專利名稱：語音、數(shù)據(jù)同時傳輸中的副信道通信的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信設備，具體地說，涉及在語音、數(shù)據(jù)同時通信設備中的副信道利用。
在1993年6月14日提交的相關未決、且共同轉讓的GordonBremer and Kenneth D.Ko的美國專利申請NO.08/076505“模擬、數(shù)字同時通信”(“Simultaneous Analog and Digital Communication”)中揭示了一種將語音信號疊加在數(shù)據(jù)信號上通過通信信道傳輸給接收端的調制解調設備的語音、數(shù)據(jù)同時通信系統(tǒng)。
在這種模擬、數(shù)字同時通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號由一個數(shù)據(jù)符號序列表示，其中的每個數(shù)據(jù)符號分別與取自一個信號空間的一個相應的N維信號點的值對應。類似，對語音信號所表示的模擬信號的處理是將它映射到這個N維信號空間內，從而得到一個語音信號點。這個語音信號點規(guī)定了一個相對于這個信號空間原點的語音信號向量的幅度和角度。數(shù)據(jù)符號和語音信號向量疊加在一起，得到一個合成的N維信號點，發(fā)送給遠端的調制解調設備。
當收到所發(fā)送的N維信號點時，遠端的調制解調設備的接收機檢測所埋入的數(shù)據(jù)符號，再從接收到的N維信號點中減去該數(shù)據(jù)符號，以得出語音信號向量。然后用這語音信號向量來恢復語音信號。
利用上述技術同時發(fā)送語音和數(shù)據(jù)有時需要發(fā)送與語音和數(shù)據(jù)信息分離的輔助信息。例如，1993年6月21日提出的懸而未決、且共同轉讓的Gordor Bremer，Kenneth D.Ko，Luke J.Smithwick，andEdward S.Zuranski，的美國專利申請NO.08/076525“語音、數(shù)據(jù)同時傳輸中的自動數(shù)據(jù)速率調整方法”(“Autorate Method for Simultane-ous Transmission of Voice and Data”)指出，可以在一個從屬的信道(即副信道)上附加發(fā)送“無聲指示”消息，如在該技術領域中所知道的那樣，這個副信道是與語音、數(shù)據(jù)同時傳輸分離的。
在本發(fā)明所提出的優(yōu)越的副信道技術中，副信道是與數(shù)據(jù)信號多路調制的，合成的多路信號再加上模擬信號(如語音)，以提供語音、數(shù)據(jù)的同時傳輸。
在本發(fā)明的一個實施例中，語音、數(shù)據(jù)同時通信的調制解調設備將一個符號流劃分成多個符號塊，每個符號塊都包括一個數(shù)據(jù)段和一個控制段。在工作模式是“數(shù)據(jù)模式”時，數(shù)據(jù)段載有一個用戶發(fā)往對方的信息，即用戶數(shù)據(jù)，而控制段提供控制信息。在“數(shù)據(jù)和模擬”工作模式，則象語音那樣的模擬信號加到各符號塊中的至少一部分甚至是全部的符號上，以將語音和數(shù)據(jù)同時傳輸給對方。
本發(fā)明的一個特點是這個控制信息可以表示許多輔助信息。例如，控制信息可以表示從一個二級數(shù)據(jù)源來的信息，和/或可以包括有關下個符號塊特征(如用戶數(shù)據(jù)速率)的信息，以及有關這個信道特征的信息。
此外，由于用了符號塊，因此就能發(fā)送從一個數(shù)據(jù)終端來的“原始的”異步數(shù)據(jù)，而不用發(fā)送起始位和終止位。這是因為采用以符號塊形成的幀結構以保存各字符界限，使得在數(shù)據(jù)連接的接收端能正確地恢復這些字符界限。這樣就沒有必要發(fā)送起始位和終止位，從而使可用數(shù)據(jù)帶寬有效地增加了25％。
在本說明的附圖中

圖1為體現(xiàn)本發(fā)明原理的語音、數(shù)據(jù)同時通信系統(tǒng)的方框圖；圖2示出了體現(xiàn)本發(fā)明原理的示例性符號塊；圖3示出了符號塊控制段的控制位在“僅數(shù)據(jù)”和“數(shù)據(jù)和模擬”這兩種狀態(tài)下的分配情況；圖4示出了一些具有不同位速率的信號空間；圖5為說明“語音啟動的”數(shù)據(jù)速率改變方法的流程圖；圖6示出在數(shù)據(jù)速率高于每秒4800位時控制段冗余位的利用情況；圖7為體現(xiàn)本發(fā)明原理的語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備的發(fā)射機部分的方框圖；圖8為體現(xiàn)本發(fā)明原理的語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備的接收機部分的方框圖；圖9為體現(xiàn)本發(fā)明原理的語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備的發(fā)射機部分的另一個實施例的方框圖；以及圖10為體現(xiàn)本發(fā)現(xiàn)原理的語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備的接收機部分的另一個實施例的方框圖。
圖1示出一個語音、數(shù)據(jù)同時通信系統(tǒng)的方框圖。在以下的說明中，假設在圖1的用戶1和用戶2之間已經(jīng)建立了一個通信通路。用戶1的通信設備包括數(shù)據(jù)終端設備(DTE)10、電話機20和語音、數(shù)據(jù)同時(SVD)調制解調設備100。SVD調制解調設備100接收要傳輸給SVD調制解調設備300的兩種形式的信號，一種是來自DTE10的數(shù)據(jù)信號，另一種是來自電話機20的語音信號。SVD調制解調設備100將數(shù)據(jù)信號和語音信號加以編碼，得到一個語音和數(shù)據(jù)合并的信號，通過本地回路101、公用電話交換網(wǎng)(PSTN)200和本地回路301傳輸給SVD調制解調設備300。除了本發(fā)明的創(chuàng)造性設計外，語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備的基本操作在以上提到的美國專利申請NO.08/076505“模擬、數(shù)字同時通信”中有著說明，該專利在此列作參考文件。SVD調制解調設備300接收到SVD調制解調設備100發(fā)送的語音、數(shù)據(jù)合并信號后，將數(shù)據(jù)信號送至DTE 30，將語音信號送至電話機40。數(shù)據(jù)和語音信號反向傳輸(即從SVD調制解調設備300至SVD調制解調設備100)的情況與上述相同。因此在以下的說明中只對SVD調制解調設備100加以說明，當然，SVD調制解調設備300也是一樣采用了本發(fā)明設計思想的。
