專利名稱：高速數據傳送系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及計算機與其他媒體之間的高速數據通信。較具體地，本發(fā)明涉及利用一些聲頻音調在現有電話線或點對點專用通信線路上的高速數據傳輸，在一些實施例中，這些音調可能有不同的振幅，可以用啁啾信號同步，也可以用其他方法構形。
本發(fā)明的背景包括調制解調器在內的已有數據傳輸裝置能在普通的雙絞電話線路上發(fā)送和接收數據。然而這些普通裝置在電話線路上的數據傳送速度受到限制。這一限制至少部分地是因采用正交調幅(“QAM”)作為編碼方案所造成的。傳統(tǒng)調制解調器的設計利用了采用基于鎖相環(huán)的解碼器在電話線路上實現QAM通信。這種解碼器使用一系列的迭代處理把一個參考信號逐步地修改得接近輸入數據信號。當鎖相環(huán)探測器輸出零相差時，參考信號便被鎖定在輸入數據信號上。這種處理是耗時的，對每個字符的發(fā)送要造成超過40毫秒的處理滯后(或延時)。
通過電話語音信道傳送數據的傳送裝置受到相位失真的限制。在典型的電話語音信道中，并不是所有的輸入信號頻率分量都精確地同時傳送到接收端，從而造成相位失真。為了處理這一問題，已有的裝置典型選擇一個呈現最小相位失真的頻率作為QAM的基本頻率。也可以通過改善帶寬效率來處理這一問題。改善QAM中的帶寬效率可以通過采用更高級次的調制來完成。然而，為了保持一個可接受的比特誤碼率，調制的級次愈高，需要的信噪比愈大。這意味著為了保持可接受的比特誤碼率需要更多的功率。然而，FCC規(guī)則和其他一些因素限制了可提供給電話線路的功率。
現有數據傳送裝置還存在一些其他缺點。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個目的是克服現有數據傳送裝置和方法的這些缺點和其他缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種高速數據傳送的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過現有電話線路的高速數據傳送方法和裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過歐姆連接器的高速數據傳送方法和裝置，其中二進制信息的傳送與連續(xù)傳送或載波傳送是分開的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用多音調輸入的通過歐姆連接器的高速數據傳送方法和裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過現有電話線路的高速數據傳送方法和裝置，其使用了例如音調對等音調組，每個音調分量都可以分離符、啁啾信號、或不同振幅等其他構形方法進行同步。
本發(fā)明的一個方面涉及一種采用不帶有通常的正交調幅的遠地模數轉換的系統(tǒng)的高速數據傳送裝置。該裝置把二進制數轉換為成對的、三個一組的、或其他成組的聲頻信號，并且較以往系統(tǒng)更有效地傳送數據。在本發(fā)明的一個實施例中使用了24個音調，每次兩個音調地傳送多達276個ASCII字符。該傳送開始于把ASCII字符作為輸入接收。這種字符由8個數據比特代表，用來產生一個低頻音調和一個高頻音調。
采用與電話撥號中通常使用的7個DTMF音調相同的方式，這兩個高低頻音調被混合在一起并通過電話或其他通信信道發(fā)送。接收過程包括從電話線路接收混合音調并利用模擬濾波器把它分解成高頻和低頻分量。濾波之后，兩個音調被傳送給一個過零芯片。兩個音調的波形通常是在零點附近振蕩，每當波形過零時過零芯片將產生一個脈沖，該脈沖被用來重新生成8比特的ASCII字符。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種使用31個音調并每次兩個地傳送多達276個ASCII字符的實施例。音調信號可以被構形成具有不同的振幅，能夠在少于1/2全波周期的時間內被探測到并被啁啾信號或以其他方法分開。
通過下面對一些優(yōu)選實施例的詳細說明，本發(fā)明的這些目的和其他目的及優(yōu)點將為得明顯。
附圖的簡單說明

圖1示出根據本發(fā)明第一實施例的數據發(fā)送的流程圖。
圖2示出根據本發(fā)明第一實施例的對發(fā)送數據的接收的流程圖。
圖3示出一個高速數據傳送裝置的示意圖。
圖4示出根據本發(fā)明第一實施例的高速傳送裝置的發(fā)送電路的方框圖。
圖5示出根據本發(fā)明第一實施例的接收電路和的方框圖。
圖6示出根據本發(fā)明第一實施例的具有兩個正弦分量的混合信號的波形圖。
圖7示出根據本發(fā)明第二實施例的數據發(fā)送流程圖。
圖8示出根據本發(fā)明第二實施例的發(fā)送電路原理圖。
圖9示出根據本發(fā)明第二實施例的接收電路原理圖。
