專利名稱：用于話音/數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于同時傳輸話音和數(shù)據(jù)信號的方法和裝置，尤其是用于在話音/數(shù)據(jù)同時通信期間改善話音和數(shù)據(jù)二者傳輸?shù)馁|(zhì)量和用于消除在話音/數(shù)據(jù)同時通信中沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r期之后通常伴隨重新建立調(diào)制解調(diào)器計時和均衡而產(chǎn)生的延遲的方法和裝置。
現(xiàn)有技術(shù)話音/數(shù)據(jù)同時傳輸系統(tǒng)工作于在單一通信線路例如模擬電話信道上同時傳輸話音信號和數(shù)據(jù)信號。一種這類的已知系統(tǒng)使用語音壓縮將模擬語音信號編碼并且將壓縮的模擬語音信號轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字比特流。然后這一比特流與數(shù)據(jù)信號多路復(fù)用并在使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器的通信線路上傳輸。
另一種已知的話音/數(shù)據(jù)用時傳輸方法叫做幀正交音頻/數(shù)據(jù)調(diào)制法(Framed QADM)。這一方法在例如說14.4kbps(每秒14400比特)的鏈路上以6kbps的數(shù)據(jù)速率傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中1200bps分配給邊側(cè)信息，另外4800bps分配給用戶用于數(shù)據(jù)。剩下的信道容量則分配用來處理附加到數(shù)據(jù)部分上傳送的音頻信號。在一些同時的話音/數(shù)據(jù)執(zhí)行程序中，每當(dāng)話音傳輸停止時數(shù)據(jù)速率立即增加到14.4kbps；由于正常話音傳輸?shù)拇蟛糠只旧鲜菬o聲的，故總的平均數(shù)據(jù)速率一般約為10000bps。話音信號的處理以數(shù)字形式生成上述邊側(cè)信息，邊側(cè)信息包含有關(guān)信號編碼方式的信息以幫助對話音信號解碼。這種方式的話音信號處理顯著提高了其對信道噪聲如信道劣化的抵抗力。
在話音/數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)腝ADM現(xiàn)有技術(shù)方法中，數(shù)據(jù)信號被處理和編碼，以形成可以圖解的方式表示為復(fù)數(shù)平面上的離散點(diǎn)的一個星座。這個星座可以是一個兩點(diǎn)、一個四點(diǎn)或者一般地說是一個多點(diǎn)的星座，每一個離散點(diǎn)由復(fù)數(shù)平面上的一個點(diǎn)表示。話音信號處理形成一個定義“話音信號向量”的幅度和輻角或方向的話音信號點(diǎn)。當(dāng)隨時間變化的話音和數(shù)據(jù)信號積聚一個時間周期并用圖形方法表示時，便不再是一個單獨(dú)的離散點(diǎn)，而是表示位于每一個離散數(shù)據(jù)點(diǎn)周圍的話音信號點(diǎn)的集群的點(diǎn)連續(xù)統(tǒng)(稱為“星云”)。每個話音信號的上述話音信號向量通過連接其在星云中的相應(yīng)點(diǎn)與其位置所在附近離散數(shù)據(jù)點(diǎn)而構(gòu)成。現(xiàn)在將專門參照

圖1更詳細(xì)地敘述話音和數(shù)據(jù)信號的現(xiàn)有技術(shù)處理。
用在話音/數(shù)據(jù)同時傳輸系統(tǒng)中的一種示例性現(xiàn)有技術(shù)-圖1所示的4象限正交幅度調(diào)制數(shù)據(jù)符號星座披露在由Gordon Bremer等人1993年6月14日申請的共同未決美國專利申請系列號08/076,505中。在這種傳輸中，數(shù)據(jù)信號首先在每一個信令間隔τ內(nèi)編碼用于聯(lián)結(jié)4個區(qū)域“A”、“B”、“C”和“D”之一。區(qū)域“A”是聯(lián)結(jié)信號空間坐標(biāo)對(-1，1)所定義的信號點(diǎn)的區(qū)域并表示“同相”和“正交分量”。在現(xiàn)有技術(shù)單一數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)信機(jī)僅傳送從這個符號星座送出的4個符號之一；僅有4個有效的信號點(diǎn)坐標(biāo)可以傳送。但是，在一種話音/數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，模擬信號(話音信號)要加到所傳送的數(shù)據(jù)符號上，以致在所選區(qū)域內(nèi)的任何信號點(diǎn)都可以傳送。每一個有效區(qū)域還與不同的數(shù)據(jù)符號發(fā)生聯(lián)系。例如，在每一個信令間隔τ內(nèi)，話音信號被這樣地處理使之提供兩個話音信號樣本。這兩個樣本被用來建立星座信號空間中的“話音信號向量”，例如圖1中的話音信號向量。于是，對于每一個信令間隔來說，話音信號的兩個樣本被加到信號點(diǎn)星座的原點(diǎn)附近的信號點(diǎn)上；這個信號的坐標(biāo)決定從信號點(diǎn)星座的原點(diǎn)出發(fā)的話音信號向量的幅度和輻角。然后這個話音信號向量例如說用向量加法加到表示每一個信令間隔τ中的數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)向量d上。合成的向量r由原點(diǎn)延伸到一特定的信號點(diǎn)R，用于從所選的區(qū)域傳送。