如上面曾經(jīng)提到過的那樣，有時候需要在圖1的SVD終端(即SVD調制解調設備100和300)之間傳輸輔助信息。例如，在SVD調制解調設備100和300之間進行語音和數(shù)據(jù)通信期間，可能會有一些時間段并無語音信號。有無語音信號不僅對于任何SVD自動數(shù)據(jù)速率技術是重要的，而且還影響到每個符號的數(shù)據(jù)位數(shù)，如在1993年6月14日提交的懸而未決、且共同轉讓的美國專利申請NO.08/076530“在語音、數(shù)據(jù)同時傳輸系統(tǒng)中的成形信號空間”(GordonBremer，Kenneth D.Ko，and Luke J.Smithwick，“Shaped Signal Spacesin a Simultaneous Voice and Data System”)中所述。一般說來，當發(fā)送數(shù)據(jù)加語音時，需要減少在數(shù)據(jù)信號空間中的符號數(shù)，以提高傳輸語音的質量。副信道的使用提供了將信息依照現(xiàn)行數(shù)據(jù)信號空間中繼給遠端的SVD調制解調設備的能力。這為“語音啟動的”數(shù)據(jù)速率改變(下面將加以說明)提供了支持。
因此，按照本發(fā)明設計的傳輸格式含有一個在SVD信號內的副信道，如圖2所示。這個SVD副信道不僅可以在圖1所示的SVD端之間傳輸輔助信息，還可以使語音信號能在SVD數(shù)據(jù)連接的整個帶寬上進行發(fā)送。
由圖2可見，SVD調制解調設備發(fā)送的信息包含在一個幀內，也就是“符號塊”內，例如包含在符號塊405內。作為這個例子來說，一個符號塊有70個符號。在每個符號塊內相繼的各符號分別標為S1，S2，S3，…S70。
每個符號塊再劃分為一個數(shù)據(jù)段(如數(shù)據(jù)406)和一個控制段(如控制段407)。作為例子，假設在數(shù)據(jù)段內的符號組為S1至S56。這些符號是“數(shù)據(jù)符號”，始終都是傳送DTE數(shù)據(jù)的。就下面進行的討論來說，符號率定為3000符號/秒，當然也可以采用其他符號率，如2800符號/秒。在符號率為3000符號/秒的情況下，一個符號塊的平均數(shù)據(jù)符號率為(56/70)×3000＝2400符號/秒。因此，如果每個數(shù)據(jù)符號有6個數(shù)據(jù)位，則總的數(shù)據(jù)率為14400位/秒。假設這個數(shù)據(jù)率高到足以滿足用戶的要求，使得余下的SVD數(shù)據(jù)連接帶寬可以分配給提供副信道的控制段。
作為控制段的那些剩下的符號，即S57至S70，是“控制符號”。通常，這些控制符號不傳送DTE數(shù)據(jù)，而傳送控制信息。每個控制符號表示多個“控制位”。控制符號的編碼、量化與DTE數(shù)據(jù)符號相同，例如使用同一個信號空間。控制符號提供了在SVD調制解調設備100和300之間傳送輔助信息的副信道。按照本發(fā)明設計，雖然數(shù)據(jù)符號表示用戶數(shù)據(jù)而控制符號表示控制信息，但數(shù)據(jù)符號和控制符號都可以也傳送模擬數(shù)據(jù)，在本例中，模擬數(shù)據(jù)為電話機20加到SVD調制解調設備100上的語音信號，(這在下面還要進行說明)。結果，副信道就是語音、數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)囊徊糠帧?br> 值得注意的是，如果使用的符號率較低，例如為2800符號/秒，那么數(shù)據(jù)段的長度和控制段的長度都要改變。例如，如果在每個符號塊長度固定為70個符號的情況下要保持平均符號率為2400符號/秒，則一個以2800符號/秒傳輸?shù)姆枆K的數(shù)據(jù)段有60個符號，而控制段有10個符號。
雖然控制段的符號可以表示各種信息，但在這個實例中控制信息再劃分成如圖3所示，表示模擬參數(shù)信息、一個狀態(tài)標識符、二級數(shù)據(jù)和一個總體字段?？捎脕肀硎灸M參數(shù)信息的位數(shù)是符號塊的“狀態(tài)”和每個控制符號的位數(shù)的函數(shù)(下面將進行說明)。
一個符號塊的“狀態(tài)”由以前的符號塊的“狀態(tài)標識字段”的值表示。例如，圖2符號塊410的狀態(tài)由它的前一個符號塊405的狀態(tài)標識字段的值確定。本例中任何符號塊的狀態(tài)限制為兩個，“僅數(shù)據(jù)”或“數(shù)據(jù)和模擬”。因此，狀態(tài)標識字段就很方便地用一位來表示，在圖3中示為控制位14。值為“1”表示“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，而值為“0”則表示“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)。
SVD調制解調設備100例如在開機時就默認“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，在以后與SVD調制解調設備300建立的各數(shù)據(jù)連接中都將狀態(tài)標識符位初置為表示“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)。圖4例示了幾個在SVD調制解調終端之間發(fā)送信息信號空間。雖然數(shù)據(jù)符號表示用戶數(shù)據(jù)而控制符號表示控制信息，然而無論數(shù)據(jù)符號還是控制符號都是從同一個信號空間選取的。在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，所示的這5個信號空間都能用于在SVD終端之間發(fā)送信息。圖4的點陣“A”示出一個每個符號表示兩個信息位的信號空間。類似，點陣“E”示出了一個每個符號表示6個信息位的信號空間。如果條件許可，最好用圖4的點陣E，因為這樣可以在SVD終端之間以最高的傳輸位率進行傳輸。
