專(zhuān)利名稱(chēng)：在一個(gè)同時(shí)話音與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中進(jìn)行格型編碼的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)數(shù)據(jù)通信設(shè)備，例如調(diào)制解調(diào)器。本發(fā)明尤其涉及經(jīng)同一通信設(shè)施在同一時(shí)間對(duì)話音及數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。
一般地說(shuō)，就象公共交換電話網(wǎng)(PSTN)那樣，調(diào)制解調(diào)器處理一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，以便提供一個(gè)已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)通信信道傳輸?shù)竭h(yuǎn)端調(diào)制解調(diào)器，即接收調(diào)制解調(diào)器。盡管是任何調(diào)制方案都可用于產(chǎn)生出已調(diào)信號(hào)，但通常該已調(diào)信號(hào)屬正交調(diào)幅(QAM)的成分。這種已調(diào)信號(hào)表示一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的序列，其中的每一數(shù)據(jù)符號(hào)是從一個(gè)構(gòu)象(constellation)信號(hào)空間中選定的信號(hào)點(diǎn)。在此方案中，在數(shù)據(jù)符之間有一個(gè)預(yù)定的最小間距(spacing)。這一最小間距，即間隔，直接涉及到該數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的所期望的誤差界限。這一所期的誤差界限是在該通信系統(tǒng)中可接受的噪聲等級(jí)。例如，當(dāng)已調(diào)信號(hào)由遠(yuǎn)端調(diào)制解調(diào)器所接收時(shí)，每一個(gè)被接收信號(hào)點(diǎn)的值一般是不同于被發(fā)送信號(hào)點(diǎn)的值的，而這些信號(hào)點(diǎn)的值的每一個(gè)都與一個(gè)數(shù)據(jù)符相關(guān)聯(lián)。在信號(hào)點(diǎn)值中的這種改變是由通信信道中所引入的噪聲所引起的。結(jié)果是，該接收調(diào)制解調(diào)器在該序列的每一個(gè)所收信號(hào)點(diǎn)處執(zhí)行一個(gè)“限幅”(slicing)操作。這種限幅操作時(shí)于所收信號(hào)點(diǎn)作最接近的數(shù)據(jù)符號(hào)作最簡(jiǎn)單的估計(jì)。這稱(chēng)之為一個(gè)“硬判定”。只要是來(lái)自通信信道的噪聲小于該可接受誤差界限，該接收調(diào)制解調(diào)器將總是正確地估計(jì)該被發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)。
然而，當(dāng)來(lái)自通信信道的噪聲大于該誤差界限時(shí)，該接收調(diào)制解調(diào)器則開(kāi)始進(jìn)行不正確的“硬判定”該發(fā)射的數(shù)據(jù)符號(hào)序列的每一單獨(dú)的一個(gè)。如果大于該誤差界限的噪聲量被加到一個(gè)一個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)符，以使該已上信號(hào)點(diǎn)更接進(jìn)于不同于所傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)一即出現(xiàn)接收調(diào)制解調(diào)器錯(cuò)誤地提取該錯(cuò)誤數(shù)字符號(hào)的結(jié)果，則一個(gè)不正確的硬判定，即硬誤差就會(huì)出現(xiàn)。結(jié)果，通常采用誤差校正技術(shù)以進(jìn)一步編碼信息，以使該接收調(diào)制解調(diào)器能夠從由通信信道所引入的任何硬誤差恢復(fù)到一個(gè)范圍。
例如，一種誤差校正技術(shù)是類(lèi)似于格型編碼的一種信道編碼方案。此時(shí)，該傳送調(diào)制解調(diào)器選擇數(shù)據(jù)不僅是作為在任何時(shí)間間隔中數(shù)據(jù)信號(hào)的當(dāng)前值的函數(shù)，而且是作為數(shù)據(jù)信號(hào)的先前值的函數(shù)。換句話說(shuō)，格型編碼方案是一種卷積碼的形式。結(jié)果是，接收調(diào)制解調(diào)器不僅執(zhí)行一種限幅操作，而且執(zhí)行一個(gè)頻道編解碼操作。特別地，接收調(diào)制解調(diào)器不僅進(jìn)行一個(gè)對(duì)每一所收信號(hào)點(diǎn)的硬判定，而且還查看在先的硬判定，以估計(jì)當(dāng)前數(shù)據(jù)字符。在對(duì)一特定數(shù)據(jù)字符進(jìn)行判定之前能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)目通常被稱(chēng)為“解碼深度”?？傮w上，盡管是來(lái)自通信信道的噪聲是大于大于可許可的誤差界限，信道編碼技術(shù)仍會(huì)使數(shù)據(jù)通信運(yùn)行。
1993年6月14日提交的08/076505號(hào)授予Gordon Bremer和Kenneth D.Ko的題為“同時(shí)的模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)”相關(guān)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一個(gè)同時(shí)傳送聲音和數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，其中，代表一個(gè)話音的信號(hào)，即第二信號(hào)，被加到每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，用于經(jīng)一通信信道而傳送到一接收調(diào)制解調(diào)器。尤其是，該數(shù)據(jù)符號(hào)是一個(gè)被加有一話音信號(hào)矢量的基準(zhǔn)信號(hào)點(diǎn)值，它代表著話音信號(hào)。這種將話音信號(hào)加入數(shù)據(jù)符號(hào)，使得一個(gè)信號(hào)點(diǎn)被選作既是所選數(shù)據(jù)符號(hào)也是話音信號(hào)矢量尺寸的函數(shù)。
