專利名稱：用于高速同時進(jìn)行語音/數(shù)據(jù)通信的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用數(shù)據(jù)預(yù)編碼的高速調(diào)制解調(diào)器，特別是那些可以進(jìn)行同步語音/數(shù)據(jù)信號發(fā)送和接收的調(diào)制解調(diào)器。
在技術(shù)上，高速數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以以高達(dá)28.8KBit/s的速率在普通電話交換網(wǎng)和租用的點對點兩線電話線路上傳輸數(shù)據(jù)。國際電信聯(lián)盟ITU-T的V.34建議對其進(jìn)行了描述，題為“電話網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信”，于1994年9月提交國際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)化部。為獲得高傳輸速率，這種調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射器配有預(yù)編碼器，用來減小(均化)或補(bǔ)償通信信道中的噪聲信號影響，這種噪聲會影響如此高速下的數(shù)據(jù)傳輸。在接收傳輸信號的調(diào)制解調(diào)器中的接收器必須含有必要的電路來恢復(fù)預(yù)編碼的信號。
對數(shù)據(jù)信號的預(yù)編碼處理可以在高功率和低失真條件下實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。但是，這種高速調(diào)制解調(diào)器卻無法發(fā)送與/或接收同時傳輸?shù)恼Z音和數(shù)據(jù)信號。
沿單條通信線路同時發(fā)送語音和數(shù)據(jù)信號是可以做到的，例如在一條模擬電話信道上。專門為發(fā)送和接收這種同時信號設(shè)計的調(diào)制解調(diào)器可以用來實現(xiàn)語音/數(shù)據(jù)信號的同時傳輸。但是，這種調(diào)制解調(diào)器卻無法象采用預(yù)編碼技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器那樣在高功率和低失真的條件下進(jìn)行語音/數(shù)據(jù)信號的同時傳輸。
因此，希望提供一種引入預(yù)編碼技術(shù)的高速同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，這能獲得比傳統(tǒng)的同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器更高的傳輸功率和更小的失真。
這一發(fā)明的思想是在高速調(diào)制解調(diào)器中實現(xiàn)同步傳輸語音/數(shù)據(jù)信號，這也就意味著在高達(dá)28.8Kbps甚至更高的傳輸速率下，同時要保持比現(xiàn)有的常規(guī)同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器更高的功率和更低的失真。
為達(dá)到這一目標(biāo)，對輸入到調(diào)制解調(diào)器的模擬語音信號，根據(jù)已知的過程進(jìn)行編碼，產(chǎn)生語音矢量信號和控制信號，而用戶輸入到調(diào)制解調(diào)器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，在進(jìn)行傳統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼之前先進(jìn)行預(yù)編碼，和語音信號組合后進(jìn)行傳輸。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的調(diào)制解調(diào)器包括一個先進(jìn)先出(FIFO)的緩沖器，在模擬語音信號編碼過程中產(chǎn)生的控制信號和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號輸入其中，并對這些信號進(jìn)行復(fù)用。然后，多路復(fù)用的數(shù)據(jù)被傳送到映射器、外殼映射器(shell mapper)或差分編碼器。數(shù)據(jù)在映射器中映射并旋轉(zhuǎn)，經(jīng)差分編碼器送入映射器的數(shù)據(jù)，和直接送入映射器的數(shù)據(jù)以及一個輸入映射器的反饋數(shù)據(jù)位，被選用來作為定義或表示映射數(shù)據(jù)信號旋轉(zhuǎn)量的代表數(shù)據(jù)位。通過映射器后，對這些多路復(fù)用數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，以減小并補(bǔ)償在信號傳輸過程中引入的噪聲影響。
所選的定義映射數(shù)字信號旋轉(zhuǎn)的代表數(shù)據(jù)被直接送到旋轉(zhuǎn)器，在這里它們與語音矢量信號進(jìn)行組合。模擬語音信號在送入旋轉(zhuǎn)器之前，先采用這里提到的傳統(tǒng)編碼技術(shù)進(jìn)行編碼。旋轉(zhuǎn)器根據(jù)所選的代表數(shù)據(jù)位所定義的旋轉(zhuǎn)量相應(yīng)地對語音矢量信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)后的語音信號也進(jìn)行預(yù)編碼或預(yù)加重處理，以改善信號的頻率響應(yīng)，并補(bǔ)償遠(yuǎn)地接收調(diào)制解調(diào)器的濾波。預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號和旋轉(zhuǎn)后的語音矢量信號在加法器中進(jìn)行組合并送到非線性編碼器中，該編碼器用傳統(tǒng)技術(shù)對組合信號進(jìn)行編碼，以便通過通信信道傳輸給遠(yuǎn)地調(diào)制解調(diào)器。