只是在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)才在SVD終端之間有語音傳輸。如上所述，在同時發(fā)送語音和數(shù)據(jù)時，在語音傳輸質量與符號點陣大小之間就要進行折衷。例如，如果在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)采用圖4的點陣E，則這種頗高的符號密度減小了疊加在從這個點陣選取的各符號上的語音信號的動態(tài)范圍，結果損害了語音的質量。因此，在語音傳輸期間希望選用點陣A，因為點陣A的符號較少，這樣可以使語音信號的動態(tài)范圍較大，從而改善了語音信號傳輸?shù)馁|量。
圖5例示了一種在SVD調制解調設備100中使用的在圖3的信號空間之間進行切換的方法。在開機或每次數(shù)據(jù)連接開始時，SVD調制解調設備100在步610進入“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，在步615，SVD調制解調設備100選取與“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)對應的信號空間，也就是在SVD調制解調設備100和300之間商定的最高數(shù)據(jù)率。SVD調制解調設備100在步620監(jiān)視電話機20，檢查電話機20是否已經(jīng)“摘機”而處于有效狀態(tài)。如果用戶1還沒有摘機，SVD調制解調設備100就返回步610，保持在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)。然而，當SVD調制解調設備100檢測到用戶1已經(jīng)摘取電話機20時，SVD調制解調設備100假定需要進行語音通信，從而轉換到“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)。在步630，SVD調制解調設備100改變現(xiàn)行符號塊(如圖2中的塊405)中的狀態(tài)標識符位，向SVD調制解調設備300指示下一個符號塊(即塊410)將是處在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)。符號塊405發(fā)送完成時，SVD調制解調設備100就在步640轉換到用圖4的點陣A來傳輸符號塊410。因此，當用戶1取起電話機20時，SVD調制解調設備100就動態(tài)地改變位率，以適應有語音信號的狀況。所以，當收到塊405時，SVD調制解調設備300不僅就知道安用哪個信號空間對從塊410入站的符號流進行解碼，而且還能推斷電話機20鉤鍵開關的狀態(tài)。
在切換到“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)后，SVD調制解調設備100在步650監(jiān)視電話機20，以檢測用戶1是否已經(jīng)“掛機”。當用戶1“掛機”放下電話機20時，SVD調制解調設備100返回到步610，將下一個符號塊的狀態(tài)標識符字段設置回“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，再切換數(shù)據(jù)率，回到在SVD調制解調設備100和300之間商定的前數(shù)據(jù)率。
由圖3可見，所示的控制段中的控制位數(shù)是固定的28位。然而，一般說來，如果符號率不變，那么控制段可用的控制位數(shù)就隨著每個控制符號的位數(shù)而改變。例如，在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，可以采用圖4的各種點陣。如果用的是點陣E，則每個符號有6位。因此，在任何一個控制段內都有84位可用來在SVD調制解調設備100和300之間傳送控制信息。然而，在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，SVD調制解調設備100轉換到用點陣A，每個符號只有2位，也就是說具有14個控制符號S57至S70的控制段只有28位。因此，在一個控制段中的位數(shù)實際上會隨所選取的信號空間改變的情況下，在本實施例中，控制段的位數(shù)由在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)下可利用的控制位數(shù)限定，即為28位。
在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，控制位N1至N13、N15至N22以及N28用來表示“模擬參數(shù)”信息。與狀態(tài)標識信息組類似，這些模擬參數(shù)傳送的是有關下個數(shù)據(jù)塊的信息，如在位15至22以及28中的“自適應增益”信息。在本例中，在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)的模擬參數(shù)位1至13留作備用。應該注意的是，控制段所傅送的信息不必局限于有關“下一個”符號塊的信息。
在一個“僅數(shù)據(jù)”符號塊中，“模擬參數(shù)”的傳輸是可任選的。事實上，在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)減少用來傳送模擬參數(shù)信息的控制位數(shù)，這樣就可以用控制位N6至N13傳輸二級數(shù)據(jù)(Secondary data)。即使在一個“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)沒有“模擬參數(shù)”信息要發(fā)送，也不使用全部控制位來傳輸二級數(shù)據(jù)。在上述這種控制位分配情況下，如果符號率為3000符號/秒，二級數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率為342位/秒。
如上所述，在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)可以使用較高密度的信號空間，從而在上述控制段中就有比實際使用的更多的可傳送控制信息的位。然而在圖1所示的SVD通信系統(tǒng)中總有一種利用這些額外的數(shù)據(jù)位的方式，來使在檢測所接收的SVD符號塊的正確狀態(tài)時發(fā)生的誤差最小。