該被選信號(hào)點(diǎn)是從被分成若干個(gè)非重疊區(qū)域的一個(gè)構(gòu)象信號(hào)空間中選取，每一個(gè)區(qū)域都與一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相關(guān)。隨之，在一區(qū)域中的任何信號(hào)可被有效地被選來(lái)用于傳輸?shù)揭粋€(gè)接收調(diào)制解調(diào)器。由于每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)區(qū)域是非重疊的，該話音信號(hào)矢量被限制為一確定的最大尺寸，即動(dòng)態(tài)范圍，以使得選定用于發(fā)送的信號(hào)點(diǎn)總存在于該所選區(qū)域之內(nèi)，該區(qū)域是由所選數(shù)據(jù)符號(hào)所確定的。
遺憾的是，被發(fā)送的話音信號(hào)的質(zhì)量直接涉及到該話音信號(hào)矢量的可允許動(dòng)態(tài)范圍。結(jié)果是，任何對(duì)于該動(dòng)態(tài)范圍的限制，也限制了對(duì)于任何話音傳送質(zhì)量改善的能力。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在一個(gè)包括有誤差校正技術(shù)的通信系統(tǒng)中，這些信號(hào)空間區(qū)域中的至少一個(gè)的尺寸被以這樣的方式擴(kuò)展，即該區(qū)域與信號(hào)空間的另一區(qū)域相重疊。結(jié)果是，話音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，即第二信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍被增加，從而改善了第二信號(hào)的發(fā)送質(zhì)量。
當(dāng)取自兩個(gè)區(qū)域的重疊區(qū)的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)被選來(lái)用于傳輸時(shí)，一個(gè)人為的誤差即被以這樣的方式引入到數(shù)據(jù)符號(hào)流中，即一個(gè)接收器在估計(jì)該發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)過(guò)程中將有可能產(chǎn)生一個(gè)硬誤差。然而，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，盡管由于在已收數(shù)據(jù)信號(hào)上的明顯的噪聲(定話音信號(hào))而使接收機(jī)產(chǎn)生出硬誤差的事實(shí)，支持?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)選擇的誤差校正技術(shù)使得該接收機(jī)能夠識(shí)別信號(hào)空間的正確的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)及話音信號(hào)的恢復(fù)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，一個(gè)同時(shí)的話音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)格型(trellis)編碼的一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，用于選擇若干個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)中的一個(gè)，其中每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)由取自信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象中的一個(gè)特定的信號(hào)點(diǎn)所識(shí)別。這種信號(hào)點(diǎn)的構(gòu)象被分成若干個(gè)區(qū)域，其中的每一個(gè)區(qū)域包括有該構(gòu)象信號(hào)空間的一部分以及上述數(shù)據(jù)符號(hào)之一。此外，每一個(gè)區(qū)域與每一個(gè)相鄰近的區(qū)域重疊。尤其是，信號(hào)空間的某些區(qū)域重疊，以使得話音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍增加3dB。


圖1示出了使用在一個(gè)同時(shí)話音及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的非重疊信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象；圖2示出了使用在圖3所示發(fā)射機(jī)中的信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象；圖3示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明原則的一個(gè)發(fā)射機(jī)的方框圖；圖4示出了一個(gè)接收機(jī)方框圖，它接收由圖3所示的發(fā)射機(jī)所發(fā)的信號(hào)；圖5示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明原則的又一個(gè)發(fā)射機(jī)的方框圖；圖6示出了用于圖5的發(fā)射機(jī)中的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象；和圖7示出了一個(gè)接收機(jī)的方框圖，它接收由圖5所示的發(fā)射機(jī)所發(fā)的信號(hào)。
