸出端口的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，還包括切換裝置，放置在調(diào)制解調(diào)器輸出端口與調(diào)制器輸出端口之間，它對(duì)調(diào)制解調(diào)器的工作狀態(tài)起響應(yīng)，當(dāng)調(diào)制解調(diào)器的工作狀態(tài)處于一種數(shù)值上時(shí)，切換裝置調(diào)制解調(diào)器輸出端口與調(diào)制器輸出端口相連接，當(dāng)調(diào)制解調(diào)器的工作狀態(tài)處于另一種數(shù)值上，切換裝置將調(diào)制解調(diào)器輸出端口與模擬端口相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，還包括選擇裝置，它具有輸入端A和B以及輸出端A和B，輸出端A是與模擬端口相連接的模擬輸出端，輸出端B是與數(shù)字端口相連接的數(shù)字輸出端，它響應(yīng)輸入端A上的模擬輸入信號(hào)和對(duì)輸入端B上的數(shù)字輸入信號(hào)，，有選擇性地將輸入端A和B上的信號(hào)加到模擬輸入端口和數(shù)字輸入端口上，以在調(diào)制解調(diào)器的輸出端口上產(chǎn)生一個(gè)代表以下情況的輸出信號(hào)輸入端A處有模擬信號(hào)，而輸入端B處沒有數(shù)字信號(hào)，輸入端B處有數(shù)字信號(hào)，而輸入端A處沒有模擬信號(hào)，輸入端A處有模擬信號(hào)，且輸入端B處有數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，還包括對(duì)耦合在模擬端口上的信號(hào)實(shí)現(xiàn)電話功能的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，還包含一個(gè)具有連接器的電話機(jī)機(jī)身，通過該連接器連接數(shù)字信號(hào)，并連接到該調(diào)制解調(diào)器的數(shù)字端口上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，它構(gòu)成在一個(gè)塊印刷電板上，還包括計(jì)算機(jī)電路，它含有適合于容納印刷電路板的擴(kuò)展槽，所述的構(gòu)成在一塊印刷電路板上的調(diào)制解調(diào)器插入在上述的一個(gè)擴(kuò)展槽內(nèi)。一個(gè)適合于接收聲音信號(hào)的連接器，連接到調(diào)制解調(diào)器的模擬端口上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，還包括具有一個(gè)數(shù)字終端和一個(gè)模擬終端的傳真機(jī)電路，一個(gè)電話設(shè)備裝置與其相連接，上述模擬端口與該模擬終端相連接，上述數(shù)字端口與該數(shù)字終端相連接。
全文摘要
當(dāng)通信信道看作是一個(gè)多維空間時(shí)，可將數(shù)字信息信號(hào)劃分為符號(hào)，并將這些符號(hào)按照預(yù)置的距離映像到信號(hào)空間內(nèi)。模擬信號(hào)通常在幅度上限制得小于對(duì)符號(hào)進(jìn)行分隔的距離，并轉(zhuǎn)換為分量信號(hào)，然后與符號(hào)作矢量相加。將相加后的信號(hào)的發(fā)送給接收機(jī)，在接收機(jī)內(nèi)檢測(cè)出符號(hào)，并從接收信號(hào)中減去它們的得到模擬信號(hào)分量。從這些模擬信號(hào)分量中再生出所發(fā)送的模擬信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，可以做到半雙工運(yùn)作和全雙工運(yùn)行。
文檔編號(hào)H04L27/00GK1101773SQ94106648
公開日1995年4月19日 申請(qǐng)日期1994年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月14日
發(fā)明者B·韋林·帕特里奇 申請(qǐng)人:美國(guó)電報(bào)電話公司