如果SVD接收機在檢測所接收的符號塊的正確狀態(tài)時產(chǎn)生了一個錯誤差，這個誤差對于不同的正確狀態(tài)會對用戶有不同的影響。例如，如果所接收的符號塊的狀態(tài)是“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，而接收機卻誤證為是“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，于是接收機將以所設想的錯誤判決區(qū)域對數(shù)據(jù)進行解碼，啟動模擬輸出，對收聽者造成一陣數(shù)據(jù)噪音。相反，如果狀態(tài)是“數(shù)據(jù)和模擬”，而接收機卻誤證為是“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，于是接收機將由于疏忽而沒有模擬輸出。在這兩種可能出現(xiàn)的錯誤情況中，對于用戶來說似乎將符號塊誤判為處在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)較為可接受一些，因為用戶只是偶而聽不到聲音而已。然而將符號塊誤判為處在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)可能會使用戶更為煩惱，因為用戶會聽到一陣數(shù)據(jù)噪音。因此，看來使后一種錯誤出現(xiàn)的可能性最小會更好一些。特別是這種錯誤出現(xiàn)的可能性隨著數(shù)據(jù)率的增大而增大。
為了減小將“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)錯誤地檢測為“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)的可能性，在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時，每個控制符號中以前尚未利用的額外的一些位現(xiàn)在用作“冗余的”狀態(tài)標識符位。具體地說，在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時，利用每個控制符號一個額外位。這為SVD接收機提供了額外14個冗余信息位。圖6簡明地示出了這種技術的情況。在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，可以用如圖4所示相應信號空間提供的從4800位/秒至14400位/秒的數(shù)據(jù)率進行數(shù)據(jù)傳輸。每個控制符號表示了幾個位，它們是現(xiàn)行選用的信號空間的函數(shù)。這些位是從bo至b5，如圖6所示。在數(shù)據(jù)率為4800位/秒時，每個符號的位數(shù)最少，只有b0和b1。隨著數(shù)據(jù)率的增大，就有一些額外位可利用。例如在數(shù)據(jù)率為7200位/秒時，有一位，b2；在數(shù)據(jù)率為14400位/秒時，增至四位，b2至b5。在例示的這個實施例中，只利用了一個額外位，如b2，而在更高數(shù)據(jù)率時的其他額外位就未加利用。
這14位是在現(xiàn)行符號塊控制段中發(fā)送的狀態(tài)標識4符位的間單的拷貝。SVD接收機根據(jù)服從這14個冗余位和控制段的狀態(tài)標識符位的“多數(shù)”的原則確定下一個符號塊的適當狀態(tài)。
雖然在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時各控制符號中都有一個額外冗余位用來防止SVD接收機對下一個符號塊狀態(tài)的錯誤判定，但在數(shù)據(jù)率為較低的4800位/秒時，利用控制段的總體字段，結合在4800位/秒的信號空間點陣中所提供的空間分離，為狀態(tài)標識符位提供充分保護。
由圖3可見，五個控制位規(guī)定了總體字段。在本例中，總體字段代表五個其他預定控制位的逆(inverse)。這些總體位用來支持SVD接收機對控制段的解碼。五個控制位14至18由總體字段保護。這五個控制位是狀態(tài)標識符位，用于接下來的符號塊的均衡器鎖定位，以及三個表示自適應增益三個最高位的位。SVD接收機進行有偏抉擇，以評價這些總體位測定。例如，如果接收到的自適應增益位與相應的總體位不一致，則接收機選用使揚聲器音量較小的那個增益值，因為對于收聽者來說音量暫時減小總要比突然增大容易接受一些。
如圖3所示，總體字段配置在控制段內而不是配置在控制段的任何一端，這樣可以增大由于定時偏差而使總體字段出錯的概率。SVD接收機還始終監(jiān)視著多個符號塊的總體性錯誤的情況，作為信道條件低劣或符號計數(shù)器同步喪失(以下將加以說明)的指示。無論出現(xiàn)上述哪一種情況都會使SVD接收機與對方SVD終端進行重新訓練。
如上所述，防止可能出現(xiàn)錯誤地從一個狀態(tài)轉換到另一個狀態(tài)是十分有利的。在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，模擬參數(shù)字段中具有語音信號的增益信息。然而，在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)就不必提供增益信息，因為根本就沒有語音信號。因此，可以通過提供虛增益信息為防止錯誤地從“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)轉換到“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)提供額外保護，這樣即使SVD接收機錯誤地轉換到“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，而對用戶造成噪音的數(shù)據(jù)信號所受到的放大也是非常小的。
下面參照圖7說明體現(xiàn)本發(fā)明原理的SVD調制解調設備100的發(fā)射機102方框圖。除了本發(fā)明的創(chuàng)見外，SVD調制解調設備100的各個組成部分是眾所周知的，這里不再詳述。例如，CPU105是一個以中心處理單元及存儲程序數(shù)據(jù)的有關存儲器為基礎構成的微處理器。此外，假設操作數(shù)據(jù)符號率和在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)的每個符號的數(shù)據(jù)位數(shù)在初始訓練和數(shù)據(jù)率商定序列期間被確定，也由在SVD調制解調設備100和300之間進行的重新訓練確定。雖然假設在通信期內符號率不變，但每個符號的數(shù)據(jù)位數(shù)還可按各種眾所周知的自動數(shù)據(jù)率調整技術改變。