圖10示出根據本發(fā)明第二實施例的分配表。
圖11示出根據本發(fā)明第二實施例的總線驅動器。
圖12A—C示出根據本發(fā)明第二實施例的兩個相混合信號的零點交跡圖。
圖13示出根據本發(fā)明第二實施例的音調發(fā)生器和維恩(wein)橋式振蕩器。
圖14示出根據本發(fā)明第二實施例的計時器。
圖15示出根據本發(fā)明第二實施例的丟失脈沖探測器。
圖16示出根據本發(fā)明第三實施例的數據發(fā)送和接收流程圖。
圖17示出根據本發(fā)明的一個實施例的發(fā)送電路原理圖，其中利用了兩個固定時間串行模式的音調，并帶有音調分離符。
圖18示出分配電路原理圖。
圖19示出快速數字解碼器和音調估測器的原理圖。
圖20示出ASCII字符確定電路的原理圖。
圖21示出利用兩個不帶有分離符的固定時間串行格式的音調的發(fā)送電路的原理圖。
圖22示出利用兩個并行混合音調的發(fā)送電路原理圖，其中音調2的振幅小于音調1的振幅。
圖23示出根據本發(fā)明一個實施例的解碼處理流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明如圖3所示，根據本發(fā)明的高速數據傳送裝置10一般包括一個發(fā)送電路12和一個接收電路14。數據傳送裝置10可以用于通過例如雙絞銅線、光纖光纜、同軸電纜和無線傳送等任何傳送媒體來傳送數據，不過這里將參照現有的雙絞銅線電話線路來說明。數據傳送裝置10可以安裝在第一位置16處，并與另一個安裝在通過普通的雙絞銅線電話線路20相連接的第二位置18處的數據傳送裝置10相通信。
數據傳送裝置10可以利用典型地隨電話機提供的標準電話線塞繩或者調制解調器連接到電話線路20上，其中電話線或者調制解調器的一端借助于一個RJ—11插頭連接在傳送裝置10上，另一端則連接在現有電話線路的出口端。利用本發(fā)明所采用的新形式數據調制，數據傳送裝置10可以通過現有電話線路20與另一個類似的傳送裝置10進行高速數據傳輸。這種新形式的調制是模擬波形與由某種形式的脈沖模數轉換所產生的數字波形之間的一種優(yōu)化。
根據本發(fā)明的第一實施例，數據傳送裝置10把二進制信息信號轉換成模擬信號來傳送，而不采用普通數據傳送處理器或調制解調器所典型使用的數模轉換器或正交調幅。數據傳送是通過把二進制數轉換為成為兩個或三個一組的或其他成組的聲頻音調來實現的。這種音調信號較普通正交調幅系統(tǒng)信號能更有效地傳送。這種處理是一個完全復用的技術，其中從一個模擬觸發(fā)頻率到數字字符的最終轉換發(fā)生在安裝于一個接收方的計算機、打印機或其他媒體內的接收電路14中。
通過電話語音信道的數據傳送受到傳送波形相位失真的限制。波長愈短或者頻率愈高，則相位失真將愈嚴重。本發(fā)明通過同時傳送兩個不同頻率的波形消除了這種相位困難。兩個波形被結合成一個組合信號，它帶有能穩(wěn)定整個波的群速度的抵消作用。
相位失真也叫作包絡滯后失真，在普通傳送方法中，傳送的比特長度大于或等于包絡滯后失真。在本發(fā)明的實踐中，通過利用脈沖模數轉換而避免了滯后失真與比特寬度或比特數之間的直接聯系。這里所用的脈沖轉換是指，利用模擬觸發(fā)脈沖來在一個輸出門處瞬時地產生一個任意希望長度的比特串。由于持續(xù)時間是確定的，而且可以設計一個濾波器來使失真效應趨于零，所以這種轉換幾乎是無噪聲的。
兩個方向的傳送過程(上傳和下傳)都發(fā)生在現有的電話線路20上。本發(fā)明能達到的最小通信速度是每秒8兆字節(jié)，并且在應用中不受距離的限制。傳送速度由一個觸發(fā)脈沖被送入一個六鎖存器(Hexlatch)，例如六鎖存器96和98的速度所確定。每個觸發(fā)脈沖確定了一個符號的值。如步驟42所示，本發(fā)明的一個實施例每0.875μs把一個觸發(fā)脈沖送入一個六鎖存器。系統(tǒng)速度可以這樣算得將每次傳送的比特數(例如8比特)乘上每個比特的脈沖率(每秒1142857個脈沖)。
圖1示出數據傳送裝置10的典型傳送步驟的一個例子。該處理開始于步驟22，其中發(fā)送器選擇一個ASCII字符。ASCII字符由8比特的二時制數代表。在步驟24中，把一個字符的二進制ASCII表示分解成高位4比特和低位4比特兩個段。在步驟26中，利用低位段的4個比特產生一個低頻音調25。在步驟28中，利用高位段的4個比特產生一個高頻音調29。這兩個音調代表了所選的字符，并在步驟30中被混合?；旌现螅诓襟E32中兩個音調被通過現有電話線路20發(fā)送。
圖2示出數據傳送裝置10的典型接收處理的一個例子。處理開始于步驟34，其中接收通過現有電話線路20發(fā)送來的在步驟32發(fā)出的編碼音調。在步驟36，用模擬濾波器76把接收到的音調分解成其高、低頻分量25和29。在步驟38，把二進制計數值定標成代表在一個編碼ASCII字符組的矩陣空間中的坐標值。然后在步驟40中使用對噪聲/錯誤恢復的優(yōu)先權編碼。步驟42則涉及到為傳送來的字符的各8個比特向六鎖存器96或98發(fā)送一個875μs的脈沖。