有多種問題伴隨這些話音/數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)默F(xiàn)有技術(shù)方法而存在。對于這一技術(shù)的許多應(yīng)用來說，比用這些方法所能達(dá)到的更高的話音質(zhì)量是必須的或者說是所要求的。而且，使用當(dāng)前已知的方法，對數(shù)據(jù)的編碼的判定是在接收到信號時對每一個信號間隔或數(shù)據(jù)信號進(jìn)行的；每一次判定都以話音信號向量所伸及的象限為基礎(chǔ)。如果對每一個單獨(dú)的信號間隔而言，話音信號的幅度高到足夠使得被傳送信號的向量表示伸進(jìn)不同于其起始點(diǎn)的象限，將出現(xiàn)對編碼的數(shù)據(jù)信號的數(shù)值判決錯誤。因此，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，話音信號必須以一個受限制的幅度傳送以避免解碼出錯的可能性。
現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用也不能在一瞬間就從傳輸單一話音信號的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到話音/數(shù)據(jù)或者單一數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)傳輸單一話音信號時，不需要用于使接收調(diào)制解調(diào)器正常工作的計時和均衡設(shè)定。另一方面，這樣的設(shè)定對于數(shù)據(jù)傳輸和接收則是所要求的。計時和均衡設(shè)定貫穿在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的整個接收過程中。目前，當(dāng)要求在進(jìn)行單一話音信號通信的時間段之后再一次傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號時，各種實(shí)際的方法都因此而遇到一個延遲問題(伴隨因喪失計時和均衡設(shè)定重新調(diào)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器而產(chǎn)生)。
因此，要求提供一種能夠以犧牲數(shù)據(jù)速率(但同時保持足夠的有效速率供所需用途的運(yùn)作)改善話音質(zhì)量的話音/數(shù)據(jù)同時傳輸系統(tǒng)。也希望提供這樣一種消除了增加的話音信號幅度對數(shù)據(jù)檢測的不利影響的系統(tǒng)。還希望提供一種可能傳輸單一話音的系統(tǒng)并且該系統(tǒng)在開始轉(zhuǎn)換到話音/數(shù)據(jù)同時傳輸或單一數(shù)據(jù)傳輸時不會引入因重新調(diào)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器到兼容數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的傳送和接收而造成的延遲。
本發(fā)明犧牲一點(diǎn)數(shù)據(jù)速率為話音/數(shù)據(jù)同時傳輸提供改善了質(zhì)量的話音信號和數(shù)據(jù)信號，即本發(fā)明使用已知的信道編碼技術(shù)克服增加話音信號幅度對數(shù)據(jù)檢測的不利影響，同時維持為滿意的應(yīng)用運(yùn)行所必須的可接受差錯速率和數(shù)據(jù)速率。本發(fā)明還在無數(shù)據(jù)信號傳輸期間保留調(diào)制解調(diào)器的計時和均衡設(shè)定。
為兼容話音信號的傳輸，即傳輸高幅度的話音信號并以此改善質(zhì)量，數(shù)據(jù)信號在發(fā)信機(jī)中根據(jù)預(yù)定數(shù)目的容許或可用編碼數(shù)據(jù)序列之一進(jìn)行編碼。特定的傳輸中使用的編碼方案由發(fā)送和接收調(diào)制解調(diào)器在建立傳輸通路的最初變換過程期間確定或選擇。這個序列的編碼數(shù)據(jù)然后同編碼的話音信號合成并傳送出去。所傳輸?shù)暮铣尚盘柋皇招艡C(jī)接收并緩存即解調(diào)和存儲一段表示一部分已編碼數(shù)據(jù)序列的預(yù)定數(shù)目的信號間隔(足夠確定所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號序列)；預(yù)定數(shù)目的信號間隔或者通過指定預(yù)設(shè)或者根據(jù)發(fā)信機(jī)所使用的編碼方案預(yù)設(shè)。在這個緩存周期過后，所存儲的序列與交換過程期間確定或選出并根據(jù)編碼方案的各種容許傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)信號序列的每一序列進(jìn)行比較。為每一次這樣的比較確定一個相似度，根據(jù)每一個容許序列與所接收并存儲的序列相一致的密切程度評價各個容許序列。具有最佳相似度的容許序列被判定為所傳送的數(shù)據(jù)信號序列。關(guān)于對可能序列的數(shù)據(jù)判定過程也可在比較之前進(jìn)行，然后，如上所述，作為改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的一種輔助措施，將已判定的序列與各種容許傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)信號序列進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)判定過程還能在剛接收到時對每一個傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)信號進(jìn)行，由此在與各種容許傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)信號序列比較之前將所判定的編碼數(shù)據(jù)信號緩存起來形成一個接收到的編碼數(shù)據(jù)信號序列。通過緩存大量的信號并將所接收的編碼信號序列與各種容許傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)信號序列相比較，得到錯誤判定實(shí)際的編碼數(shù)據(jù)信號的可能性即使沒有消除，也大為減少。