通過通信信道傳送的組合信號被遠(yuǎn)地調(diào)制解調(diào)器所接收，并對它們進(jìn)行解調(diào)、均衡和非線性解碼處理。經(jīng)過濾波后，語音矢量信號和預(yù)編碼數(shù)字信號被分離開來，根據(jù)發(fā)送器所采用的預(yù)編碼技術(shù)，對預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行恢復(fù)，生成原始的映射信號。并且根據(jù)從恢復(fù)預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的電路中接收的控制信號，對語音矢量信號進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)(de-rotating)。映射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號經(jīng)解碼獲得接收或輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。同樣，根據(jù)發(fā)送器所采用的編碼技術(shù)，對反向旋轉(zhuǎn)后的語音矢量信號進(jìn)行解碼，來獲得發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器接收的原始模擬語音信號。
本發(fā)明的其它目的和特點將在下文的詳細(xì)描述和附圖中進(jìn)一步闡明。應(yīng)該說明的是，這些附圖僅作為圖解，而不是對本發(fā)明適用范圍的確切定義。對發(fā)明范圍的定義應(yīng)參照所附的權(quán)利要求。
各圖中相同的標(biāo)號表示相同的電路單元。


圖1中方塊圖代表根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同時傳送語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送電路；圖2中方塊圖代表圖1發(fā)送電路中對語音矢量信號進(jìn)行預(yù)加重的電路；圖3中方塊圖代表根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的接收電路；圖4中方塊圖代表對從圖3接收電路所用的預(yù)編碼數(shù)字信號中分離出來的語音矢量信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臑V波器；圖5表示出了映射器產(chǎn)生的信號；圖6表示出了預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號；圖7表示出了依據(jù)本發(fā)明組合傳輸?shù)恼Z音和數(shù)據(jù)信號；圖8表示出了經(jīng)本發(fā)明接收電路接收并濾波后組合的語音和數(shù)據(jù)信號；下面將通過對附圖的詳細(xì)介紹使讀者對本發(fā)明有一個更加清楚的認(rèn)識。圖1描述了發(fā)送電路的結(jié)構(gòu)。這是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的一部分，用數(shù)字100來標(biāo)識。
模擬的語音信號和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號例如由用戶送入始發(fā)調(diào)制解調(diào)器中。在編碼器101中對模擬語音信號進(jìn)行處理，例如可以采用傳統(tǒng)的編碼技術(shù)產(chǎn)生語音矢量信號和數(shù)字語音控制信號，其中控制信號提供了與模擬語音信號編碼有關(guān)的信息。用戶輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號和語音控制信號被輸入到先入先出(FIFO)緩沖器102中，在這里兩種信號進(jìn)行多路復(fù)用處理，多路復(fù)用信號的某些預(yù)定數(shù)據(jù)位被分別送往外殼映射器104、差分編碼器106或映射器108。實際上，預(yù)先選擇哪些數(shù)據(jù)位送往哪個單元是無關(guān)緊要的，只要我們在生產(chǎn)中固定尋址路徑(routing)或統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(或至少相對于收/發(fā)端來說尋址路徑是固定的)，那么每一個調(diào)制解調(diào)器都會把相同的數(shù)據(jù)位定位到相同的單元?？梢灶A(yù)見，在上面的例子中，先(及時)完成編碼的數(shù)據(jù)位將被送入外殼映射器104中，因為外殼映射器將比其它單元花更多的時間處理數(shù)據(jù)。因此，外殼映射器104將用來處理高速傳輸下的分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，對它們進(jìn)行映射使數(shù)據(jù)傳輸以最有效的方式進(jìn)行。在高速傳輸?shù)那闆r下有可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，比如在3200Hz符號速率下(也就是每秒傳輸3200個符號)。對于傳輸速率是14.4Kbps的調(diào)制解調(diào)器，那么每秒傳送3200個符號不能整除傳輸允許的14.4K每秒，在這種情況下將得到分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，結(jié)果是用4比特傳輸一個符號。這時，外殼映射器104將在8個符號楨上相應(yīng)地映射該分?jǐn)?shù)位，這樣映射的數(shù)據(jù)在8個符號周期中傳送36比特或在每個符號周期中平均傳輸4個比特，如果傳輸過程中不需要分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位映射，那么外殼映射器104將不起特別的作用，輸入數(shù)據(jù)直接被送往映射器108。