電話機20向語音編碼器130提供語音信號。語音編碼器130以每秒1/T個符號的預定符號率將一個兩維信號點的序列輸出到線131上。每個兩維信號點表示一個相對一個信號空間(未示出)的原點的“語音信號向量”。此外，通過線104將具有有關電話機20“摘機”狀況的信息和要傳輸給遠端SVD調制解調設備300的模擬增益信息的信令傳送給CPU105。如前所述，當電話機20的用戶1摘機式掛機時，“摘機”信號就通知CPU105，使得SVD調制解調設備100能選取相應的“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)或“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)。CPU105通過在線124上發(fā)出的信號控制量化器和編碼器180選擇適當?shù)男盘柨臻g。
DTE10向數(shù)據(jù)緩沖器125提供數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)緩沖器125將DTE10提供的數(shù)據(jù)存儲起來，稍后傳送給多路調制器(MUX)140。控制緩沖器120接收在線107和118上的兩個信號。線118上的信號表示任何二級數(shù)據(jù)源。事實上，二線數(shù)據(jù)源60代表SVD調制解調設備100可以在“僅數(shù)據(jù)”模式工作期間在控制段內提供額外數(shù)據(jù)帶寬進行數(shù)據(jù)通信的能力。雖然為了簡單起見，二級數(shù)據(jù)源60在圖中被示為一個獨立的源，但也可以是DTE10。例如，可以將控制緩沖器120接到數(shù)據(jù)緩沖器125上，將這個額外的數(shù)據(jù)帶寬分配給DTE10。相反，在線107上的信號表示如圖3中所規(guī)定的模擬參數(shù)信息?？梢杂^察到，雖然本實施例發(fā)送各種不同的控制信息，但并沒有要求在控制段發(fā)送對SVD通信系統(tǒng)來說是特殊的任何信息。
SVD調制解調設備100的狀態(tài)由CPU105通過線119提供給控制緩沖器120。它表示控制緩沖器120為控制段的狀態(tài)標識符位要用的值。如果SVD調制解調設備100處在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，則控制緩沖器120就多路調制模擬參數(shù)信息(如果有的話)與二級數(shù)據(jù)，提供如圖3所示的“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)的控制段。另一方面，如果SVD調制解調設備100處于“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，則控制編碼器120提供只包含由CPU105通過線107提供的模擬參數(shù)信息的“數(shù)據(jù)和模擬”控制段?？刂凭幋a器120還產(chǎn)生總體字段，以及對于適合它的信號空間在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時產(chǎn)生狀態(tài)標識符位拷貝，以提供前面所述的冗余度。
發(fā)送計數(shù)器110控制MUX140向量化器和編碼器180提供數(shù)據(jù)或控制信息。量化器和編碼器180可以采用任何眾所周知的編碼技術，如量化、格子編碼等，以1/T的符號率將符號序列加到線181上。這些符號是從圖4所示的其中一個信號空間選取的。信號空間的選擇由CPU105通過線124控制。
CPU105根據(jù)SVD調制解調設備100和300之間的訓練或重新訓練的結果使發(fā)送計數(shù)器110同步。如在該技術領域所周知的那樣，數(shù)據(jù)連接的兩個調制解調設備通常要執(zhí)行一個信號交換程序，其中包括一個使每個調制解調設備的均衡器和回波抵消器初始化的訓練程序(未示出)。如果失去同步，就需要執(zhí)行重新訓練程序。當SVD調制解調設備100的接收機(將在稍后說明)指示一些在接收到的符號塊中已經(jīng)出現(xiàn)了過多的總體字段錯誤時，CPU105就確定同步已經(jīng)喪失。
發(fā)送計數(shù)器110必需得到同步是因為發(fā)送計數(shù)器110通過對符號周期進行計數(shù)來成幀一個個符號塊的。如上所述和圖2所示，每個符號塊包括70個符號。因此，發(fā)送計數(shù)器110進行“模70”計數(shù)。在前56個符號周期期間，亦即在數(shù)據(jù)段期間，發(fā)送計數(shù)器110控制MUX140向量化器和編碼器180提供數(shù)據(jù)段信息。在后14個符號周期期間，亦即在控制段期間，發(fā)送計數(shù)器110控制MUX140向量化器和編碼器180提供控制段信息。
加法器135將線131上的各語音信號向量(如有的話)與量化器和編碼器180提供的相應符號相加，向調制器145提供一個信號點流。調制器145按照眾所周知的正交振幅調制(QAM)進行工作，通過線146向混合(hybrid)電路115提供一個發(fā)送信號，以便通過PSTN200傳輸給SVD調制解調設備300。
SVD調制解調設備100的接收機103實現(xiàn)與上述發(fā)射機102互補的各種功能，其方框圖如圖8所示。接收機103和發(fā)射機102中的共同器件具有相同的標號，如CPU105，混合電路115等?；旌想娐?15通過PSTN200接收由SVD調制解調設備300發(fā)來的發(fā)送信號，將接收到的這個信號加到解調器150上。解調器150向解碼器190提供接收到的信號點序列。解碼器190執(zhí)行發(fā)射機102的量化器和編碼器180的逆功能，每個符號周期向多路分離器(DEMUX)155提供一個攜有信息的信號。接收計數(shù)器175通過線177控制DE-MUX155。在進行了上述的訓練或重新訓練后，CPU105使接收計數(shù)器175復位，開始模70計數(shù)。接收計數(shù)器175控制DEMUX155將前56個符號周期的信息通過線11送給DTE10，這是數(shù)據(jù)段。而將后14個符號周期的信息通過線157送給控制器165。接收計數(shù)器175不斷重復地這樣對接收到的信息流進行分離操作，直至被CPU105復位。