上面提到的、在此結(jié)合作為參考的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一個(gè)發(fā)射機(jī)，其中所發(fā)射的信號(hào)表示了一個(gè)N維信號(hào)點(diǎn)的序列，每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)是至少兩個(gè)分離信號(hào)的函數(shù)。為說(shuō)明起見(jiàn)，信號(hào)之一是模擬的，即話音信號(hào)，而另一個(gè)信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。被公開(kāi)于上述相關(guān)申請(qǐng)中的同時(shí)話音及數(shù)據(jù)系統(tǒng)所使用的4-QAM符號(hào)構(gòu)象如圖1所示。如在相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)中所述，數(shù)據(jù)信號(hào)首先在每一個(gè)信號(hào)間隔T中被編碼，以便選擇一信號(hào)空間構(gòu)象的四個(gè)非重疊區(qū)域之一，每一個(gè)區(qū)域由參考符號(hào)“A”、“B”、“C”和“D”的之一所表示。例如，符號(hào)“A”表示區(qū)域1，并且特別是與由信號(hào)空間坐標(biāo)(-1，+1)所表示的信號(hào)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，如在本專(zhuān)業(yè)所公知那樣，它代表示了“同相”及“正交成分”。在選有技術(shù)的數(shù)據(jù)專(zhuān)用通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)只發(fā)射從該符號(hào)構(gòu)象所選的四個(gè)符號(hào)之一。換句話說(shuō)，只存在可被發(fā)射的四個(gè)有效信號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)。然而，如相上述的相關(guān)申請(qǐng)中所公開(kāi)的那樣，另外一個(gè)信號(hào)，如一個(gè)話音信號(hào)，被加到所選的數(shù)據(jù)符號(hào)上，其結(jié)果是，任何在所選區(qū)域中的信號(hào)點(diǎn)被選來(lái)用于發(fā)射。每一個(gè)有效的區(qū)域與一個(gè)不同的數(shù)據(jù)符號(hào)相關(guān)聯(lián)。例如，在每一個(gè)信號(hào)間隔T內(nèi)，對(duì)話音信號(hào)的處理要使得其提供兩個(gè)話音信號(hào)的取樣。在構(gòu)象信號(hào)空間中，象例如在圖1所示話音信號(hào)矢量V那樣，這兩個(gè)取樣被用于產(chǎn)生一個(gè)話音矢量。換句話說(shuō)，在每一個(gè)信號(hào)間隔內(nèi)，這兩個(gè)話音取樣選擇了關(guān)于信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象區(qū)域的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)。這一信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)定義了從該信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象的原點(diǎn)的該話音信號(hào)矢量V的幅度和角度。隨之，這一話音信號(hào)矢量被加到一數(shù)據(jù)矢量d(矢量相加)，該矢量d代表在每一信令間隔T內(nèi)的被選數(shù)據(jù)符號(hào)。產(chǎn)生的矢量r選擇一特定的信號(hào)點(diǎn)R，用于從所選的區(qū)域傳輸?？梢詮膱D1中看到，話音信號(hào)矢量V的幅度受到限制，從而生成信號(hào)點(diǎn)R位于一區(qū)域之內(nèi)。結(jié)果是，一經(jīng)收到所發(fā)射的信號(hào)點(diǎn)，接收機(jī)簡(jiǎn)單地做一個(gè)如上所述的硬判定，得知是何種符號(hào)被發(fā)送并隨之從已收的信號(hào)點(diǎn)減去該符號(hào)的信號(hào)點(diǎn)值，以實(shí)現(xiàn)話音信號(hào)的恢復(fù)。具體地說(shuō)，該接收機(jī)選擇了這樣一個(gè)區(qū)域，由每一數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)值的每一信號(hào)值所表示，該區(qū)域在距離上最接近所接收的信號(hào)點(diǎn)值。
如圖1所示，對(duì)于一個(gè)接收機(jī)來(lái)說(shuō)，為產(chǎn)生正確的“硬判定”，信號(hào)空間的每一個(gè)區(qū)都要求是非重疊的。每一個(gè)非重疊區(qū)域的尺寸都直接影響話音矢量的動(dòng)態(tài)范圍。遺憾的是，話音信號(hào)具有一個(gè)大得多的動(dòng)態(tài)幅度范圍，并且其所具有的概率分布尤其是趨于零加數(shù)，也就是說(shuō)，話音十分可能是非常小的幅度，只是偶然場(chǎng)合才接近滿幅標(biāo)。因此，任何對(duì)話音信號(hào)矢量動(dòng)態(tài)范圍的限制都是直接影響其話音傳輸質(zhì)量。