通過在編碼器101中對模擬語音信號進(jìn)行處理而獲得的語音控制信號，被通過先入先出(FIFO)緩沖器102直接送到映射器108中。映射器108對接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行映射和旋轉(zhuǎn)，并從中選出四個預(yù)定數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4。這四個數(shù)據(jù)位定義了兩個旋轉(zhuǎn)控制符號或標(biāo)志(token)，用來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的旋轉(zhuǎn)量。R1、R2定義了第一個兩位旋轉(zhuǎn)符號，它們是從通過差分編碼器106的數(shù)據(jù)中選出的。R3代表的旋轉(zhuǎn)位是從由FIFO緩沖器102傳到映射器108的數(shù)據(jù)中選出的。旋轉(zhuǎn)位R4是從網(wǎng)格編碼器(trellis encoder)32送來的反饋符號，用來完成對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的預(yù)編碼(參見下文)。這種映射方法是目前被廣泛采用的，本文無需贅述。數(shù)據(jù)位R3與R4定義了第二個旋轉(zhuǎn)符號。
所述的由R1、R2、R3、R4定義的旋轉(zhuǎn)控制符號被從映射器108送往旋轉(zhuǎn)器112中，對模擬語音信號編碼產(chǎn)生的語音矢量信號也被送入旋轉(zhuǎn)器112中。在這里，語音矢量信號的旋轉(zhuǎn)根據(jù)所選的位R1、R2、R3、R4的旋轉(zhuǎn)信息進(jìn)行的。就象上文提到的，這四個數(shù)據(jù)位記載了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號在映射器108中的旋轉(zhuǎn)量。因此，語音矢量信號的旋轉(zhuǎn)完全依據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的旋轉(zhuǎn)；如果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號不旋轉(zhuǎn)，那么旋轉(zhuǎn)器112對語音矢量信號也不作旋轉(zhuǎn)。
經(jīng)映射器108映射旋轉(zhuǎn)后的代碼化數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號被送往預(yù)編碼器20，與高頻脈動信號在這里組合。圖5顯示了映射后數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)集(constellation)，包括映射器108輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號和語音控制信號；該信號在圖1中用“1”標(biāo)志。圖中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號被表示為離散的點集。
在預(yù)編碼器20電路中，從映射器108送來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號被送入濾波器22中，該濾波器可以是有限脈沖響應(yīng)(FIR，F(xiàn)inite ImpulseResponse)濾波器和舍入單元(round-off device)的組合。濾波器22的輸出被送入舍入單元24中，在這里，濾波器的輸出經(jīng)舍入處理成為有預(yù)定數(shù)據(jù)位的整數(shù)值。這為發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器提供了對稱性有助于接收端調(diào)制解調(diào)器以正確的順序來解碼。如果信號在濾波器22中已經(jīng)進(jìn)行了舍入處理，那么舍入單元24將不對濾波器輸出起作用。舍入單元24的輸出被送往量化器26和減法器28的負(fù)(反相)輸入端。在量化器26中，舍入單元24的輸出經(jīng)量化生成一個高頻脈動矢量(dither vector)。這個脈動矢量被送加法器30與送入預(yù)編碼器20的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號相加。加法器30的輸出將被送往減法器28的正相輸入端，與舍入單元24的輸出信號相減，產(chǎn)生預(yù)編碼器20的輸出信號x(n)，該信號在圖1中被標(biāo)識為“2”，并在圖6進(jìn)行圖示。當(dāng)然，減法器28的輸出也被送入濾波器22。
預(yù)編碼器20的作用是使信號傳輸功率保持一個平滑的功率譜分布，這樣在通信信道的接收端就可以得到更高的信號電平。預(yù)編碼器20把量化器26產(chǎn)生的脈動矢量信號組合到傳輸信號上，這樣可以控制信號的幅度在正常或需要的功率允許范圍內(nèi)。量化器26進(jìn)而可以限制高頻脈動矢量的幅度，從而減小傳輸信號的失真，并使數(shù)據(jù)能以較高的功率傳輸。
量化器26的輸出也被送到模數(shù)編碼器36中，它能對預(yù)編碼信號的狀態(tài)進(jìn)行校正。加法器30的輸出也被輸入到符號-比特轉(zhuǎn)換器38中。預(yù)編碼器在操作的不同階段中產(chǎn)生的中間信號被送入模數(shù)編碼器36和符號-比特轉(zhuǎn)換器38中，經(jīng)處理后送到網(wǎng)格編碼器32。網(wǎng)格編碼技術(shù)是大家所熟悉的，產(chǎn)生的網(wǎng)格輸出信號，被反饋到映射器108作為旋轉(zhuǎn)符號R4。