這是因?yàn)榭赡軙a(chǎn)生錯誤判定的信號在所接收的序列與預(yù)定的容許序列比較即所接收的整個序列與容許序列相比較時要被剔出，并將與所接收的序列最為密切一致的序列判定為所傳輸?shù)男蛄小?br> 在沒有需要發(fā)送的數(shù)據(jù)時期內(nèi)，本發(fā)明還在工作上生成一個無用數(shù)據(jù)速率的跟蹤信號，并將它和用于傳輸?shù)脑捯粜盘柡铣稍谝黄?。跟蹤信號是在每次這種“單一話音”方式期間即在沒有用戶數(shù)據(jù)要傳輸時生成的，并可用于維持調(diào)制解調(diào)器的計時和均衡設(shè)定，從而保持調(diào)制解調(diào)器同步。因此，在單一話音間隔或時期之后再一次要求傳輸用戶數(shù)據(jù)時，不存在用于重新調(diào)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生的延時，調(diào)制解調(diào)器將繼續(xù)工作就好像用戶數(shù)據(jù)實(shí)際上是連續(xù)傳輸?shù)囊粯印?br> 本發(fā)明的其他目的和特點(diǎn)，由下面結(jié)合附圖討論的詳細(xì)敘述將變得一目了然。但是，不言而喻的是，附圖僅用于說明的目的，并不界定本發(fā)明的范圍，對于本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考所附權(quán)利要求書。
在附圖中，相同的參考字符在幾幅圖中表示同樣的元件圖1是現(xiàn)有技術(shù)四象限幅度調(diào)制話音/數(shù)據(jù)信號的圖示；圖2是兩象限系統(tǒng)中編碼數(shù)據(jù)信號的圖示；圖3a-3h通過例子描述用于根據(jù)本發(fā)明的話音/數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€適當(dāng)?shù)男帕罱M；圖4是編碼的話音信號的圖示；圖5是話音/數(shù)據(jù)信號的圖示；圖6是兩象限系統(tǒng)中數(shù)據(jù)點(diǎn)的圖示及其附近的話音信號星云；圖7為根據(jù)本發(fā)明用在或結(jié)合在調(diào)制解調(diào)器中的發(fā)信機(jī)；圖8根據(jù)本發(fā)明用在或結(jié)合在調(diào)制解調(diào)器中的收信機(jī)的方框圖。
用于并根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)或發(fā)信機(jī)10的一個簡化且優(yōu)選的實(shí)施例示于圖7。輸入發(fā)信機(jī)10的話音信號V在話音信號處理器12中被處理成一個以調(diào)制解調(diào)器信號速率取樣的二維信號(圖4)。圖4是根據(jù)本發(fā)明用于隨同編碼的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)膯蝹€編碼話音信號的圖示。這個話音信號已被處理成時間離散、幅度連續(xù)的二維信號，在圖4中被描述為一個二維向量。被處理話音信號的范圍表示成一個虛線方框，標(biāo)志著用于傳輸?shù)脑捯粜盘柕目煞糯蟮臉O限。如果話音信號被放大到該范圍之外并與用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號合成，則使用常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)方法在收信機(jī)上解調(diào)數(shù)據(jù)信號就可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)信號差錯。二維話音信號確定話音信號向量的幅度和輻角。話音信號使用例如說那些熟練的技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有話音信號調(diào)制技術(shù)所調(diào)制，因而，不再進(jìn)一步討論話音信號處理相信是必然的。
數(shù)據(jù)信號D輸入到發(fā)信機(jī)10的數(shù)據(jù)處理器14，在數(shù)據(jù)處理器14中使用常規(guī)技術(shù)編碼。圖2是根據(jù)本發(fā)明傳輸時示例性編碼數(shù)據(jù)分量在復(fù)數(shù)平面中的圖形表示。這些數(shù)據(jù)分量用兩個均順著信號空間的實(shí)軸定位的離散點(diǎn)S0和S1組成的信號星座表示。使用二進(jìn)制信令符號的雙符信號星座的一個說明性信令組示于圖3a-3h。在這樣一個編碼方案中，隨著數(shù)據(jù)連續(xù)輸入編碼器，代碼序列被規(guī)定為每一個三位的數(shù)據(jù)序列。于是，存在有8個代碼序列，每一序列由8個信令間隔組成，每個間隔內(nèi)都有一個數(shù)據(jù)信號S0或S1，在信令組中需要用二進(jìn)制信令符號定義所有可能的三位組合。隨著輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入并通過編碼器，每一個三位序列均被編碼為信令組合的相應(yīng)代碼序列。例如，三位序列“000”將被編碼以定義圖39所示的代碼序列，即S0在8個接連的信令間隔中；三位序列“001”，將被編碼以定義圖3b所示的信令組，即S1在8個接連的信令間隔中；三位序列“010”將被編碼以定義圖3C所示的信令組，即S0在前4個接連的信令間隔中，跟著是S1在后面4個接連的信令間隔中；等等。
應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明無意局限于使用本文所述的特定編碼集合或編碼方案，而是相反地，可以根據(jù)一般的設(shè)計選擇原則使用任何適當(dāng)?shù)木幋a集成或方案用于信道編碼。數(shù)據(jù)處理器14運(yùn)行于對多個信號的數(shù)據(jù)編碼，從而產(chǎn)生出一個編碼的數(shù)據(jù)信號序列C。附接在數(shù)據(jù)處理器14上的是一個用于在沒有用戶數(shù)據(jù)D輸入到數(shù)據(jù)處理器14時生成跟蹤數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)發(fā)生器34。數(shù)據(jù)發(fā)生器34的工作將在后文中敘述。