因而，根據(jù)本發(fā)明，在一個(gè)包括誤差校正技術(shù)的通信系統(tǒng)中，若干個(gè)信號(hào)空間區(qū)域中的至少一個(gè)的尺寸被擴(kuò)展到使其與信號(hào)空間的另一個(gè)區(qū)域相重疊。結(jié)果是，話音信號(hào)矢量的動(dòng)態(tài)范圍被增加，從而改善了話音信號(hào)的傳輸質(zhì)量。當(dāng)取自兩個(gè)區(qū)域的一個(gè)重疊面積中的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)被選取用于傳輸時(shí)，就會(huì)以這樣的方式將人為誤差引入到數(shù)據(jù)符號(hào)流中，即，一個(gè)接收機(jī)將有可能在估計(jì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)中產(chǎn)生一個(gè)硬誤差?？墒牵刂浦鴶?shù)據(jù)符號(hào)選擇的誤差校正技術(shù)會(huì)使得接收機(jī)識(shí)別信號(hào)空間的正確區(qū)域，并因而實(shí)現(xiàn)從已收的信號(hào)點(diǎn)的話音信號(hào)的恢復(fù)。
具體地，圖2示出了一個(gè)信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象實(shí)例，其中，每一個(gè)區(qū)域都與相鄰區(qū)域重疊到一定的范圍。圖2中的信號(hào)點(diǎn)的構(gòu)象在構(gòu)成上要使得以該區(qū)域中心所示的定位為基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)符號(hào)向各方向延伸3dB。通過(guò)增加3dB，更多的能量被加到話音信號(hào)，即，增加了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，從而增加了話音符號(hào)的傳輸重量。簡(jiǎn)單而言，只有圖2示出了關(guān)于符號(hào)A的區(qū)域擴(kuò)展，關(guān)于每一符號(hào)的其它區(qū)域類(lèi)似地在每一方向上都被擴(kuò)展了3dB。結(jié)果是，有效信號(hào)點(diǎn)區(qū)域的每一個(gè)是，區(qū)域A′、區(qū)域B′、區(qū)域′C和區(qū)域D′。應(yīng)從圖2中注意到，對(duì)于一接收機(jī)而言，其原始區(qū)域的定義仍然適用。例如，如圖2所示，如果一個(gè)話音矢量V被加到符號(hào)A，則對(duì)于發(fā)射機(jī)而言，產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)r是取自區(qū)域A′，而相對(duì)于接收機(jī)而言，它是取自區(qū)域B。結(jié)果是，由于產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)R較之以符號(hào)A更結(jié)近按符號(hào)B，所以該接收機(jī)(下面將討論)則在估計(jì)哪一個(gè)符號(hào)是被發(fā)送的過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)硬誤差。
圖3示出了一種裝置，極其基礎(chǔ)地說(shuō)明了本發(fā)明的原理。它包括一個(gè)信道編碼器40，響應(yīng)加在線路41上的數(shù)字信號(hào)。信道編碼器40按照公知的編碼技術(shù)進(jìn)行工作，作為闡述，它是一種如在CCITTV32標(biāo)準(zhǔn)中所說(shuō)明的格型編碼器，或者如在其它先有技術(shù)，例如，美國(guó)專(zhuān)利4,941,154中所闡述的那樣，一個(gè)格型編碼器是一種卷積碼的形式。在每一個(gè)信號(hào)間隔T中，信道編碼器40提供了一個(gè)數(shù)據(jù)編碼數(shù)字信號(hào)到1至2維變換器60，該變換器在線62和63上生成兩個(gè)輸出脈沖，而脈沖的每一個(gè)都包括相關(guān)于到達(dá)線路61上的已編碼數(shù)字信號(hào)的幅度。圖3還包括一個(gè)1至2編碼器50，它響應(yīng)加在話音信號(hào)線51的信號(hào)，并在線52和53上生成兩個(gè)模擬信號(hào)。在線52和53上的這兩個(gè)模擬信號(hào)代表話音信號(hào)的取樣，并在每一個(gè)信號(hào)間隔T之中提供信號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)，用于話音信號(hào)矢量。輸出52和53被分別送到單元30和35。單元30和35對(duì)變換器50的輸出定標(biāo)，即在每維向上定標(biāo)其幅度小于或者是當(dāng)于如圖2所示的矢量V的幅度。舉例而言，由于每一區(qū)域都是矩形，則兩個(gè)單元30和35的標(biāo)量值是相等的，即N＝M。輸出59和62在加法器70和80中相加，形成了由圖2的信號(hào)空間所表示的信號(hào)的成份，加法器70和80的輸出被送到調(diào)制器120和130，并在加法器140中取和，以形成如在本專(zhuān)業(yè)公知的那樣的一個(gè)已調(diào)信號(hào)。雖然是為了簡(jiǎn)化而沒(méi)有示出，但應(yīng)注意到，加法器70和80的輸出可以由濾波器作附加處理，而進(jìn)行帶寬限制而不超過(guò)ω，以防止混淆，并且受限到至少是變換器60的輸出取樣率的倒數(shù)的一半。
在圖3中，單元60是一個(gè)1至2變換器。然而應(yīng)當(dāng)理解，單元50可以是M至N的變換器。就是說(shuō)，單元60可以響應(yīng)多個(gè)(M)編碼數(shù)字信號(hào)而可以生成不同的多個(gè)(N)輸出信號(hào)。相類(lèi)似地，單元50可以是M-K編碼器，響應(yīng)多個(gè)模擬信號(hào)。同樣，接在單元50和60之后的若干部件的集合(即單元70、80、120、130和140)形成了正交調(diào)制器90，可被構(gòu)成來(lái)響應(yīng)單元50和60的多個(gè)輸出。更具體地說(shuō)，這些單元必須考慮所加的全部輸入信號(hào)，而且意味著它們必須有能力處理K個(gè)或N個(gè)信號(hào)而不論它們有多大。然而在此種情形之下，用戶可以假設(shè)這兩個(gè)(K或N)的較大的一個(gè)是系統(tǒng)的維數(shù)，而且，不論所加輸出入為何種，可以假設(shè)過(guò)些維數(shù)中的某些或都有，或者無(wú)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬信號(hào)。當(dāng)然，假若這些維數(shù)中沒(méi)有數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)，可以經(jīng)過(guò)這些維數(shù)送其它信息，例如均衡“邊側(cè)”(side)信息。