如上所述，每個SVD調制解調設備開始都是處在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)。因此，接收機103假設接收到的第一個符號塊是處在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)。然后根據(jù)這第一個符號塊的狀態(tài)標識符字段確定下一個符號塊的狀態(tài)，如此反復。
控制器165通過線167向CPU105提供狀態(tài)標識符位的值、通過線169提供模擬參數(shù)信息和通過線159提供總體字段是否有錯誤的指示符?？刂平獯a器165在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時對所有的狀態(tài)標識符拷貝位執(zhí)行服從多數(shù)的表決，如前面所述。此外，控制解碼器165還對總體字段位進行處理(如前所述)最后通過線168提供二級數(shù)據(jù)。
根據(jù)控制器165提供的信息，CPU105執(zhí)行一系列操作。首先，根據(jù)狀態(tài)標識符的值，CPU105通過線109向解碼器190指示對下一個符號塊解碼所用的信號空間。這使接收機103可以正確地對接收到的信號點序列進行分離和解碼。其次，CPU105根據(jù)模擬參數(shù)信息通過線172調整各模擬設置。在本實施例中，模擬參數(shù)信息僅提供給語音解碼器170使用。這使接收機103可以很方便地利用增益設置用于語音信號和其他參數(shù)(如有的話)。最后，CPU105根據(jù)在一定時間內積累的總體字段的錯誤數(shù)的統(tǒng)計產(chǎn)生重新訓練序列。當發(fā)生重新訓練時，CPU105將接收計數(shù)器175復位。應該注意的是，如果解調器150檢測到來自遠端SVD調制解調設備發(fā)出的一個訓練或重新訓練序列的信息，就通過線152通知CPU105，CPU105也將接收計數(shù)器175復位。
語音解碼器170在“在數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)期間向電話機20提供語音信號。語音解碼器170由CPU105在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)期間通過線171被啟動。接收計數(shù)器175通過線176向語音解碼器170提供同步信號，以便從通過線151傳來的接收到的信號點序列中準確減去接收到的符號。接收到的符號序列由解碼器190通過線191提供。語音解碼器170具有緩存功能，以適應由于解碼器190在對接收到的信號點進行解碼的過程中所引起的各種延遲。
因此，上述創(chuàng)造性設計建立了一個SVD副信道，其中無論是數(shù)據(jù)符號還是控制符號都可用來承載語音信號。這種創(chuàng)造性設計的另一個實施例示于圖9和10。圖9為作為這個實施例的SVD調制解調設備的發(fā)射機部分的方框圖，除了數(shù)據(jù)段和控制段分別采用不同的信號空間外，其他與圖7類似。
DTE10向數(shù)據(jù)編碼器525提供一個數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)編碼器525提供一個符號率為1/T的兩維信號點的序列。這些兩維信號點是從圖4所示其中一個信號空間中選取的，由CPU105通過線524進行控制。每個信號點與一個特定的兩維數(shù)據(jù)符號對應。數(shù)據(jù)編碼器525可以采用任何眾所周知的編碼技術，如量化、格子編碼等，以提供數(shù)據(jù)符號序列。
控制編碼器520接收在線107和119上的兩個信號(如上所述)，并在線521提供一個符號率為1/T的控制符號序列?？刂凭幋a器520的工作方式與數(shù)據(jù)編碼器525相同，可以采用任何眾所周知的編碼技術，如量化、格子編碼等，以提供控制符號序列。與上述數(shù)據(jù)編碼器525相同，這些兩維符號是從圖4所示其中一個信號空間選取的。這些控制符號表示了一個控制段。SVD調制解調設備100的狀態(tài)由CPU105通過線119提供。如果SVD調制解調設備100處于“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)，則控制編碼器520將模擬參數(shù)信息(如有的話)與二級數(shù)據(jù)復合，提供如圖3所示的“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)的控制段。另一方面，如果SVD調制解調設備100處于“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)，則控制編碼器520就提供只包括CPU105通過線107提供的模擬參數(shù)信息的“數(shù)據(jù)和模擬”控制段?？刂凭幋a器520還產(chǎn)生總體字段，和在“僅數(shù)據(jù)”狀態(tài)當數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時產(chǎn)生狀態(tài)標識符拷貝位，以提供上述冗余度。
進行模70計數(shù)的發(fā)送計數(shù)器110控制多路復用器(MUX)540，使它向線541提供上面提到過的符號塊。CPU105根據(jù)SVD調制解調設備100和300之間的訓練或重新訓練結果對發(fā)送計數(shù)器110進行同步。在前56個符號周期(數(shù)據(jù)段)期間，發(fā)送計數(shù)器110控制MUX540向加法器135提供來自數(shù)據(jù)編碼器525的數(shù)據(jù)符號。在后14個符號周期(控制段)期間，發(fā)送計數(shù)器110控制MUX540向加法器135提供來自控制編碼器520的控制符號。由于發(fā)送計數(shù)器110使MUX540在數(shù)據(jù)編碼器525和控制編碼器520之間轉換，因此這兩個編碼器都必需包括緩沖器，以便為在另一個編碼器向MUX540提供符號期間所積累的各數(shù)據(jù)提供存儲。