值得一提的是，在反饋環(huán)路中設(shè)置預(yù)編碼器20和網(wǎng)格編碼器32可以減小信號在數(shù)據(jù)集上的擴(kuò)展，并減小組合到數(shù)據(jù)信號上的高頻脈動矢量的幅度。此外，網(wǎng)格編碼器32還向映射器提供冗余位選作旋轉(zhuǎn)位R4，以改善性能，并且加入到外殼映射器104所處理的發(fā)送的分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)中。
圖6顯示了預(yù)編碼器20的輸出信號x(n)的數(shù)據(jù)集，該信號即圖1中標(biāo)為“2”的信號。預(yù)編碼器能有效地填充該發(fā)送的數(shù)據(jù)集，并組合上高頻脈動矢量(用一個矢量來描述)以減小和補(bǔ)償傳輸信道中的噪聲。這樣能有效地削弱信道噪聲，在較差的信道中將能獲得1-2dB的信號改善。
經(jīng)過預(yù)編碼的數(shù)據(jù)信號x(n)被送往加法器114，在這里，它與編碼器101產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)語音矢量信號組合。圖7表示了加法器114輸出的組合的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和語音矢量信號，在圖1中標(biāo)識為“3”。如圖所示，語音矢量的起點被平移到所組合的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號矢量上。在傳統(tǒng)的語音/數(shù)據(jù)傳輸中，語音信號的功率是受到限制的，如圖所示，語音信號矢量的末端不能超出它起始端所在的象限，這減小了接收端的解碼誤差。在語音矢量信號與預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號組合的同時，脈動矢量也被組合上去，它可以有效地移動語音矢量信號；但是，這種移動使語音矢量信號的末端有可能進(jìn)入另一個象限，在傳統(tǒng)的同步語音/數(shù)據(jù)傳輸中將在接收端造成一個解碼錯誤；但是在本發(fā)明中，這種錯誤不會發(fā)生，因為在解碼前將從語音矢量信號中減去脈動矢量，使語音矢量信號移位回到原來的象限和幅度。無論怎樣，加法器114產(chǎn)生的語音和數(shù)據(jù)的組合信號都將依次通過非線性編碼器116和調(diào)制器117，信號依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)編碼或調(diào)制后傳輸給遠(yuǎn)地接收端的調(diào)制解調(diào)器。
圖2表示出了預(yù)加重電路111，它可以有選擇地引入到圖1的發(fā)送電路中，用以對語音信號進(jìn)行預(yù)編碼或預(yù)加重，當(dāng)然，這是在語音矢量信號與預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號組合之前進(jìn)行的。實際上，它與上文提到的數(shù)據(jù)預(yù)編碼器具有相似的功能，可以用來改善在接收電路中濾波和解碼之后得到的語音矢量信號的頻率響應(yīng)。在圖2中，預(yù)加重電路連接為反饋環(huán)路，位于旋轉(zhuǎn)器112和加法器114之間。在電路111中，從旋轉(zhuǎn)器112傳來的語音矢量信號被輸入到加法器113中，其輸出將被送往加法器114和濾波器115，例如有限脈沖響應(yīng)濾波器和舍入單元的組合。濾波器115對旋轉(zhuǎn)語音矢量信號進(jìn)行濾波，并將濾波后的信號反饋到加法器113以與旋轉(zhuǎn)語音矢量信號相加，這樣就完成了對旋轉(zhuǎn)語音矢量信號的預(yù)加重處理?？梢栽跒V波器115的輸出和加法器113之間插入一個語音矢量調(diào)制器117，接收濾波器115的濾波信號，并對旋轉(zhuǎn)的語音矢量信號提供進(jìn)一步的調(diào)制和預(yù)加重。在圖1發(fā)送電路中加入預(yù)加重電路111的負(fù)效應(yīng)是會使傳輸信號的功率有所增加，但是，由于預(yù)加重顯著地改善了接收器中接收信號的頻率響應(yīng)，因此我們完全可以忽略這點小小的影響。
在遠(yuǎn)地或接收調(diào)制解調(diào)器中(見圖3)，從通信信道傳輸來的信號依次通過均衡器118和非線性解碼器120，接收調(diào)制解調(diào)器采用現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)技術(shù)和相應(yīng)的發(fā)送電路使用的編碼方法對信號進(jìn)行均衡和解碼。非線性解碼器120的輸出信號在圖3中標(biāo)識為“3”，圖7顯示出了該輸出信號，它與發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器100中非線性編碼器116的輸入信號相同。
經(jīng)解碼器120解碼后的信號被送入一個噪聲均化(白化)濾波器122(noise whitening filter)，例如一個FIR濾波器和舍入單元組合，它把高頻脈動矢量去掉，輸出含有一群特征點集的信號，這些點代表預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和語音矢量信號，該信號在圖3中標(biāo)識為“4”，圖8顯示了這些點的分布。噪聲均化濾波器122接成前饋(feed-forward)方式，它的濾波輸出信號與非線性解碼器120的輸出在加法器123中相加。圖8比圖5出現(xiàn)了更多的點，而圖5是信號在傳輸預(yù)編碼前的數(shù)據(jù)集，這說明預(yù)編碼過程中預(yù)編碼器往數(shù)據(jù)集中填入了“人造”的信號點。預(yù)編碼器恢復(fù)電路能識別并移去圖8數(shù)據(jù)集中的人造點，有關(guān)移去這些多余點的技術(shù)在現(xiàn)行的采用預(yù)編碼和預(yù)編碼器恢復(fù)的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中是成熟的，從圖8還可以看到，語音矢量信號被移入單一象限中，而不會再進(jìn)入第二個象限。這應(yīng)歸功于該濾波器成功地移去或減掉了高頻脈動矢量。上文曾經(jīng)提到，在圖1的發(fā)送電路中加入預(yù)加重電路111平滑了傳輸信號，因而補(bǔ)償了噪聲均化濾波器122的影響。如果發(fā)送端沒有預(yù)加重，那么濾波器122將會對沒有加重(或沒有編碼)的語音矢量信號進(jìn)行去加重或解碼，這將對結(jié)果造成一定的影響。