編碼的數(shù)據(jù)信號序列中的每個數(shù)據(jù)信號隨后在加法器16中與已處理的話音信號合成。合成的話音和數(shù)據(jù)信號T在傳輸前受到調(diào)制和濾波。在其最基本的形式中，這一星座由每一間隔中的話音信號與每一個數(shù)據(jù)信號S0或S1相加生成。于是，對于每一個三位序列，8個數(shù)據(jù)信號S0和S1(各自在8個信號間隔的一個之中)的一個系列將被附加到已編碼或已處理的話音信號上。已編碼的話音和數(shù)據(jù)信號可以用圖形表示為一個二維向量，從離散數(shù)據(jù)信號S0的位置以話音向量的角度以及等于話音向量的幅值的距離伸入其相應(yīng)的象限中，如圖5所示，圖6描述在一個時間周期期間關(guān)于點(diǎn)S0取樣的話音和數(shù)據(jù)信號的序列。這些樣本在數(shù)據(jù)信號附近生成話音信號的“星云”。與數(shù)據(jù)信號合成的話音信號的二維話音信號向量表示(如圖5所示)通過對其相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號點(diǎn)連接話音信號點(diǎn)形成一個向量而得出。正如所能看到的，某些話音信號出現(xiàn)在S0所占據(jù)的象限之外，即在虛數(shù)軸的左邊。話音信號向量的幅度和輻角，當(dāng)附加到數(shù)據(jù)信號S0上時，造成話音向量由其起始點(diǎn)的象限跨入另一不同的象限。
加到話音信號上的數(shù)據(jù)信號點(diǎn)S0和S1然后由這一技術(shù)中所知道的調(diào)制器、濾波器和發(fā)信機(jī)18按照編碼的序列以常規(guī)的或其他適當(dāng)?shù)膫鬏敺椒ɑ蚣夹g(shù)傳輸?shù)浇邮照{(diào)制解調(diào)器。在現(xiàn)有技術(shù)方法中，隨著每一個信號點(diǎn)都被接收調(diào)制解調(diào)器接收而被解碼以判定所發(fā)送的是一個S0還是一個S1，由此得以將數(shù)據(jù)和話音信號分離開來。如果話音信號的幅度高到足以致使話音信號向量伸到另一個象限，即與它所加于其上的數(shù)據(jù)信號點(diǎn)相反的虛線軸一側(cè)，將出現(xiàn)一個對數(shù)據(jù)信號編碼的判決錯誤。例如，圖6中出現(xiàn)在虛數(shù)軸左邊的二個話音信號，按照現(xiàn)有技術(shù)，將被判定為加在S1數(shù)據(jù)信號上，而實(shí)際上則是被加在S0數(shù)據(jù)信號上的。于是，在現(xiàn)有技術(shù)方法中，必須限制話音信號的幅度以防止話音信號向量伸到另一個象限中并由此避免在下游收信機(jī)中錯誤判定數(shù)據(jù)信號點(diǎn)的編碼。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造并作為例子示于圖8的收信機(jī)調(diào)制解調(diào)器20將同時傳輸?shù)脑捯?數(shù)據(jù)信號接收在收信機(jī)電路22中，并將所接收的信號引導(dǎo)到一個緩存器24，緩存器24將所接收的話音/數(shù)據(jù)信號解調(diào)和匯集或存儲一個預(yù)定的時間周期。所接收的信號就是被傳輸?shù)男盘朤加上在通信信道上檢拾的任何噪聲N，并像在這一技術(shù)中所知道的那樣，根據(jù)傳輸之前在發(fā)信機(jī)調(diào)制解調(diào)器中所完成的調(diào)制進(jìn)行解調(diào)。緩存器24存儲信號的周期或者通過指定預(yù)設(shè)或者在發(fā)送和接收調(diào)制解調(diào)器之間交換序列的過程期間建立，視所用的具體編碼方案而定?？傊谝粋€預(yù)定的時間周期消逝之后，緩存器24的內(nèi)容被引導(dǎo)到一個數(shù)據(jù)檢測器26，所接收的編碼數(shù)據(jù)信號的信號序列在那里與各種不同的容許編碼數(shù)據(jù)序列(在交換過程中建立并且也存儲在數(shù)據(jù)檢測器26中)的每一個相比較，并計算或推導(dǎo)出一個表示每一個容許序列與所傳輸序列一致程度的相似度或可靠性因子。于是，具有表示與所接收序列最密切一致的最佳相似度的容許編碼數(shù)據(jù)序列被鑒別或判定為所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號序列。
傳輸序列的判定可以用另一種方法在緩存所接收的編碼數(shù)信號之后和在與各種容許的編碼數(shù)據(jù)序列相比較之前進(jìn)行。然后，在數(shù)據(jù)檢測器26中以和上面討論的把接收信號鑒別為傳輸信號的同一方法將這個被判定的編碼數(shù)據(jù)序列與各種容許的編碼數(shù)據(jù)信號的每一個相比較。也可以在接收調(diào)制解調(diào)器接收時鑒別每一個編碼數(shù)據(jù)信號的編碼。然后，將所鑒別的編碼數(shù)據(jù)信號存儲起來，并在將所接收的信號緩存一個預(yù)定的時期之后，鑒別所存儲的信號序列。然后，數(shù)據(jù)檢測器26將所存儲的已鑒別信號的序列與各種預(yù)定的容許編碼數(shù)據(jù)信號序列相比較，用和上面討論的一樣的方法鑒別或判定實(shí)際傳送的編碼數(shù)據(jù)信號序列。因而，已鑒別的序列與預(yù)定的容許序列的比較增加了一個確保鑒別實(shí)際傳送的編碼數(shù)據(jù)信號序列的輔助措施并大大改善了所接收的數(shù)據(jù)信號質(zhì)量。借助緩存大量信號，由于緩存信號序列的正確編碼數(shù)據(jù)信號可以通過與有限數(shù)目的容許傳送的編碼數(shù)據(jù)信號序列相比較來判定，實(shí)際上可以消除對個別編碼數(shù)據(jù)信號的任何鑒別錯誤。已被判定的傳送序列將是具有表示與所接收的序列最密切的一致的最佳相似度的容許序列。