圖4較詳細地示出根據本發(fā)明一個實施例的發(fā)送電路12。發(fā)送電路12含有一個二進制輸入分解器44，它把對應于被選ASCII字符的8比特二進制數輸入給傳送裝置10。二進制輸入分解器44的8比特二進制數被分解成2個4比特二進制數。第一個4比特二進制數被輸送給一個第一解碼器46，第二個4比特二進制數被輸送給一個第二解碼器48。
解碼器46和48各自接收作為其輸入的一個4比特二進制數，后者將使解碼器46和48的16個輸出針腳中的一個針腳變?yōu)檎妷?。解碼器46和48各自都連接到或門50、52、54和56上?；蜷T50、52、54和56各自的輸出分別連接到相應開關58、60、62和64的斷/通針腳上。第一開關58、第二開關60、第三開關62和第四開關64各自的接觸臂都連接到一個維恩橋式振蕩電路66上。
第一開關58、第二開關60、第三開關62和第四開關64的接觸針腳連接在一個晶體管陣列68中的一個輸出晶體管的基極上。解碼器46和48各自通過經過或門50、52、54和56與維恩橋式振蕩電路66的相互作用而產生一個音調。然后兩個音調25和29在晶體管陣列68中被混合?；旌系囊粽{25和29被從晶體管陣列68傳輸到一個電話連接端70上。電話連接端70提供了把傳送裝置10連接到一個現有電話線路20上的接口，使組合音調能被發(fā)送。
現在將參照字符“E”的ASCII字符碼來說明發(fā)送電路操作的一個例子。“E”的二進制表示是01000101(ASCII編碼實際上只使用一個8比特字中的后7個比特，第一個比特總為零)。當該二進制數被接收到后，它將被二進制輸入分解器44分解成4個低位比特和4個高位比特。4個高位比特被二進制輸入分解器44輸送給第一解碼器46，4個低位比特被二進制輸入分解器44輸送給第二解碼器48。第一和第二解碼器分別把兩個4比特二進制數轉換成各自芯片針腳位置上的一個正電壓。
這些針腳連接在第一或門50、第二或門52、第三或門54和第四或門56的輸入端。每個或門都連接在一個相應的開關58、60、62或64上。如果第一解碼器46和第二解碼器48中任何一個解碼器對應于或門50、52、54和56的針腳輸出為正電壓，則對應于或門50、52、54、56的開關58、60、62、64將閉合。開關58、60、62或64中某個開關的閉合將把振蕩器66的輸出輸送給晶體管陣列68的基極上。
這樣，晶體管陣列68的輸入將是一個正弦波形。這個施加到晶體管陣列68上的波形將通過電話接口70向電話線路20發(fā)送一個波形。這一處理也對4個低位比特進行，并且低位比特的波形與高位比特的波形同時出現在陣列68上。
于是兩個信號被混合并通過電話線路發(fā)送，在接收方兩個信號又被分解成一個低頻波25和一個高頻波29。這一分解是由模擬濾波器76執(zhí)行的，見圖5。一旦合適的高通和低通模擬濾波器76通過了兩個波25和29，它們將被輸出給一個過零芯片，例如市場上可購得的NTE995芯片。當一個正弦波通過了一個例如位于過零芯片內的電容器后，它將在零點附近振蕩，如圖6所示。每當波形過零時，過零芯片就產生一個觸發(fā)脈沖。
現在將參考圖5進一步討論根據本發(fā)明一個實施例的接收處理。圖5示出一個用于接收聲頻波并將其變換成一個二進制數的接收電路14。變換處理從把組合波分解成低頻和高頻分量開始。組合波通過現有電話線路20被傳送并通過電話連接端72輸入給接收電路14。兩個輸入波被傳送給一個運算放大器組件74。運算放大器組件74包括一個與一個運算放大器相串連的電容器，使該組件能模擬一個電感器。
通過適當地定標各個電容器和電阻器的值，可以構成一個帶通或高頻濾波器。組合信號在74上被接收，由濾波器76分解。濾波器76使高頻波與低頻波分離。根據一個實施例，濾波器76包含一個稱之為電荷泵的內部芯片電路，后者又含有一個電容器和電阻器，用于對濾波器76的輸出微分。特別是在耦合于一個反向偏置二極管和一個起著射極跟隨器作用的輸出晶體管時，濾波器76還可以含有一個電池和一個電壓泄漏電路，以減小微分波形中的負毛刺。
微分的高頻波被輸入給一個第一雙穩(wěn)電路78，微分的低頻波被輸入給一個第二雙穩(wěn)電路80。當低頻或高頻波過零時，濾波器將產生一個輸出脈沖，該脈沖將被輸入給相應的雙穩(wěn)電路78或80。當對應于雙穩(wěn)電路78或80的波形過零時，相應的雙穩(wěn)電路將響應于來自濾波器76的觸發(fā)脈沖而在通/斷位置之間轉變。雙穩(wěn)電路78通過一個第一開關84耦合于一個計時器82。雙穩(wěn)電路80通過一個第二開關86耦合于計時器82。