濾波器122的輸出被送往維特比(Viterbi)解碼器124和均衡延遲線126。維特比解碼器124檢測和識別出語音/數(shù)據(jù)信號的旋轉(zhuǎn)量，即發(fā)送電路用來旋轉(zhuǎn)語音矢量信號的所選數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4，所定義的旋轉(zhuǎn)量并產(chǎn)生相應(yīng)的反向旋轉(zhuǎn)信號。延遲線126與維特比解碼器124是并聯(lián)的，它有效地補(bǔ)償了在維特比解碼器中處理和生成反向旋轉(zhuǎn)信號所帶來的延遲。上文曾提到，發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器對信號矢量進(jìn)行正常旋轉(zhuǎn)變換是為了有效地抵抗傳輸信道的噪聲干擾；如果發(fā)送端沒有對信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，那么信號將很容易受到傳輸信道的干擾；輸入發(fā)送端旋轉(zhuǎn)器112的數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4將不對語音信號產(chǎn)生影響，維特比解碼器124將不對信號作任何修改而直接傳給限幅器128(slicer)。
限幅器128的兩個輸入分別來自維特比解碼器124以及經(jīng)過均衡延遲線126的延遲信號，該信號與發(fā)送電路中加法器123的輸出是相同的。限幅器128由語音矢量信號中分離出數(shù)據(jù)信號，并將分離出的數(shù)據(jù)信號送往預(yù)編碼重建電路130和減法器132的負(fù)反相輸入端。
圖8中數(shù)據(jù)集中的離散點集代表由限幅器128分離出的數(shù)據(jù)信號，該信號被送到預(yù)編碼恢復(fù)電路130-它采用現(xiàn)有的現(xiàn)有技術(shù)重新恢復(fù)送到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器預(yù)編碼器20的數(shù)據(jù)信號，圖8的數(shù)據(jù)集與圖5相比多了一些“人造”信號點，如前所述，恢復(fù)電路能識別出這些點。更具體來說，輸入到恢復(fù)電路130的信號，在通過了減法器156后，被輸入到濾波器154中，該濾波器可以是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器和舍入單元的組合，其輸出被反饋到減法器156與限幅器128的輸出信號相減。同時濾波器154的輸出被依次送入模數(shù)解碼器158(modulo decoder)和加法器160中，在加法器160中，它與減法器156的輸出信號組合。加法器的輸出被送入限幅器140中，該限幅器將移去被預(yù)編碼器恢復(fù)電路130所識別出的“人造”信號點，并補(bǔ)償維特比解碼器124產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)信號。
經(jīng)均衡延遲線126的延遲信號被輸入到減法器132的正向或非反相輸入端，與由限幅器128送入負(fù)(反相)端的數(shù)據(jù)信號相減。相減后的語音矢量信號與經(jīng)限幅器140補(bǔ)償后的反向旋轉(zhuǎn)信號一起被送入反向旋轉(zhuǎn)電路150中，該電路有效地對語音矢量信號進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)處理。使用經(jīng)限幅器140補(bǔ)償后的反向旋轉(zhuǎn)信號，能有效地補(bǔ)償反向旋轉(zhuǎn)信號-影響已由恢復(fù)電路130所識別出來的信號的“人造”位。
圖4中的濾波電路129可以有選擇性地被插入到圖3中的減法器132和反向旋轉(zhuǎn)器150中間，它可以補(bǔ)償噪聲均化濾波器122對語音矢量信號的影響。當(dāng)發(fā)送電路中不包含預(yù)加重電路111時(參見圖2)，則應(yīng)使用該濾波電路。這兩個電路在傳輸信道的兩端起著相同的作用，兩者的相互替換只是設(shè)計上的選擇，比如可以在工業(yè)上制定標(biāo)準(zhǔn)來確定它。濾波電路129包括一個濾波器133，它可以是有限頻率響應(yīng)(FIR)濾波器和舍入單元的組合，它接收并過濾送往旋轉(zhuǎn)器150的語音矢量信號，經(jīng)濾波后的輸出信號在減法器131中，與減法器132的輸出信號相減。補(bǔ)償后的信號被送往濾波器133和旋轉(zhuǎn)器150。
讓我們再回到圖3，在反向旋轉(zhuǎn)器150中根據(jù)限幅器140輸出的補(bǔ)償過的反向旋轉(zhuǎn)信號，對語音矢量信號進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)處理。然后，語音矢量信號被送往解碼器152，采用傳統(tǒng)的語音信號解碼技術(shù)進(jìn)行解碼，可以復(fù)原得到輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始模擬語音信號。
限幅器40輸出的數(shù)據(jù)信號被送往逆映射器142、外殼逆映射器或差分編碼器146，最后通過一個先入先出FIFO緩沖器148，輸出復(fù)原得到的輸入發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。