例如，使用前面討論的兩點(diǎn)系統(tǒng)和圖3a-3h的信令組，如果接收到一個由S0，S0，S1，S0，S1，S1，S1，S1組成的控制序列，則信令組中每一個容許序列的相似度將被計算或推導(dǎo)出來，在這一例子中，圖3c的序列可被聯(lián)想為表示最密切相似于所接收信號的相似度，因而鑒別為所傳送的序列。每一次單獨(dú)比較的相似度系在所接收的序列與特定的容許編碼數(shù)據(jù)序列比較時推導(dǎo)出來。當(dāng)鑒別第三個被接收的編碼數(shù)據(jù)信號時，在現(xiàn)有技術(shù)方法中出現(xiàn)的錯誤將通過比較和相似度判定剔除出來。結(jié)果，由于不利影響，換句話說即由于話音信號幅度的增加而造成的不正確的數(shù)據(jù)判定被消除，數(shù)據(jù)信號的質(zhì)量顯著地改善了，并且所接收和解調(diào)的話音信號也由于可從正確鑒別的編碼數(shù)據(jù)信號分離出來被更準(zhǔn)確地解調(diào)而改善。此外，由此提高對所接收的編碼數(shù)據(jù)信號的鑒別和解調(diào)的準(zhǔn)確性，所傳送的話音信號的允許幅度范圍可以增加，因?yàn)樵捯粜盘栂蛄肯騽e的象限的任何延伸對正確鑒別或判定所傳送的實(shí)際編碼數(shù)據(jù)信號的能力的影響已大為減弱。
一旦合成的編碼數(shù)據(jù)信號序列被確定，各個編碼話音和數(shù)據(jù)就能分離開來。來自檢測器26的已鑒別信號序列和來自緩存器24的話音/數(shù)據(jù)信號被引導(dǎo)到減法器28以從所接收的話音/數(shù)據(jù)信號中提取話音信號。由于鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號在減法器28里被從話音/數(shù)據(jù)信號中減掉，故在減法之前必須得出正確的編碼數(shù)據(jù)信號序列，以防止判定或解調(diào)編碼話音信號的錯誤。因而，在所傳送的編碼數(shù)據(jù)信號序列被鑒別或判定之前，對預(yù)定數(shù)據(jù)的樣本進(jìn)行話音/數(shù)據(jù)信號的整合。
一旦編碼的話音信號被分離出來，就會像通常所做的那樣，在話音信號解碼器30中受到處理。編碼的數(shù)據(jù)信號則在數(shù)據(jù)解碼器32中根據(jù)已鑒別的編碼數(shù)據(jù)信號序列進(jìn)行解碼。用這一辦法，所傳送的數(shù)據(jù)和話音信號就在根據(jù)本發(fā)明將編碼的話音和編碼的數(shù)據(jù)信號分離之后或結(jié)合這個分離過程通過使用常規(guī)的解碼技術(shù)而得到恢復(fù)。
于是，本發(fā)明提供了大大增加具有最后改善話音信號質(zhì)量結(jié)果的被傳送的話音信號幅度的獨(dú)有能力。對增加話音信號幅度形成的被接收數(shù)據(jù)信號的任何鑒別錯誤均通過比較緩存了一個預(yù)定時間周期(用以形成接收序列)的所接收信號和允許傳送的序列而不是一接收到每個信號就單個地和即時地來判定編碼的數(shù)據(jù)序列而得以避免。于是，本發(fā)明使用眾所周知和常規(guī)使用的信道編碼技術(shù)降低了信道噪聲對數(shù)據(jù)檢測的影響，并消除了同時傳輸話音/數(shù)據(jù)中提高的話音信號幅度對數(shù)據(jù)檢測或鑒別的附加影響。
雖然本發(fā)明在運(yùn)行上用和常規(guī)調(diào)制解調(diào)器一樣的速率傳送符號，但由于數(shù)據(jù)解碼的延遲而降低了有效的數(shù)據(jù)速率；這是因?yàn)閮H在接收一個預(yù)定的時間周期內(nèi)的信號數(shù)目后，而不是一接收到單個信號或序列時就執(zhí)行數(shù)據(jù)判定。對于許多不要求高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用來說，在鑒別被接收的信號序列之前緩存一個延長時期內(nèi)的多個信號將不影響使用的正常運(yùn)作，而且話音信號幅度和話音質(zhì)量的最終增加要比有效數(shù)據(jù)速率的相應(yīng)降低重要得多。
還存在某些話音/數(shù)據(jù)應(yīng)用，其中有時僅需要話音，但快速轉(zhuǎn)換到同時結(jié)合話音加數(shù)據(jù)的能力很重要。在這類應(yīng)用中，提供一個保持最佳話音質(zhì)量的單一話音方式并且在需要傳送數(shù)據(jù)時快速轉(zhuǎn)換到話音/數(shù)據(jù)同時方式或者單一數(shù)據(jù)方式的能力將很有好處。單一話音方式的問題是在數(shù)據(jù)完全停止時，接收調(diào)制解調(diào)器的均衡和計時恢復(fù)基群不能繼續(xù)跟蹤所傳輸?shù)男盘?，因而?dāng)從單一話音轉(zhuǎn)換到話音/數(shù)據(jù)同時或單一數(shù)據(jù)方式時必須重新調(diào)準(zhǔn)接收調(diào)制解調(diào)器。在單一話音方式中，不要求作可靠的數(shù)據(jù)判決，而只要維持接收調(diào)制解調(diào)器的計時和均衡設(shè)定；由于不需要可靠的數(shù)據(jù)判決的關(guān)系，這一方式下的話音能量可以顯著提高。