在信號(hào)空間的內(nèi)容上，單元50和60的N個(gè)輸出信號(hào)(設(shè)N大于K)對(duì)應(yīng)著在多維空間中矢量成分的集合，例如N維空間。這一多維空間的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著在正交調(diào)制器90內(nèi)的正交調(diào)制信號(hào)。在圖3中，兩個(gè)正交調(diào)制信號(hào)是coswt和sinwt，但其它的調(diào)制信號(hào)也是可能的。例如碼分多址(CDMA)取樣。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，正交調(diào)制信號(hào)是產(chǎn)生包含同時(shí)出現(xiàn)的單元信號(hào)的被發(fā)射的調(diào)制信號(hào)，并使得接收機(jī)將已收的信號(hào)分解成它的構(gòu)成成分信號(hào)，這些信號(hào)將是響應(yīng)調(diào)制信號(hào)的每一個(gè)而被產(chǎn)生的信號(hào)。參見(jiàn)圖2可見(jiàn)，正交調(diào)制器90執(zhí)行由各成分所表示的符號(hào)矢量的取和，這些成分是由單元60和用由單元50產(chǎn)生的成份所表示的模擬信息矢量所產(chǎn)生的。這一點(diǎn)在圖2中示出。
如上所述，雖然如圖3所示的裝置以一種使接收機(jī)可能作出硬誤差的方式將人為的錯(cuò)誤引入到發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)中，但作為基礎(chǔ)的誤差校正技術(shù)(在本例中為格型碼)使得接收機(jī)借助于頻道解碼處理來(lái)恢復(fù)被選作發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)的原始序列。換句話說(shuō)，話音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍被增加到超出上述誤差界限，盡管在這種場(chǎng)合將預(yù)知的誤差引入到通信系統(tǒng)中。
圖4表示一個(gè)基本框圖，它是根據(jù)本發(fā)明原理的接收機(jī)。從信道接收的已調(diào)輸入信號(hào)送到解調(diào)器210，它生成了同相且正交的成份。這些成份被加到限幅器220，它對(duì)于來(lái)自圖2構(gòu)象的數(shù)據(jù)符號(hào)的每一個(gè)都計(jì)算一個(gè)“誤差量度”或“過(guò)渡量度”。這一誤差量度簡(jiǎn)單地是從每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)開(kāi)始的距離。限幅器220將用于數(shù)據(jù)符號(hào)的每一個(gè)誤差量送到信道解碼器280，這種解碼器在本專(zhuān)業(yè)中例如是一個(gè)維特比解碼器。一般而論，對(duì)于格型碼的每一種狀態(tài)，信道解碼器280將每一個(gè)過(guò)渡量度加到一個(gè)被存儲(chǔ)的“路徑量度”，并隨之選擇一個(gè)新的路徑量度用于每一格型碼狀態(tài)。每一個(gè)新的路徑量度具有誤差量度的最小取和。換句話說(shuō)，在決定一個(gè)特定數(shù)據(jù)符號(hào)以便在整個(gè)已收符號(hào)序列中減小總體誤差之前，信道解碼器280估計(jì)一個(gè)已收數(shù)據(jù)符號(hào)序列。例如，如上在圖2中討論且示出的，一經(jīng)收到信號(hào)點(diǎn)R，一個(gè)硬判定將導(dǎo)致選擇數(shù)據(jù)符號(hào)B?？墒?，由于在當(dāng)與對(duì)于殘余數(shù)據(jù)符號(hào)的誤差量度相比而言，對(duì)于一個(gè)已收數(shù)據(jù)符號(hào)來(lái)說(shuō)其對(duì)應(yīng)誤差量度是最小的而且其自身會(huì)導(dǎo)致選擇錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)符號(hào)，所以它是一個(gè)硬誤差。換句話說(shuō)，話音信號(hào)矢量V是以這樣方式加到符號(hào)A，即接收機(jī)在確定已收符號(hào)過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)硬誤差。然而，由于用選擇傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)的每一個(gè)的格型碼作為基礎(chǔ)，信道解碼器280使得接收機(jī)從這種硬誤差中恢復(fù)或避免這種硬誤差。結(jié)果是，信道解碼器280在若干個(gè)符號(hào)間隔之后將校正的數(shù)據(jù)符號(hào)，即符號(hào)A送到解變換器230，其中的數(shù)據(jù)間隔數(shù)通常等于解碼長(zhǎng)度。
為了恢復(fù)話音信號(hào)，圖4包括緩沖器290，它從解調(diào)器210接收其輸出信號(hào)并提供一個(gè)時(shí)間延遲，該延遲將使得其現(xiàn)行將首先在信道解碼器280中完成的格型編碼。圖4包括一個(gè)1至2變換器240，它響應(yīng)由信道解碼器280所生成的符號(hào)。變換器240的輸出是一套同相和正交成份(在圖3中被加到單元70和80)。在減法器250和260中，從緩沖器290的輸出中減去變換器240的輸出。減法器250和260的輸出被加到2至1解變換器270，它組合話音取樣以形成原始話音信號(hào)。解變換器270執(zhí)行的是變換器50的相反功能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明原則的另一個(gè)發(fā)射機(jī)實(shí)施例如圖5所示，作為說(shuō)明，使用了如圖6所示的信號(hào)點(diǎn)構(gòu)象。該信號(hào)空間包括有四個(gè)子集A，B，C和D，其中每一子集包括四個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)。例如，子集A包括數(shù)據(jù)符號(hào)A1、A2、A3和A4。如圖6所見(jiàn)，依照本發(fā)明，與數(shù)據(jù)符號(hào)B4相關(guān)的信號(hào)空間的區(qū)域與相關(guān)于數(shù)據(jù)符號(hào)C2的信號(hào)空間的區(qū)域相重疊。盡管沒(méi)有示出，可以假設(shè)與其余數(shù)據(jù)符號(hào)相關(guān)的信號(hào)空間的每一個(gè)其它區(qū)域都是相重疊的。