如上所述，按本發(fā)明構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器能同時接收和傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。在使用中，模擬語音信號被輸入到調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送電路100中，經(jīng)傳統(tǒng)的語音信號編碼技術(shù)處理，產(chǎn)生語音矢量信號和表示或代表對語音信號編碼所用編碼表的控制信號。同時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號也被從另一輸入端輸入到調(diào)制解調(diào)器，采用傳統(tǒng)高速調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)編碼方式進(jìn)行處理，當(dāng)然，在本發(fā)明中還應(yīng)進(jìn)行預(yù)編碼。語音控制信號和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號在先入先出FIFO緩沖器102中進(jìn)行多路復(fù)用處理，然后依次進(jìn)行映射、旋轉(zhuǎn)和預(yù)編碼。
映射器對數(shù)據(jù)進(jìn)行映射旋轉(zhuǎn)以便傳輸，并從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號中預(yù)先選出4個數(shù)據(jù)位來定義數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的旋轉(zhuǎn)量。選中的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)位被送往旋轉(zhuǎn)器112，用于將語音矢量信號和原數(shù)據(jù)信號按相同的方式旋轉(zhuǎn)。沒有被選中或余下數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號位被送往預(yù)編碼器進(jìn)行預(yù)編碼處理，這可以減小或補(bǔ)償信號在傳輸過程中可能引入的噪聲。然后，旋轉(zhuǎn)后的語音信號與預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號組合，組合信號依次被送往常規(guī)的非線性編碼器116和調(diào)制器117，進(jìn)行編碼和調(diào)制處理后，采用常規(guī)信號傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸。在與數(shù)據(jù)信號進(jìn)行組合之前，語音矢量信號應(yīng)先進(jìn)行預(yù)編碼或預(yù)加重以平滑，并補(bǔ)償接收端調(diào)制解調(diào)器的濾波影響。
發(fā)送的語音/數(shù)據(jù)信號到達(dá)遠(yuǎn)地接收調(diào)制解調(diào)器后，依次通過均衡器118和非線性解碼器120(見圖3)。然后被送往噪聲均化濾波器122，去掉發(fā)送端對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號預(yù)編碼時加入的高頻脈動矢量，同時減小和補(bǔ)償在傳輸信道中的噪聲影響。濾波后的信號被同時送往維特比解碼器124和均衡延遲線126。信號在延遲線上的預(yù)定延時恰好等于它通過維特比解碼器的處理或延時。維特比解碼器以輸入信號的旋轉(zhuǎn)量為基礎(chǔ)生成一個旋轉(zhuǎn)信號，這個信號與通過均衡傳輸延遲線126的輸出在限幅器128中組合，以從組合的信號中分離出預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。
被分離出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號被送往預(yù)編碼恢復(fù)電路130，它能有效地對預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行恢復(fù)，并識別出發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器預(yù)編碼器20所加入的“人造” 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號?；謴?fù)后的信號被送往限幅器140，該限幅器從中移去被恢復(fù)電路130所識別出的“人造”數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，并補(bǔ)償維持比解碼器產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)信號。
從組合信號中減去經(jīng)限幅器128分離出的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，就可以得到語音矢量信號。該信號和從限幅器140出來的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)姆聪蛐D(zhuǎn)信號一起被送入反向旋轉(zhuǎn)電路150中，對語音矢量信號進(jìn)行有效的反向旋轉(zhuǎn)處理。然后該語音矢量信號被送往解碼電路152，采用常規(guī)的技術(shù)進(jìn)行解碼，復(fù)原出輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始模擬語音信號。
類似的，限幅器140出來的數(shù)據(jù)信號經(jīng)解碼后，復(fù)原出輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始數(shù)據(jù)信號。