這一丟失收信機(jī)計時和均衡設(shè)定的問題由本發(fā)明采用與本發(fā)明在前述話音/數(shù)據(jù)同時傳輸中兼容這個功能一樣的方法來克服。因而，在單一數(shù)據(jù)方式中，由耦合到數(shù)據(jù)處理器14的數(shù)據(jù)發(fā)生器34生成一個數(shù)據(jù)信號，如圖7所示。數(shù)據(jù)發(fā)生器34生成的數(shù)據(jù)信號(它有效地確定一個跟蹤信號)具有低于任何一般的數(shù)據(jù)應(yīng)用的基本不可用的數(shù)據(jù)速率。跟蹤信號用于維持接收調(diào)制解調(diào)器的計時和均衡設(shè)定，因而維持調(diào)制解調(diào)器同步。作為例子，跟蹤信號可以采用交替的二進(jìn)制1和0的序列或是一個特定偽噪聲序列的形式。編碼的跟蹤信號與話音信號處理器12處理過的話音信號合成，然后如上所述，用常規(guī)的調(diào)制解調(diào)器調(diào)制、濾波和傳送。所傳送的信號如前所述由收信機(jī)20(圖8)接收，緩存一個預(yù)定數(shù)目的信號時間或間隔以鑒別實(shí)際的編碼數(shù)據(jù)信號序列，以及然后從所接收的信號中減掉以分離出并得到所傳送的話音信號。如果在傳送期間數(shù)據(jù)傳輸速率降到一個很低的速率或者中斷一些時間周期，則發(fā)送調(diào)制解調(diào)器也能通知接收調(diào)制解調(diào)器并動態(tài)地影響改變緩存周期。于是，緩存周期可根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用所要求的數(shù)據(jù)速率在傳送期間動態(tài)變化。通過傳送帶有單一話音信號的跟蹤信號，接收調(diào)制解調(diào)器就能維持其計時和均衡設(shè)定，同時保持本發(fā)明改善的話音信號質(zhì)量。
在實(shí)際上，雖然本發(fā)明在本質(zhì)上有一個話音性能、數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)性能之間的權(quán)衡問題，但還是存在有大量的用途，其中低得多的有效數(shù)據(jù)速率對于充分滿足應(yīng)用、對于在傳輸鏈路的接收端可獲得較好的話音和數(shù)據(jù)信號質(zhì)量的權(quán)衡是綽綽有余的。因而，本發(fā)明可工作于大大改善話音和數(shù)據(jù)質(zhì)量而不會把數(shù)據(jù)速率降到所要求的或可接受的水平之下。
在通過對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例展示、敘述和指出本發(fā)明的基本新奇特性的同時，不用說，舉例說明的裝置在形成和細(xì)節(jié)上以及在其操作上的各種省略、替代和變動都可由熟悉這一技術(shù)的人員做出而不需要脫離本發(fā)明的精神。例如，要特意指出的是使用基本上同樣的方法完成基本上同樣的功能來達(dá)到同樣結(jié)果的那些元件和/或方法步驟的一切組合都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求書指出的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種話音/數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)姆椒?，包括的步驟是在發(fā)信機(jī)端接收并使用由多個容許編碼的信號序列所規(guī)定的預(yù)定編碼方案中的一個被選編碼信號序列對隨時間變化的用戶數(shù)據(jù)信號編碼以產(chǎn)生一個編碼的數(shù)據(jù)信號序列；在發(fā)信機(jī)端接收并對隨時間變化的話音信號編碼；將已編碼的數(shù)據(jù)信號序列與已編碼的話音信號進(jìn)行合成。沿單一通信信道將所合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)绞招艡C(jī)；在收信機(jī)端接收所合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號；將收信機(jī)接收的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號緩存一個預(yù)定的時間周期以確定出一個緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列；將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以鑒別出用于對用戶數(shù)據(jù)信號編碼的所選編碼信號序列；從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號(所選用的編碼信號序列即由其中鑒別出來)中減去所鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號序列的每一個編碼數(shù)據(jù)信號以恢復(fù)編碼的話音信號；以及對所恢復(fù)的編碼話音信號和所鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號序列解碼以恢復(fù)發(fā)送機(jī)端所接收的話音和數(shù)據(jù)信號。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述比較步驟還包括將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以為每一次所述比較提供一個相似度，所述相似度確定了所述每一次比較的容許編碼信號序列與緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列的相似程度，用于使緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與傳送之前用以對數(shù)據(jù)信號編碼的容許編碼信號序列相關(guān)。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括在發(fā)送器端沒有接收到用于編碼的數(shù)據(jù)信號時，生成一個數(shù)據(jù)跟蹤信號的步驟，數(shù)據(jù)跟蹤信號用于同編碼的話音信號合成以形成所述合成信號沿通信信道向收信機(jī)傳送。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述生成的數(shù)據(jù)跟蹤信號包括供接收機(jī)用以在發(fā)信機(jī)端沒有接收到用于編碼和向收信機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信號的時間間隙內(nèi)維持收信機(jī)的計時和均衡的邊側(cè)數(shù)據(jù)。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括在所述比較步驟之前存儲緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列的步驟。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括在所述比較步驟之前從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號中檢測出所選用的編碼數(shù)據(jù)信號序列的步驟。