開關84的輸出被輸入給一個第一計數器88，開關86的輸出被輸入給一個第二計數器90。雙穩(wěn)電路80還耦合于一個第一邊緣探測器92，雙穩(wěn)電路78還耦合于一個第二邊緣探測器94。邊緣探測器92使計數器88請零并把其計數值傳送給一個第一六鎖存器96。類似地，第二邊緣探測器94使計數器90清零并把其計數值傳送給第二六鎖存器98。寄存在第一和第二六鎖存器96和98中的二進制數被傳送給一個二進制輸出器100。二進制輸出器100通過結合兩個二進制輸入值來產生一個接收到的ASCII字符。
為了產生接收到的字符，把低頻和高頻波分量的二進制計數值傳送給一個EEROM(可電擦除只讀存儲器)。高、低頻波的二進制表示被分別傳送給一個分開的EEROM且然后給一個分開的解碼器。各解碼器在一個代表ASCII字符空間的柵格的某一位置上產生一個電壓。低頻波的二進制表示在x坐標的某一位置上產生電壓，高頻波的二進制表示在y坐標的某一位置上產生電壓。x、y這對坐標的位置確定了將在ASCII字符陣列中產生哪一個字符。
根據本發(fā)明第二個實施例的一種高速數據傳送裝置10示于圖7至15。數據傳送裝置110一般包括一個如圖8所示的發(fā)送電路112和如圖9所示的接收電路114。裝置110可以與例如雙絞銅線、光纖光纜、同軸電纜和無線傳送等任何一種傳送媒體結合使用，但這里仍參照現有的雙絞銅線電話線路來說明。
在本發(fā)明的該實施例中可以使用一個如圖11所示的八路(octal)總線緩沖器115來實現脈沖轉換?？偩€緩沖器115連接兩個總線117和119。一個使能接口(enable interface)121連接在緩沖器115的輸入腳201和219中，用于控制緩沖器的操作。一個具有確定脈寬的觸發(fā)脈沖被輸入給使能接口121，使它在高電壓狀態(tài)與低電壓狀態(tài)之間轉換。當給使能接口121施加一個高電壓時，緩沖器115的輸入腳203、205、207、209、212、214、216和218都被置于高阻抗狀態(tài)，使總線117與總線119隔離。
輸入腳202、204、206、208、211、213、215和217在其中是一個編碼的永久性的ASCII字符編碼庫。當使能接口121被從高電壓變?yōu)榈碗妷簳r，ASCII字符將在觸發(fā)脈沖寬度內被從總線117傳送到總線119上。這將產生一個每ΔT8比特的發(fā)送率，其中T是觸發(fā)脈沖的脈寬。
圖8示出數據傳送裝置110的發(fā)送電路112。一些8比特的數據字節(jié)116被從總線117輸入給緩沖器115。緩沖器115的輸出被總線119連接到EEROM118和120。EEROM118和120開始每個相繼的數據字節(jié)116到一對聲頻音調的變換過程。EEROM118接收輸入并向一個解碼器輸出8個比特。類似地，EEROM120接收輸入的數據字節(jié)116并向解碼器124輸出8個比特。
解碼器122和124通過根據其輸入選擇兩個聲頻振蕩器頻率把來自EEROM118和120的8比特輸入轉換成音調。解碼器122選擇一個低頻而解碼器124選擇一個高頻。圖10示出ASCII字符的頻率分配表的一個例子。
低頻音調被轉成一個零點段(null pointintercept，NPI)。一個NPI由一個低頻波和一個高頻波組成，其時間長度相當于最低頻波的兩個波長。NPI是一個傳送單元，與一個有限頻率提取濾波器結合使用。
變換開始于把低頻音調輸入給一個過零芯片124。一個整形電路130把低頻輸入脈沖整形成一個J—K觸發(fā)器128的觸發(fā)脈沖。整形電路130根據低頻音調來形成J—K觸發(fā)器128的觸發(fā)脈沖。所示的J—K觸發(fā)器128被構筑成為除以5的。
J—K觸發(fā)器128激勵一個方波振蕩器132。圖14示出方波振蕩器132的一個例子。方波振蕩器向一個丟失脈沖探測器134發(fā)送脈沖。圖15示出丟失脈沖探測器134的一個例子。每到每5個脈沖時探測器134將使計數器復位從而使其輸出為低。于是解碼器122和124被復原為零。
這一處理通過使產生的音調以低頻的兩個周期進行混合來生成一個NPI。ASCII字符的音調分配表示于圖10。高、低頻音調由音調發(fā)生器136和138產生。發(fā)生器136產生低頻音調而發(fā)生器138產生高頻音調。音調發(fā)生器的一個例子示于圖13。兩個音調信號在一個混合電路140中混合，形成一個組合輸出信號142。組合輸出信號142通過電話接口70被發(fā)送，并被接收電路114接收。圖9示出接收電路114的一個例子。
通過接口70和電話線路20發(fā)送來的組合信號142通過一個低通濾波器144和一個高通濾波器146被輸入給接收電路144。圖12A示出組合信號142的一個例子，圖12B和12C分別示出信號142通過低、高通濾波器144、146之后的情況。
經濾波的低頻信號被采樣和整形成為J—K觸發(fā)器148的觸發(fā)脈沖，使方波振蕩器150得以輸出，該輸出一直持續(xù)到第二個觸發(fā)脈沖使其斷開為止。振蕩器150的這一動作將形成一個輸出脈沖，使J—K觸發(fā)器148和一個二進制計數時鐘152復原。二進制計數器152把來自振蕩器150的脈沖轉換成一個二進制數，這個數就是存儲在一個EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)154中的ASCII字符的地址。