因此，按本發(fā)明構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送和接收電路部分或單元，可以對同步語音和數(shù)據(jù)信號進(jìn)行高速接收和發(fā)送，它對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)編碼，并對模擬語音信號進(jìn)行預(yù)加重或預(yù)編碼處理。對數(shù)據(jù)和語音信號的預(yù)編碼使傳輸或通信信道中噪聲的影響達(dá)到最小，并允許信號在高傳輸功率的情況下保持低失真。而在以前，在如此高速率、高功率、低失真的條件下同時發(fā)送語音和數(shù)據(jù)信號是不可能的。
當(dāng)然，本發(fā)明的調(diào)制解調(diào)器，其發(fā)送和接收電路應(yīng)分別做成獨立的電路單元，這比把它們集成為一整塊能同步發(fā)/收語音和數(shù)據(jù)信號的電路要好。這些相似的變化對于熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的人來說是顯而易見的，它們也都包含在本發(fā)明預(yù)期的范圍之內(nèi)。
上文對本發(fā)明應(yīng)用于最佳實施方案的基本新功能給出了具體的描述，有經(jīng)驗的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明主旨的前提下，對其中某些單元電路的形成、細(xì)節(jié)及其功能操作進(jìn)行許多改動、替換或刪除。任何與本文所介紹電路本質(zhì)上具有相同功能以相同方式產(chǎn)生相同結(jié)果的電路單元與/或方法步驟均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。并且應(yīng)該注意到，本發(fā)明的任何公開形式或?qū)嵤┓桨钢斜硎九c/或描述的結(jié)構(gòu)與/或單元與/或方法可以作為設(shè)計選擇的整體形式體現(xiàn)在任何其他公開、敘述或建議的形式或?qū)嵤┓桨钢?。因此，只能以后面所附的?quán)利要求說明的范圍來限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制解調(diào)器，它能在單條通信信道上同時將語音和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號傳送給遠(yuǎn)地目標(biāo)，并且還能由遠(yuǎn)地設(shè)備經(jīng)單條通信信道同時傳來的信號中獲得模擬語音信號和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號，所述調(diào)制解調(diào)器包括發(fā)送器，包括數(shù)據(jù)處理裝置，它可以映射輸入到發(fā)送器的時變用戶數(shù)據(jù)信號，以產(chǎn)生由多個數(shù)據(jù)位來定義的映射數(shù)據(jù)信號；語音信號處理裝置，它可以對輸入到發(fā)送器中的時變語音信號進(jìn)行編碼；對映射后的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)編碼的裝置；將預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號與編碼后的語音信號組合起來的裝置；通過通信信道將組合在一起的編碼語音信號和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號同時發(fā)送給遠(yuǎn)地目標(biāo)的裝置；和接收器，包括從通信信道接收由遠(yuǎn)地設(shè)備同時傳送來的組合在一起的編碼語音信號和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號，作為該接收器的輸入的裝置；對上述接收的組合信號進(jìn)行濾波的裝置；分離裝置，與所述的濾波裝置連接，以從濾波后的組合信號中分離出編碼語音信號和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號；對分離出的編碼語音信號解碼以得到來自遠(yuǎn)地發(fā)送端設(shè)備的模擬語音信號的裝置；對預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號恢復(fù)以限定恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號的裝置。
2.對恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行解碼，得到來自發(fā)送端設(shè)備的數(shù)據(jù)信號的裝置。
3.如權(quán)利要求1的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的數(shù)據(jù)處理裝置包括選擇裝置，用于從所述的多個數(shù)據(jù)位中選出代表映射數(shù)據(jù)信號旋轉(zhuǎn)量的預(yù)定位；所述的組合裝置包括接收所述預(yù)定位，并在語音信號與數(shù)據(jù)信號組合之前根據(jù)所述預(yù)定位所定義的旋轉(zhuǎn)量對所述編碼后的語音信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的裝置；所述的接收 器還包確定旋轉(zhuǎn)量并對分離的編碼語音信號和恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)的裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的預(yù)編碼裝置包括一個反饋編碼器，它耦合于前述的數(shù)據(jù)處理裝置并向其發(fā)送一個反饋位，該反饋位包括所述的預(yù)定位中的一位。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的發(fā)送器還包括一個用于編碼的非線性編碼器以及一個調(diào)制器，在編碼語音和預(yù)編碼數(shù)據(jù)的組合信號送到通信信道之前對其進(jìn)行調(diào)制。