圖5的發(fā)射機(jī)500從線路501接收輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并從線路549接收一個(gè)模擬話音信號(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)501由加擾器505隨機(jī)化，隨后在轉(zhuǎn)換器510中從串聯(lián)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并聯(lián)形式、該并行的數(shù)據(jù)比特是成兩組，不屬模型編碼的在路徑511上而屬格型編碼的在路徑512、513和514上。由路徑513和514上的信號(hào)所表示的兩路格型編碼比特首先由編碼器515差分編碼并隨之由格型編碼器520所格型編碼。格型編碼器520是傳統(tǒng)采用的維特比型。格型編碼器520的輸出521是一個(gè)循環(huán)命令。它由協(xié)調(diào)循環(huán)單元525所實(shí)現(xiàn)。這種格型編碼識(shí)這四個(gè)子集的哪一個(gè)將由圖6中所示構(gòu)象即一個(gè)基礎(chǔ)子集被編碼。子集A、B、C和D的每一個(gè)分別地使用0、-90、180和90度的循環(huán)。如本專(zhuān)業(yè)公知，這種循環(huán)具有一個(gè)提供差分編碼的功能，它避免了相位模糊。
未經(jīng)編碼的在路徑511上數(shù)字比特是一個(gè)地址，它被送到基準(zhǔn)產(chǎn)生器530，是一個(gè)簡(jiǎn)單的查詢表。該表在被使用在接收機(jī)(下面將討論)中，以降低整個(gè)存儲(chǔ)器需求。從查詢表530的輸出是一對(duì)兒直角坐標(biāo)，標(biāo)識(shí)哪一個(gè)子集點(diǎn)，例如A1、A2、A3或A4將被傳送(也稱(chēng)為正交編碼)。不考慮話音符號(hào)的場(chǎng)合，該被標(biāo)識(shí)的子集點(diǎn)隨后在循環(huán)裝置525中被循環(huán)，以便從圖6示出的構(gòu)象中選擇一個(gè)點(diǎn)。例如，設(shè)A3由產(chǎn)生器基準(zhǔn)530所標(biāo)識(shí)，并且由格型編碼器520所提供的基礎(chǔ)子集是D，則產(chǎn)生出選定用于傳送的數(shù)據(jù)符號(hào)是D3。
如上所述，在每個(gè)信號(hào)間隔T中，話音信號(hào)由話音信號(hào)編碼器550編碼，在線路551和552上提供兩個(gè)話音取樣。這兩個(gè)話音取樣定義了話音信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)，還進(jìn)一步定義了話音信號(hào)矢量的幅度及相位。話音編碼器550被假定根據(jù)圖6所示每一區(qū)域的大小來(lái)限制每一個(gè)話音符號(hào)矢量的幅度。話音信號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)的每一個(gè)都由加法器535和540加到所選子集點(diǎn)的分別的坐標(biāo)。產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)由線路536和537送到循環(huán)裝置525。如上所述，該循環(huán)裝置按照由格型編碼器520所提供的所選定的基礎(chǔ)子集的函數(shù)對(duì)所產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)，以便經(jīng)過(guò)信號(hào)線526和527提供最終信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)。經(jīng)濾波器和調(diào)制器545；放大器555和耦合器560，代表該最終信號(hào)點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)過(guò)電信信道590而被發(fā)送。
網(wǎng)絡(luò)590的終端是在如圖7示的接收機(jī)400中，接收機(jī)400是通過(guò)耦合器405和放大器410而被耦合到網(wǎng)絡(luò)的。利用傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)，解調(diào)器415從其載波頻率fc解調(diào)出該信號(hào)，以在濾波器和均衡器420中進(jìn)行基帶處理。
在進(jìn)行處理之前，來(lái)自濾波器和均衡器42的已均衡的輸出在緩沖器425中被過(guò)時(shí)。這一延時(shí)使得格型解碼首先在維特化解碼器430中被完成。在任何符號(hào)時(shí)刻的維特比解碼器的輸出都被延時(shí)一般為16或更多的格型碼符號(hào)。對(duì)于一個(gè)四維格型碼來(lái)說(shuō)，它是32或更多的已調(diào)制符號(hào)。維特比解碼器430的輸出是解碼器且經(jīng)誤差校正的格型狀態(tài)。最小狀態(tài)檢測(cè)器435利用比一個(gè)未編碼系統(tǒng)的粒確度如3至4dB的最小誤差量度識(shí)別該狀態(tài)。如本專(zhuān)業(yè)所知那樣，是在裝置440中該最小狀態(tài)識(shí)別解碼的格型比特。這些比特通過(guò)常標(biāo)之內(nèi)編碼的比特并送到線路441上。在比特組合器450中，該編碼的比特與提供在線路446上的未編碼的比特相結(jié)合。組合后的比特流再經(jīng)傳統(tǒng)的方法所處理，以在線路451上產(chǎn)生輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。這種未編碼的比特由第二路徑經(jīng)緩沖器425(下面將討論)而被恢復(fù)。