當經濾波的高頻信號在從濾波器146開始依次通過J—K觸發(fā)器156、方波振蕩器158、二進制計數器160直到到達EPROM162時也將發(fā)生類似的過程。EPROM162產生一個ASCII字符。EEROM154和162分別向相應的解碼器164和166輸出ASCII信息。
解碼器164和166接收并產生傳送的ASCII字符。解碼器166還產生一個第二觸發(fā)脈沖，該脈沖將激活一個振蕩器168，后者的輸出將穿過一個“棋盤格”或字符空間陣列。由EPROM154、解碼器164和EPROM162、解碼器166產生得到的字符將在一個與門(AND)開關169處結合，該開關把來自振蕩器168并穿過棋盤格的波形傳送到指定的鎖存器中。一個第三脈沖與硬連線的ASCII字符指定的鎖存器相結合，通過控制該第三脈沖的脈寬可達到適當的比特率。
圖7示出根據本發(fā)明第二個實施例的數據傳送方法。處理開始于步驟170，其中利用維恩橋式振蕩器136和138產生頻率音調。在步驟172和174中根據數據輸入116用振蕩器分別產生一個高頻信號和一個低頻信號。在步驟176中，產生的高、低頻信號被混合，形成一個組合信號142。在步驟178中利用組合信號142生成一個NPI。然后在步驟180中通過傳送媒體發(fā)送NPI。
在步驟182，接收發(fā)送來的NPI，并立即在步驟184中將NPI分解。在步驟186和188中NPI分別被分解成高頻信號和低頻信號。這兩個信號分別在步驟190和192中被轉換成二進制數。在步驟194中高頻信號二進制數被變換成y坐標值，在步驟196中低頻信號二進制數被變換成一x坐標值。在步驟198，通過高頻信號二進制數還產生一個觸發(fā)脈沖。該觸發(fā)脈沖將控制產生每個新字符的速率或每個新字符從字符網陣中釋放的速率。
在步驟199中，由步驟194和196得到的x和y坐標值被結合于與門開關169，為ASCII編碼棋盤格上的一個鎖存器產生一個脈沖。x和y坐標值對應于棋盤格上的一個鎖存器，而與門開關169則向對應于x和y坐標值的鎖存器傳送一個脈沖。每個鎖存器編碼了一個特定的ASCII字符。當一個特定的鎖存器被所產生的x和y坐村值隔離出來時，一個與門開關的脈沖便被傳送到這個鎖存器上，于是在鎖存器接收到觸發(fā)脈沖的時刻就會產生或釋放出相應的編碼的字符。來自步驟198的脈沖與來自步驟199的脈沖在指定的鎖存器處相結合，指明了發(fā)送的一個字符。在步驟200中，通過釋放與指明字符相應的那個鎖存器使系統(tǒng)得到復原。
這樣，圖3所示的根據本發(fā)明一個實施例的高速數據傳送裝置10一般包括一個發(fā)送電路12和一個接收電路14。數據傳送裝置10可以用于通過例如雙絞銅線、光纖光纜、同軸電纜、和無線傳送等任何一種傳送媒體來傳送數據，但這里是參照現有雙絞銅線電話線路來說明的。如圖3所示，數據傳送裝置10可以安裝在第一位置16處，并與安裝在通過普通雙絞銅線電話線路20相連接的第二位置18處的另一個數據傳送裝置10相通信。在這里所描述的一個實施例中，數據傳送可以通過音調對或其他組合的頻帶內信號來實現，其中這種信號的組成波形可以被構形成具有不同的振幅或其他特性。
數據傳送裝置10可以利用典型地隨電話機提供的標準電話線或調制解調器連接一到電話線路20上，電話線或調制解調器的一端用一個RJ—11插頭連接在傳送裝置10上，另一端連接在一個現有電話線上的出口上。數據傳送裝置10可以利用本發(fā)明提出的新形式的數據表示通過現有電話線路20提供與另一個類似傳送裝置10之間的高速數據傳輸。
根據本發(fā)明一個實施例的數據傳送裝置10把輸入數字信號轉換成用于傳送的模擬信號，而不采用普通數據傳送處理器或調制解調器典型使用的數模轉換器或正交調幅。數據傳送是通過把二進制數轉換成可比普通正交調幅系統(tǒng)更有效地發(fā)送的聲頻音調來實現的。這種處理是完全復用的系統(tǒng)，其中模擬“觸發(fā)”波的最終轉換發(fā)生在安裝于接收方計算機、打印機或其他媒體內的接收電路14中。
通過電話語音信道的數據傳送受到傳送波相位失真的限制。波長愈短或頻率愈高，則相位失真將愈加嚴重。本發(fā)明通過同時傳送兩個或多個不同頻率的波而免除了這種相位困難。這兩個或多個波被組合成一個具有能穩(wěn)定一完整群波的速度的抵消效應的組合信號。
傳送過程可以沿兩個方向(上傳和下傳)通過現有電話線路20進行。傳送速度一方面取決于同時帶有指明了第二個字符的小振幅(minority amplitude)的成對調制的字節(jié)數目。傳送速率還受傳送模式是啁啾模式還是連續(xù)模式的影響。啁啾模式利用稱之為啁啾信號的一些分割頻率(音調分離符)對一個連續(xù)的字符流進行分解。連續(xù)模式發(fā)送連續(xù)的字符流并在傳送線路上保持這樣的字符流直到被接收器處理。