加法器135將線131上的各語音信號向量(如有的話)與MUX540提供的相應符號相加，從而向調制器145提供一個信號點流。調制器145按照眾所周知的正交振幅調制(QAM)進行工作，通過線146向混合電路115提供一個發(fā)送信號，通過PSTN200傳輸給SVD調制解調設備300。
圖10所示的接收機503實現(xiàn)與圖9所示的發(fā)射機502互補的各種功能?；旌想娐?15接收到由SVD調制解調設備300通過PSTN200發(fā)送的一個信號后，將接收到的這個信號加到解調器150上。解調器150向由接收計數(shù)器175通過線177控制的多路分離器(DEMUX)555提供一個接收到的信號點序列。在如上所述的訓練或重新訓練后，CPU105將接收計數(shù)器175復位，使它開始模70計數(shù)。接收計數(shù)器175控制DEMUX555，使得接收到的符號塊的前56個接收到的信號點加到數(shù)據(jù)解碼器560，而后14個接收到的信號點加到控制解碼器565。接收計數(shù)器175不斷重復地這樣對接收到的信號點流進行分離操作，直至被CPU105復位。
控制解碼器565通過線167向CPU105提供狀態(tài)標識符位的值、通過線169提供模擬參數(shù)信息和通過線159提供在總體字段是否有錯誤的指示符。控制解碼器565在數(shù)據(jù)率高于4800位/秒時對所有的狀態(tài)標識符拷貝位執(zhí)行服從多數(shù)的判決，如前面所述。此外，控制解碼器565還對總體字段位進行處理(如前所述)和通過線168提供二級數(shù)據(jù)。
根據(jù)控制解碼器565提供的信息，CPU105執(zhí)行一系列操作。首先，根據(jù)狀態(tài)標識符信息的值，CPU105通過線509向數(shù)據(jù)解碼器560和控制解碼器565指示對下一個符號塊解碼所用的信號空間。這使接收機503可以正確地對接收到的信號點序列進行分離和解碼。其次，CPU105根據(jù)模擬參數(shù)信息通過線172調整各模擬設置。最后，CPU105對訓練和重新訓練事件作出響應，將接收計數(shù)器175復位。
數(shù)據(jù)解碼器560和控制解碼器565分別執(zhí)行數(shù)據(jù)編碼器525和控制編碼器520的編碼功能的逆功能。語音解碼器570在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)期間向電話機20提供語音信號。語音解碼器570由CPU105通過線171控制，在“數(shù)據(jù)和模擬”狀態(tài)期間被啟動。接收計數(shù)器175通過線176向語音解碼器570提供同步信號，以便從通過線151傳來的接收到的信號點序列中減去正確接收到的符號。語音解碼器570具有緩沖功能，以適應由于數(shù)據(jù)解碼器560和控制解碼器565在對接收到的符號進行解碼的過程中所引起的各種延遲。
SVD符號塊可以傳送同步數(shù)據(jù)流，也可以傳送異步數(shù)據(jù)流。然而，使用SVD符號塊還可能發(fā)送“原始”異步數(shù)據(jù)(下面將予定義)而不需發(fā)送數(shù)據(jù)的起始位和終止位。在從DTE接收到一個字符后，除去起始位和終止位，并在將這個字符送到DTE前在線路的另一端加以恢復。使用SVD塊編碼提供的幀結構維護了字符的界限，使得這些界限能在鏈路的接收端正確恢復。這種能發(fā)送不帶起始位和終止位的異步格式的數(shù)據(jù)的性能顯著地改善了總的系統(tǒng)響應，有效地將可用數(shù)據(jù)帶寬增加了25％。
術語“原始”異步數(shù)據(jù)是指調制解調設備配置成不利用本身所具有的誤差控制和數(shù)據(jù)壓縮性能的形式。在這種通常稱為“緩沖模式”的模式，從DTE接收到的字符逐位發(fā)送給另一個調制解調設備。由于信息流的控制機制仍然可用，雖然在DTE和調制解調設備之間的數(shù)據(jù)率可以與PSTN線上所采用的數(shù)據(jù)率不同，但這兩個數(shù)據(jù)流的內容是相同的。
在本實施例中，這種原始數(shù)據(jù)模式由CPU105對提供“緩沖模式”命令的DTE10作出響應而啟用。如在該技術領域中所知的那樣，象DTE10這樣的數(shù)據(jù)終端設備能在一個調制解調設備(如SVD調制解調設備100)中通過使這個調制解調設備處于“命令模式”構成或控制各種可選形式。在命令工作模式期間，調制解調設備將數(shù)據(jù)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)解釋成給它的指令。調制解調設備的用戶可以有幾種方式進入命令模式，例如調制解調設備一開機就進入命令模式，或者通過向調制解調設備發(fā)送諸如在“AT命令集”中規(guī)定的“＋＋＋”那的一個預定符號序列進入命令模式。作為本說明而言，SVD調制解調設備100提供了一種“AT命令集”類似的命令模式。
回到圖7，在接收到緩沖調制解調命令后，SVD調制解調設備100的CPU105不僅向數(shù)據(jù)緩沖器125提供現(xiàn)行的狀態(tài)標識符，還通過線123向數(shù)據(jù)緩沖器125提供一個信號，116從DTE10提供的所有數(shù)據(jù)中除去各起始位和終止位。然后，利用模擬參數(shù)信息組中的一位來標識這個原始數(shù)據(jù)模式，以確定下一個數(shù)據(jù)段所包含的是原始數(shù)據(jù)。這樣，接收SVD調制解調設備300在檢測到模擬參數(shù)信息組中的這個信息后，控制DEMUX155，使它在將數(shù)據(jù)送到DTE10前通過加上起始位和終止位恢復各數(shù)據(jù)字節(jié)。
對於使用來說，這種數(shù)據(jù)傳送方式可以用專為在PSTN線路上高效率傳輸文字信息設計的PC應用“電報”程序實現(xiàn)。這些程序與調制解調設備必需用異步數(shù)據(jù)格式通信，因為個人計算機并沒有裝備寬的有效帶寬的同步傳輸所要求的接口硬件。
對于數(shù)據(jù)符號的個數(shù)為8的整數(shù)倍的SVD符號塊來說，不需要額外的幀結構信息，因為無論每個符號有幾個數(shù)據(jù)位，每一塊總是含有整數(shù)個從異步字符通過除去起始位和終止位得到的8位字節(jié)。然而，對于一個其中的符號的個數(shù)不是8的整數(shù)位的SVD符號塊來說，就需要一個“超幀(Super—frame)”結構。這要求在可用的“模擬參數(shù)位”中至少保留一位(或保留這些位的某個獨特的模式)，周期性地標出超幀的起點。