響應(yīng)使用在發(fā)射機(jī)500中的循環(huán)器525，最小狀態(tài)檢測(cè)器435還將一個(gè)指示格型循環(huán)的一個(gè)信號(hào)提供給格型循環(huán)器455。因此，借助于循環(huán)器455，來(lái)自緩沖器425的延時(shí)輸出被循環(huán)回到原來(lái)的基準(zhǔn)系統(tǒng)。在這一原始基準(zhǔn)系統(tǒng)中，在線路456上的輸出信號(hào)由最佳限幅器460所解碼。限幅器460的輸出是由線461上的一個(gè)信號(hào)和線446上的未編碼的比特所提供的一個(gè)索引，如前所述，該索引與編碼比特結(jié)合在組合器450中。
由在線路461上的信號(hào)所提供的索引提供了用于解碼的子集點(diǎn)的理想基準(zhǔn)。這一理想基準(zhǔn)被存儲(chǔ)在查詢表480中。利用減法器490，該理想的基準(zhǔn)被從格型循環(huán)器輸出信號(hào)中減去。這樣，就從子集輸出中除去了基本數(shù)據(jù)。在線路491上的原始話音已編碼信號(hào)，即，話音取樣的坐標(biāo)按上所述那樣話音解碼器495解碼，以提供在線路496上的話音信號(hào)。
前面只述及了本發(fā)明的原理，應(yīng)理解，本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可以得到眾多的變型裝置，盡管在此沒(méi)在述及但都采用了本發(fā)明原理且在本發(fā)明的精神范圍之內(nèi)。
例如，雖然本發(fā)明在此是利用離散的功能作用塊，例如限幅器220等，來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這些功能的任一個(gè)或多個(gè)的功能可采用一個(gè)或多個(gè)合適的編程處理器所實(shí)現(xiàn)。此外，信號(hào)點(diǎn)的重疊區(qū)域的概念可以在采用誤差校正技術(shù)的任何數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，以及在利用部分比特率的通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，而且，也可采用其它誤差校正碼的形式，例如變換編碼等。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射信號(hào)的方法，包括以下步驟編碼一個(gè)第一信號(hào)以提供多個(gè)信號(hào)點(diǎn)，其中每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)是取自一個(gè)N維信號(hào)空間，并且每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)確定了關(guān)于所說(shuō)信號(hào)空間起始的一個(gè)第一信號(hào)矢量；格型編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)以提供一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的序列，其中的每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)是與所說(shuō)信號(hào)空間的若干信號(hào)點(diǎn)特定之一相關(guān)聯(lián)，并且其中每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)與一不同區(qū)域相關(guān)，其中至少區(qū)域之一與相鄰區(qū)域至少之一相重疊；把多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的每一個(gè)加到來(lái)自數(shù)據(jù)符號(hào)的所說(shuō)序列的分別數(shù)據(jù)符號(hào)，以提供產(chǎn)生出的信號(hào)點(diǎn)，以使得產(chǎn)生出的信號(hào)點(diǎn)的至少一個(gè)是取自所說(shuō)的重疊區(qū)域；和發(fā)送一個(gè)產(chǎn)生的信號(hào)，該信號(hào)代表產(chǎn)生信號(hào)點(diǎn)的序列。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)的維數(shù)N等于2。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中的信道編碼步驟是進(jìn)行格型編碼的步驟。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中第一信號(hào)是話音信號(hào)。
5.一種方法包括如下步驟信道編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)以選擇若干個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)之一，其中每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)與取自一個(gè)N維信號(hào)空間的一個(gè)不同信號(hào)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，并且其中每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)與相鄰的數(shù)據(jù)符號(hào)分開(kāi)一個(gè)距離2d，其中的距離d代表著一個(gè)誤差界限，該界限使得一個(gè)接收機(jī)在相鄰符號(hào)之間識(shí)別；編碼一個(gè)第一信號(hào)以提供一個(gè)第一信號(hào)點(diǎn)，其中的第一信號(hào)點(diǎn)取自該信號(hào)空間，并且每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)確定關(guān)于所說(shuō)信號(hào)空間起始的一個(gè)第一信號(hào)矢量；將第一信號(hào)矢量加到所選的數(shù)據(jù)符號(hào)，以使得產(chǎn)生的信號(hào)距所選的數(shù)據(jù)符號(hào)的距離是m，其中m＞d；和發(fā)送代表產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)的信號(hào)。