圖16示出本發(fā)明第三個實施例中的數據傳送裝置10的典型傳送步驟的一個例子。該處理開始于步驟2200，其中由發(fā)送器選擇一個ASCII字符。ASCII字符由8比特的二進制器代表。在步驟2400中，步驟2200中所得到的兩個字節(jié)(即字節(jié)42和44，共16比特)被安裝到一個EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)中。EEPROM按預先編程于其內的指令操作。波形混合的三種優(yōu)選模式是a)兩個固定時間長度的的音調不帶分離符地串連在一起，b)兩個固定時間長度的音調帶分離符地串連在一起，c)兩個音調以并行方式混合，其時間長度取決于解碼這兩個音調所需的時間。這三種模式中，b模式優(yōu)勢較大，下面將對此討論。
在步驟2400中，根據編碼于EEPROM中的音調選擇方法，選出兩個音調，這兩個音調反映了ASCII或其他數據的矩陣表示中的兩個坐標軸，一個音調分量反映一個坐標軸。作為例子，把一個音調指定給字節(jié)42，另一個音調指定給字節(jié)44。在步驟2600中，可以產生用于字節(jié)操作的5個操作輔助音調。這些操作輔助音調可以在出現有效信息負載時用來修改其意義，例如可以調節(jié)1)大寫文字或字母，2)數字指示符或數字，c)數據分離符或描述符(delineator)(啁啾)，d)頻率乘10算符，和e)頻率除以2算符。
在步驟2800中，選擇一種音調傳送模式。一旦選定了傳送模式之后，把對應于字節(jié)42和44的兩個音調和音調分離符(或啁啾信號)一起發(fā)送給接收器。在步驟3000中，發(fā)送的音調被接收器接收，進行解碼處理。
在步驟3200，對接收到的關于字節(jié)42和44的音調進行分配，把一個音調分配給第一字節(jié)輸入端(byte in)，把另一個音調分配給第二字節(jié)輸入端。在步驟3400，把被分配的音調輸送給一個快速數字解碼器，然后輸送給一個鎖相環(huán)。在步驟3600，把解碼器和鎖相環(huán)所輸出的音調輸送給一個鎖存器。
在步驟3800，將解碼的音調與一個參考音調相比較。在步驟4000，如果解碼的音調不匹配于參考音調，則可以產生一個告警。在步驟4200，如果在步驟4000中未得到兩個成功的估測，則將產生一個出錯消息。
圖17示出采用上述模式(b)(也即采用兩個帶有分離符的固定時間長度音調串行結構)的發(fā)送電路1200的一個例子。兩個分別標注為“A”(42)和“B”(44)的字節(jié)被裝載到EEPROM4600和4800中。EEPROM4600和4800被編程得能選出與輸入二進制數相對應的音調。一個由一個方波振蕩器5200、2個D觸發(fā)器5400和5600、以及一些或非門5800、6000、6200和6400組成的序列發(fā)生器5000發(fā)出一個方波信號來驅動一個開關6600。這將使繼電器(開關)閉合，并釋放數據音調6800通過一個電容器7000并受到一個電阻器7200的衰減后傳向運算放大器7400。經過一個規(guī)定時間后，5200又將產生第二個脈沖，使或非門6000產生一個高電壓。這將閉合7600并釋放一個分離符音調通過7800進入通向電話線路20的放大器7400。再經過一個規(guī)定時間后，5200將發(fā)出另一個脈沖，使或非門6200變?yōu)楦唠妷?，進而使8000閉合，結果釋放數據音調8200通過電容器8400到達放大器7400，從而向電話線路20輸出組合音調。最后，振蕩器5200發(fā)出第四個脈沖，使與或非門6400變?yōu)楦唠妷?，閉合開關8600，傳送分離符音調8800通過電容器9000傳送到通向電話線路20的放大器7400。
步驟3000由一些輔助音調的處理組成。這些音調可以對編碼數據進行調節(jié)，使得能產生i)大寫文字或字母，2)數字指示符或數字，3)數據分離符或描述符，4)頻率乘10算符和5)頻率除以2算符，或者其他變化。這5個輔助音調使得可以不局限于使用代表26個字母的26個小寫文字或字母，或者通過允許對固定字符表示的修改而可以突破對上述ASCII子字符組的限制。
在另一個實施例中，對于通過有噪聲電話線路傳送的兩個頻率相近音調的接收，可以先將一個音調的頻率除以2然后再解碼該音調來執(zhí)行。這樣便可以在接收端增強傳送的可靠性。
現在將參考圖18討論根據本發(fā)明一個實施例的圖16步驟3200中的分配處理。圖18示出一個由一個運算放大器(“AMP”)9400以及電阻器9600、9800、10000和電容器10200、10400所組成的帶通濾波器9200。
分配處理器還含有一個包括了AMP10800和AMP11000的比較器10600。輸入電壓被上分壓器11200和下分壓器11400分壓。分壓器11200包括電阻11600和11800，它設定了電壓上限12000。分壓器11400包括電阻12200和12400，它設定了電壓下限12600。