7.用于在單一信道同時輸話音/數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，包括一個發(fā)信機(jī)，發(fā)信機(jī)包括數(shù)據(jù)處理裝置-用于接收并使用由多個容許的編碼信號序列確定的預(yù)定編碼方案的一個被選編碼信號序列對隨時間變化的用戶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行編碼以產(chǎn)生出一個編碼的數(shù)據(jù)信號序列；話音信號處理裝置-用于接收并對隨時間變化的話音信號編碼；用于將編碼的數(shù)據(jù)信號序列與編碼的話音信號合成的裝置；以及用于在通信信道上向收信機(jī)發(fā)送所合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號的裝置；一個收信機(jī)包括用于緩存由收信機(jī)在一個預(yù)定的時間周期內(nèi)從發(fā)信機(jī)接收的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號以確定一個緩存的數(shù)據(jù)信號序列的裝置；耪合到所述緩存裝置的比較裝置，用于將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列相比較以鑒別出發(fā)信機(jī)的數(shù)據(jù)處理裝置用以對用戶數(shù)據(jù)信號編碼的所選編碼信號序列；耦合到所述緩存裝置和所述比較的減法裝置，用于從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號(所選用的編碼信號序列即由所述比較裝置從其中鑒別出來)中減去已鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號序列的每一個編碼數(shù)據(jù)信號以恢復(fù)編碼的話音信號；耦合到比較裝置的數(shù)據(jù)信號處理裝置，用于對已鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號序列解碼以恢復(fù)由發(fā)信機(jī)接收用來編碼的數(shù)據(jù)信號；以及耦合到減法裝置的話音信號處理裝置，用于對已恢復(fù)的編碼話音信號解碼以得出在發(fā)信機(jī)端接收用來編碼的話音信號。
8.在權(quán)利要求7的系統(tǒng)中，所述收信機(jī)的所述比較裝置還包括用于將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以為每次所述比提供一個相似度的比較裝置，所述相似度定義所述每次比較的容許編碼信號序列與緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列相似的程序，用于使緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與傳送之前用以對數(shù)據(jù)信號編碼的容許編碼信號序列相關(guān)。
9.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中發(fā)信機(jī)還包括耦合到數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)信號發(fā)生裝置，用于在發(fā)信機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置沒有接收到用來編碼的數(shù)據(jù)信號時生成一個數(shù)據(jù)跟蹤信號與編碼的話音信號合成形成所述合成的信號沿通信信道向收信機(jī)傳送。
10.在權(quán)利要求9的系統(tǒng)中，所述生成的數(shù)據(jù)跟蹤信號包括供收信機(jī)用以在發(fā)信機(jī)沒有收到用來編碼和向收信機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信號的間歇期間維持收信機(jī)的計時和均衡的邊側(cè)數(shù)據(jù)。
11.在權(quán)利要求7的系統(tǒng)中，所述緩存裝置還包括用于在預(yù)定的時間周期內(nèi)存儲所接收的編碼數(shù)據(jù)信號的裝置。
12.在權(quán)利要求7的系統(tǒng)中，所述收信機(jī)還包括耦合在所述緩存裝置和所述比較裝置之間的檢測裝置，用于在所述比較裝置中與所述多個容許的編碼數(shù)信號序列比較之前從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號檢出所選用的編碼數(shù)據(jù)信號序列。