6.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中每一位所述的預(yù)定位包括輸入到發(fā)送器的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的組合裝置還包括對所述的編碼語音信號進(jìn)行預(yù)加重的裝置。
8.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的接收器包括在分離出的編碼語音信號反向旋轉(zhuǎn)之前先進(jìn)行去加重的裝置。
9.一種用在調(diào)制解調(diào)器中的發(fā)送器，在單條通信信道上同時發(fā)送編碼語音信號和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，所述的發(fā)送器包括數(shù)據(jù)處理裝置對輸入發(fā)送器的時變用戶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行映射，產(chǎn)生由多個數(shù)據(jù)位定義的映射和旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)信號；選擇裝置從上述多個數(shù)據(jù)位中選出表示所述映射數(shù)據(jù)信號旋轉(zhuǎn)量的預(yù)定位；語音信號處理裝置接收并對輸入發(fā)送器的時變用戶語音信號進(jìn)行編碼，產(chǎn)生編碼后的語音信號；預(yù)編碼裝置對映射數(shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)編碼處理；旋轉(zhuǎn)裝置接收所述預(yù)定位和所述編碼語音信號，并根據(jù)由所述預(yù)定位定義的旋轉(zhuǎn)量對所述編碼語音信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理；組合裝置對預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號和旋轉(zhuǎn)后的編碼語音信號進(jìn)行組合處理，產(chǎn)生組合的語音/數(shù)據(jù)信號；和傳送裝置通過單條通信信道將組合的語音/數(shù)據(jù)信號傳送出去。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)送器，其中所述預(yù)編碼裝置包括一個反饋編碼器，它耦合于所述的選擇裝置并向其傳送一個反饋位，該反饋位包括所述預(yù)定位中的一位。
11.如權(quán)利要求8中所述的發(fā)送器，其中所述發(fā)送器包括一個用于編碼的非線性編碼器和一個調(diào)制器，在向通信信道上傳送組合的語音/數(shù)據(jù)信號之前對其進(jìn)行編碼和調(diào)制。
12.權(quán)利要求8中的發(fā)送器，其中所述的組合裝置還包括對所述編碼語音信號進(jìn)行預(yù)加重的裝置。
13.一種用在調(diào)制解調(diào)器中的接收器能從遠(yuǎn)地設(shè)備通過單條通信信道傳來的組合語音/數(shù)據(jù)信號中分離出模擬語音信號和用戶數(shù)據(jù)信號，遠(yuǎn)地設(shè)備在傳送前對所述模擬語音信號進(jìn)行編碼并對所述用戶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)編碼，該接收器包括接收裝置從通信信道上接收所述的組合信號作為該接收器的輸入；濾波裝置對所述接收的組合信號進(jìn)行濾波；分離裝置與所述濾波裝置連接從濾波后的組合信號中分離出編碼語音信號和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號。
14.反向旋轉(zhuǎn)和解碼裝置對分離的編碼語音信號進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)和解碼處理，得到來自遠(yuǎn)地設(shè)備的模擬語音信號。
15.恢復(fù)裝置對預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號進(jìn)行恢復(fù)，得到來自遠(yuǎn)地設(shè)備的用戶數(shù)據(jù)信號。
16.如權(quán)利要求12中所述的接收器，還包括在反向旋轉(zhuǎn)之前對所述分離后的編碼語音信號進(jìn)行去加重處理的裝置。
全文摘要
一種高速調(diào)制解調(diào)器能在單條通信信道上同時傳輸語音和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。語音信號采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生編碼后的語音信號和控制信號。對控制信號和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行多路復(fù)用和映射處理，并從多路復(fù)用數(shù)據(jù)中選出預(yù)定比特來定義數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的旋轉(zhuǎn)量，并對語音矢量信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)編碼以便減小和補(bǔ)償通信信道引入的噪聲。旋轉(zhuǎn)后的語音矢量信號和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號組合后進(jìn)行傳輸。
文檔編號H04L27/00GK1154616SQ9611270
公開日1997年7月16日 申請日期1996年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月9日
發(fā)明者威廉姆·萊維斯·彼特斯 申請人:美國電報電話公司