輸入音調被AMP9400和帶通濾波器9200濾波。經濾波的頻率由分壓器11200和11400進行比較，以根據參考點12000和12600固定其位置。任何超過電壓上限12000的電壓都被認為是過大的，這時會激勵一個出錯告警。位在上、下限12000和12600之間的比較器10600的輸出電壓被指定為第一字節(jié)。任何低于電壓下限12600的電壓被當作為第二字節(jié)。這兩個音調，即第一和第二字節(jié)，被傳送給估測階段，即步驟3400。
根據本發(fā)明一個實施例的步驟3400即音調估測階段將參考圖19討論。圖19示出一個包含了三個主要部分的數字解碼器12800。第一個部分由二極管13000、電阻器13200、13400和電容器13600以及AMP13800組成。
這第一部分把一個正弦波的音調轉換成一串方波脈沖14000和14200。實際上這兩個脈沖用作計數處理中的開始脈沖和結束脈沖。第二個部分由一個J—K觸發(fā)器14400和一個a穩(wěn)定振動器構成，后者是利用一個計時器芯片14600構成的，用于提供計數脈沖以幫助接收音調編碼數據時的同步。
開始時觸發(fā)器14400的“Q”輸出處于低(即零)狀態(tài)。當脈沖14000敲擊觸發(fā)器14400時，“Q”輸出變?yōu)楦?即1)狀態(tài)，從而使開關14800閉合，這使計時器14600產生的脈沖能傳送到二進制計數器15000上。這將使計數器的計數值累增，直到脈沖14200敲擊觸發(fā)器14400返回其Q＝0狀態(tài)。通過或非門組件15200，該計數值與期望計數值比較。如果計數值等于期望計數值，則把適當的字節(jié)裝載到相應的字符位置處，這時可以認為達到了同步和數據有效性。
同時，同樣的音調被送到第三部分即鎖相環(huán)15400，對該音調估測。輸出波被與一個參考波15600比較。如果它們相同，則該數字字節(jié)或其他編碼數據被送至數據總線。根據本發(fā)明，該解碼處理是接收器的一個重要方面，由于如圖20所示，觸發(fā)或同步化是在小于整個正弦周期的時間內完成的，所以這種解碼處理部分地允許一個快速數字解碼處理。下面將參考圖20來討論數字解碼的一個實施例。
如圖20所示，帶通濾波器15800由電阻器16000、16200、16400和AMP16600組成，它對輸入信號16800濾波。然后信號16800被調諧并被電路17000放大，再被傳送給相控電路17200。
相控電路17200包括電阻器17400，17600，17800，二極管18000和可控硅整流器18200。電阻17800和二極管18000確定一個位于輸入波16800的90°與180°相位角之間的電壓點18400。電壓18400所位于的角度代表整流器18200開始導通的點，該導通狀態(tài)將一直持續(xù)到輸入波過零。本實施例中的解碼處理包括向一個高頻振蕩器提供開始脈沖以及其后的標志著處理結束的停止脈沖。在開始與結束之間的時期內產生的脈沖則由一個二進制計數器計數。
比較電路18600包括電阻器18800、19000、19200、19400和差分放大器19600、19800。解碼電路18600確定關于輸入信號波16800的開始和結束點，在這兩個點之間的期間進行數字計數。計數處理由J—K觸發(fā)器20000、高頻振蕩器20200、開關20400和二進制計數器20600執(zhí)行。在初始狀態(tài)下，觸發(fā)器20000的“Q”輸出為零。當達到電壓電平20800的輸入信號波超過了一個由比較電路18600中的電阻器18800和19000決定的參考點21000。差分放大器19600將產生一個輸出波，經脈沖整形器21200整形后使觸發(fā)器20000翻轉，進而激勵開關20400使計數開始。輸入波16800移至電壓電平18400并將通過差分放大器19800和整形器21400使觸發(fā)器2000翻轉回到Q＝0狀態(tài)，從而使計數結束。得到的計數值與期望計數值21600相比較。如果兩者相等，則選擇與期望計數值相對應的ASCII字符21800。如果沒有得到期望計數值，則將激勵圖23所概示的解碼處理。
如圖23所示，解碼處理開始于步驟30200中的模擬帶通濾波。在步驟30400，根據FIFO(先進先出)基礎檢測接收音調信號的振幅。在步驟30600，例如可以按圖20所示那樣執(zhí)行解碼，其中，可以通過探測一個位于接近于峰值預定音調的前沿上的點A和一個位在后沿上的點B來隔離出單個音調，當兩個點都存在時這將唯一地識別出一個音調組。對此，音調對或其他音調組的不同分量可以根據圖22所示的發(fā)生器實施例用不同的振幅表達，總的來說這是與這里所討論的其他電路相似的，只是得到的將是具有不同絕對振幅的音調。這樣，點A可以與特定的發(fā)送音調分量相關聯。圖21示出本發(fā)明的一個不同的實施例，其中可以根據固定的時間長度來產生兩個音調，但不含有內設的分離符。