13.一種在連接到通信信道的收信機(jī)端恢復(fù)輸入到發(fā)信機(jī)并在通信信道上以話音/數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)姆绞絺魉偷脑捯艉蛿?shù)據(jù)信號的方法，所述方法包括的步驟是在收信機(jī)端接收來自通信信道的包含有合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號的話音/數(shù)據(jù)同時傳輸；將接收機(jī)接收的合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號緩存一個預(yù)定的時間周期以確定出一個緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列；將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與預(yù)定的多個容許的編碼數(shù)據(jù)信號序列的每一個相比較以鑒別出所述多個編碼信號序列中被用來在發(fā)信機(jī)端對數(shù)據(jù)信號編碼的那一個序列；從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號(多個信號序列的那一個序列就是從其中鑒別出來的)中減去已鑒別出來的編碼信號序列的每一個編碼數(shù)據(jù)信號以恢復(fù)編碼話音信號；對所恢復(fù)的編碼話音信號和已鑒別出來的編碼數(shù)據(jù)信號序列解碼以恢復(fù)輸入到發(fā)信機(jī)的話音和數(shù)據(jù)信號。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述比較步驟還包括將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與預(yù)定的多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以提供每一次比較的相似度，所述相似度確定所述每次比較的容許的編碼信號序列與緩存的編碼信號序列相似的程度，用于使緩存的編碼信號序列與傳送之前用以對數(shù)據(jù)信號編碼的容許編碼信號序列相關(guān)。
15.權(quán)利要求13的方法，還包括在所述比較步驟之前存儲緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列的步驟。
16.權(quán)利要求13的方法，其中所述數(shù)據(jù)信號是在發(fā)信機(jī)中使用由預(yù)定的多個容許的編碼信號序列所規(guī)定的預(yù)定編碼方案中的一個被選編碼信號序列來編碼的，所述方法還包括在所述比較步驟之前從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號中檢出所述數(shù)據(jù)信號的所選用的編碼信號序列。
17.一種用于恢復(fù)輸入到發(fā)信機(jī)并由發(fā)信機(jī)在一個單條通信信道上以話音/數(shù)據(jù)同時傳送的方式發(fā)送的話音和數(shù)據(jù)信號的收信機(jī)，所述收信機(jī)包括用于緩存收信機(jī)在預(yù)定的時間周期內(nèi)從通信信道接收的包含有合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號的話音/數(shù)據(jù)同時送以確定出一個緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列的裝置；耦合到所述緩存裝置的比較裝置，用于將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以鑒別出多個編碼信號序列中的那一個用以在發(fā)信機(jī)端對數(shù)據(jù)信號編碼的序列；耦合到所述緩存裝置和所述比較裝置的減法裝置，用于從緩存的合成編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號(多個編碼信號序列的那一個序列即由其中鑒別出來)中減去所鑒別出來的編碼信號序列的每一個編碼數(shù)據(jù)信號以恢復(fù)編碼的話音信號耦合到比較裝置的數(shù)據(jù)信號處理裝置，用于對所鑒別出來的編碼信號序列解碼以恢復(fù)輸入到發(fā)信機(jī)的數(shù)據(jù)信號；以及耪合到減法裝置的話音信號處理裝置，用于對所恢復(fù)的編碼話音信號解碼，以得出輸入到發(fā)信機(jī)的話音信號。
18.權(quán)利要求17的收信機(jī)，其中所述比較裝置還包括用于將緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與多個容許的編碼信號序列的每一個相比較以提供每一次所述比較的相似度的裝置，所述相似度確定所述每一次比較的容許編碼信號序列與緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列相似的程度，用于使緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列與發(fā)送之前用以對數(shù)據(jù)信號編碼的那一個容許的編碼信號序列相關(guān)。
19.權(quán)利要求17的收信機(jī)，其中所述緩存裝置還包括用于存儲緩存的編碼數(shù)據(jù)信號序列的裝置。
20.權(quán)利要求17的收信機(jī)，其中所述數(shù)據(jù)信號在發(fā)信機(jī)中使用由預(yù)定的多個容許編碼信號序列規(guī)定的預(yù)定編碼方案的一個被選編碼信號序列進(jìn)行編碼，所述收信機(jī)還包括耦合在所述緩存裝置和所述比較裝置之間的檢測裝置，用于在所述比較裝置中與所述多個容許編碼數(shù)據(jù)信號序列比較之前從緩存的合成的編碼話音和編碼數(shù)據(jù)信號中檢出所述數(shù)據(jù)信號的所選用的編碼信號序列。
全文摘要
本發(fā)明犧牲一點(diǎn)數(shù)據(jù)速率為話音/數(shù)據(jù)同時傳輸提供改善了質(zhì)量的話音信號和數(shù)據(jù)信號，即本發(fā)明使用已知的信道編碼技術(shù)克服增加話音信號幅度對數(shù)據(jù)檢測的不利影響，同時維持為滿意的應(yīng)用運(yùn)行所必須的可接受差錯速率和數(shù)據(jù)速率。本發(fā)明還在無數(shù)據(jù)信號傳輸期間保留調(diào)制解調(diào)器的計時和均衡設(shè)定。
文檔編號H04M11/06GK1158522SQ96118508
公開日1997年9月3日 申請日期1996年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者理查德·肯特·斯密斯 申請人:美國電報電話Ipm公司