以上只是對本發(fā)明的原理加以說明，顯然，對于熟悉該技術的人員來說可以設計出各種雖然在此未直接說明任何體現(xiàn)本發(fā)明的原理和屬于本發(fā)明的精神實質和保護范圍的其他結構。
例如，雖然在說明中本發(fā)明是用各分立功能模塊(如編碼器，解碼器，發(fā)射機等)來實現(xiàn)的，然而這些模塊中任何一個或幾個模塊的功能可以用一個或幾個適當?shù)某绦蚩刂铺幚砥?如數(shù)字信號處理器)來執(zhí)行。
此外，模擬信號不局限于語音信號，各種模擬信號都可以，甚至可以是另一個攜有數(shù)據(jù)的信號?？刂贫魏蛿?shù)據(jù)段的次序可以互換。本發(fā)明的獨創(chuàng)性設計可以用于任何N維信號空間。也可以采用其他技術根據(jù)SVD調制解調設備的狀態(tài)選擇適當?shù)男盘柨臻g，例如檢測電話機是否有語音能量輸出等。而且，總體字段也不局限于位反相技術，可以對部分控制段或整個控制段進行其他方式的錯誤檢測，如奇偶校驗等。最后，雖然圖1所示語音、數(shù)據(jù)同時調制解調設備100是通過本地回路101與DTE10和電話機20連接的，但本發(fā)明的設計也可應用于其他通信環(huán)境，如蜂窩式通信等。
權利要求
1.一種在模擬、數(shù)據(jù)同時通信的系統(tǒng)中發(fā)送副信息的方法，其特征是所述方法包括下列各步對一個數(shù)據(jù)信號進行編碼，以提供分布在等于T1的時間間隔內的J個數(shù)據(jù)符號；對至少一個控制信號進行編碼，以提供分布在等于T2的時間間隔內的K個控制符號，其中控制符號表示控制信息；將J個數(shù)據(jù)符號和K個控制符號進行多路復用，提供一個由J+K個符號組成的符號塊；對一個模擬信號進行編碼，提供分布在T1＋T2的時間間隔內的多個信號點；將各信號點與符號塊中相應的符號分別相加，提供多個合成信號點；以及發(fā)送合成信號點。
2.權利要求1所提出的方法，其特征是其中所述符號塊有一個數(shù)據(jù)段和一個控制段，其中J個數(shù)據(jù)符號接連設置在數(shù)據(jù)段內，而K個控制符號接連設置在控制段內。
3.權利要求1提出的方法，其特征是其中所述數(shù)據(jù)符號和控制符號都是從同一個信號空間選取的。
4.權利要求1提出的方法，其特征是其中所述由一個現(xiàn)行符號塊傳送的控制信息是下一個符號塊的函數(shù)。
5.權利要求4提出的方法，其特征是其中所述控制信息表示下個符號塊的自適應增益信息。
6.權利要求4提出的方法，其特征是其中所述控制信息傳送下個符號塊的數(shù)據(jù)率信息。
7.權利要求2提出的方法，其特征是其中所述控制段代表了數(shù)目固定的Y個位，它等于符號塊中K個控制符號乘以這些控制符號中的每個y位組成。
8.權利要求7提出的方法，其特征是其中所述每個控制符號代表x位，而x＞y。
9.權利要求8提出的方法，其特征是其中部分x—y位傳送拷貝的控制信息。
10.權利要求1提出的方法，其特征是其中所述這些數(shù)據(jù)符號表示一個同步數(shù)據(jù)流。
11.權利要求1提出的方法，其特征是其中所述數(shù)據(jù)信號表示一個異步字符流，每個異步字符都有一個起始位和一個終止位。
12.權利要求11提出的方法，其特征是其中所述對數(shù)據(jù)進行編碼這一步包括除去各異步字符的起始位和終止位。
13.一種調制解調設備，其特征是所述設備包括根據(jù)一個數(shù)據(jù)信號提供一個數(shù)據(jù)符號流的裝置525，各數(shù)據(jù)符號都是從一個第一信號空間選取的；根據(jù)至少一個控制信號提供一個控制符號流的裝置520，各控制符號都是從一個第二信號空間選取的；形成一系列符號塊的裝置107、110、540，各符號塊都由數(shù)量一定的數(shù)據(jù)符號和數(shù)量一定的控制符號組成；根據(jù)一個模擬信號提供一個信號點流的裝置130；將各信號點分別與各符號塊的至少相應一些符號相加從而提供一個合成信號點流的裝置135；以及發(fā)送合成信號點流的裝置145—115。
14.權利要求13提出的設備，其特征是其中所述模擬信號是一個語音信號。
15.權利要求13提出的設備，其特征是其中所述符號塊形成裝置包括一個對各符號塊中的各數(shù)據(jù)符號和控制符號進行計數(shù)的裝置110。
16.權利要求13提出的設備，其特征是其中所述發(fā)送裝置是一個正交振幅調制器。
17.權利要求13提出的設備，其特征是其中所述各符號塊都包括一個數(shù)據(jù)段和一個控制段，數(shù)量一定的數(shù)據(jù)符號配置在數(shù)據(jù)段內，數(shù)量一定的控制符號配置在控制段內。
18.權利要求17提出的設備，其特征是其中所述控制符號中至少有一個符號表示下個符號塊的信息。
19.權利要求17提出的設備，其特征是其中所述配置在控制段的控制符號表示二級數(shù)據(jù)。
20.權利要求17提出的設備，其特征是其中所述配置在數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)符號表示一個同步數(shù)據(jù)流。
21.權利要求17提出的設備，其特征是其中所述數(shù)據(jù)信號表示一個異步字符流，每個異步字符都有一個起始位和一個終止位，而且所述響應數(shù)據(jù)信號的裝置還執(zhí)行從每個異步字符中除去起始位和終止位的操作。
全文摘要
在語音、數(shù)據(jù)同時通信系統(tǒng)中，一個信號點流被劃分成一組符號塊，每個符號塊都包括一個數(shù)據(jù)段和一個控制段。數(shù)據(jù)段載有用戶發(fā)出的信息(用戶數(shù)據(jù))，而控制段提供控制信息。語音信號疊加在各符號塊信號點的至少一部分或全部信號點上，以將語音和數(shù)據(jù)同時傳輸給對方終端?？刂菩畔⒖梢员硎疽粋€二級數(shù)據(jù)源發(fā)出的信息，和(或)包括有關下個數(shù)據(jù)塊特征(如用戶數(shù)據(jù)率)的信息和有關通信信道特征的信息。
文檔編號H04M11/06GK1117233SQ9411839
公開日1996年2月21日 申請日期1994年11月14日 優(yōu)先權日1993年11月15日
發(fā)明者戈登·布雷默, 庫爾特·E·霍姆奎斯特, 肯尼思·D·科, 基思·A·蘇德爾斯 申請人:美國電報電話公司