6.發(fā)送信號(hào)的裝置包括用于編碼一個(gè)第一信號(hào)以提供多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的裝置，其中每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)是取自一個(gè)N維信號(hào)空間并且每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)確定關(guān)于所說(shuō)信號(hào)空間的起源的一個(gè)第一信號(hào)矢量；用于格型編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)以提供一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的序列的裝置，其中的每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)是與所說(shuō)信號(hào)空間若干信號(hào)點(diǎn)特定之一相關(guān)聯(lián)，其中至少區(qū)域之一與相鄰區(qū)域至少之一相重疊；用于把多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的每一個(gè)加到來(lái)自數(shù)據(jù)符號(hào)的所說(shuō)序列的分別數(shù)據(jù)符號(hào)的裝置，以提供產(chǎn)生出的信號(hào)點(diǎn)，使得產(chǎn)生出的信號(hào)點(diǎn)的至少一個(gè)是取自所說(shuō)的重疊區(qū)域；和用于發(fā)送一個(gè)產(chǎn)生的信號(hào)的裝置，該信號(hào)代表產(chǎn)生信號(hào)點(diǎn)的序列。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中的維數(shù)N是2。
8.如權(quán)利要求6的裝置，其中信道編碼裝置格型編碼該數(shù)據(jù)信號(hào)。
9.如權(quán)利要求6的裝置，其中的第一信號(hào)是一個(gè)話音信號(hào)。
10.裝置包括用于在每一信號(hào)間隔T中信道編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，以選擇若干個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)之一的裝置，其中每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)與取自一個(gè)N維信號(hào)空間的一不同信號(hào)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，并且其中每一數(shù)據(jù)符號(hào)與相鄰數(shù)據(jù)符號(hào)分離一個(gè)距離2d，其中的距離d表示一個(gè)誤差界限，它使得一個(gè)接收機(jī)在相鄰的符號(hào)間進(jìn)行識(shí)別；用于在每一信號(hào)間隔中編碼一個(gè)第一信號(hào)，以提供一個(gè)第一信號(hào)點(diǎn)的裝置，其中的第一信號(hào)點(diǎn)取自所說(shuō)的信號(hào)空間，并且每一信號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)定義關(guān)于所說(shuō)信號(hào)空間起源的一個(gè)第一信號(hào)矢量；用于在每一信號(hào)間隔T中將第一信號(hào)矢量加到所選的數(shù)據(jù)符號(hào)的裝置，以使得所產(chǎn)生的信號(hào)點(diǎn)的至少之一距所選數(shù)據(jù)符號(hào)的距離是m，其中m＞d；和用于傳送一個(gè)信號(hào)的裝置，該信號(hào)表示在每一信號(hào)間隔T中出現(xiàn)的產(chǎn)生出的信號(hào)點(diǎn)。
全文摘要
一種同時(shí)發(fā)送基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信號(hào)和第二話音信號(hào)的通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)包括一種誤差校正技術(shù)，并且該構(gòu)象信號(hào)空間被分成若干個(gè)區(qū)域，其中這些區(qū)域至少之一與另一區(qū)域重疊。該基礎(chǔ)信號(hào)被信道編碼以選擇該若干區(qū)域的特定之一，該區(qū)域由基準(zhǔn)信號(hào)點(diǎn)值所代表。該話音信號(hào)被編碼以提供信號(hào)點(diǎn)矢量，加到基準(zhǔn)信號(hào)點(diǎn)，從而人為地引入一個(gè)誤差。盡管如此，基礎(chǔ)信號(hào)的信道編碼使得接收機(jī)恢復(fù)該原始的選定基準(zhǔn)信號(hào)點(diǎn)值，當(dāng)從已收信號(hào)點(diǎn)值中減去該值時(shí)，則接近于該話音信號(hào)。
文檔編號(hào)H03M13/01GK1118543SQ9410889
公開(kāi)日1996年3月13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)明者威·謙路易斯·貝茨, 高頓·布雷莫, 盧克·J·斯密斯威克, 愛(ài)德華·西格芒·祖蘭斯基 申請(qǐng)人:美國(guó)電報(bào)電話公司