回到圖23的處理，在步驟30800中，對(1/4)個波的或其他快速觸發(fā)解碼的值與期望計數值或其他基準進行比較。在步驟31000，如果得到的結果與期望結果一致，則在步驟33000選出一個ASCII字符，其后在步驟33200中把數據的一個相應字節(jié)提供給一個輸出FIFO緩沖器，并在步驟33400中提供給一個數據輸出總線用于傳輸，且在步驟33600結束。
替代地，在步驟31000，如果快速解碼不是期望的值，在步驟31200，執(zhí)行根據全波長間隔的解碼處理。在步驟31400中，對解碼結果與計數期望值或其他基準值進行比較，如果兩者一致則進入輸出步驟33000。如果全周期解碼結果不匹配于預期值，則將在步驟31800中執(zhí)行鎖相環(huán)解碼，并在步驟32200中將解碼結果與期望值比較。如果兩者一致，則進入輸出處理步驟33000。
如果步驟32200中發(fā)現解碼結果與預期結果不匹配，則在步驟32400中接收器將進行搜索，尋找能代表正確解碼值的可能音調時。如果找到了這樣的解碼結果，則在步驟32600中使接收器復原，否則接收器將在步驟32800發(fā)出一個出錯消息，其后也于步驟33600結束處理。
對于熟悉本技術領域的人們來說，通過考慮本說明書本發(fā)明的其他實施例和應用將是明顯的，所以應該認為說明書中的實施例和應用只是示例性的。例如，雖然本發(fā)明是按照8比特ASSCII字符的傳送來說明的，但也可以采用例如Unicode等其他數據格式。又如，雖然本發(fā)明是按照8比特ACSII字符的傳送來說明的，但也可以采用例如Unicode等其他數據格式。本發(fā)明的范疇應該僅受后附權利要求書的限制。
權利要求
1.一種數據通信方法，它包括以下步驟a)接收一個待傳送的二進制輸入；b)根據該二進制輸入產生一個第一信號和一個第二信號；c)通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及d)發(fā)送組合信號。
2.根據權利要求1的方法，其中第一信號包括一個高頻信號，第二信號包括一個低頻信號。
3.根據權利要求2的方法，它還包括步驟e)把二進制輸入分解成一個第一部分和一個第二部分。
4.根據權利要求3的方法，其中第一部分對應于高頻信號，第二信號對應于低頻信號。
5.根據權利要求4的方法，其中二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
6.根據權利要求5的方法，其中ASCII字符碼的4個高位比特對應于高頻信號，ASCII字符碼的4個低位比特對應于低頻信號。
7.根據權利要求1的方法，其中組合信號包括一些聲頻音調。
8.根據權利要求7的方法，其中的聲頻音調是通過電話線路發(fā)送的。
9.根據權利要求1的方法，它還包括步驟f)接收發(fā)送來的組合信號。
10.根據權利要求9的方法，它還包括步驟g)把發(fā)送來的組合信號分解成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
11.根據權利要求10的方法，它還包括步驟h)根據第一接收信號和第二接收信號產生一個二進制輸出。
12.根據權利要求11的方法，其中產生二進制輸出的步驟h)包括利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列的步驟。
13.一種數據通信系統(tǒng)，它包括一個輸入接口，用于接收一個待傳送的二進制輸入；一個發(fā)生器單元，它與輸入接口相通信，該發(fā)生器單元根據二進制輸入來產生一個第一信號和一個第二信號；一個組合單元，它與發(fā)生器單元相通信，該組合單元通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及一個輸出接口，它與組合單元相通信，該輸出接口發(fā)送組合信號。
14.根據權利要求13的系統(tǒng)，其中的第一信號包括一個高頻信號，第二信號包括一個低頻信號。
15.根據權利要求14的系統(tǒng)，它還包括一個分解器單元，該分解器單元把二進制輸入分解成一個第一部分和一個第二部分。
16.根據權利要求15的系統(tǒng)，其中的第一部分對應于高頻信號，第二部分對應于低頻信號。
17.根據權利要求16的系統(tǒng)，其中的二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
18.根據權利要求17的系統(tǒng)，其中ASCII字符碼的4個高位比特對應于高頻信號，ASCII字符碼的4個低位比特對應于低頻信號。
19.根據權利要求13的系統(tǒng)，其中的組合信號包括一些聲頻音調。
20.根據權利要求19的系統(tǒng)，其中的組合信號是通過電話線路發(fā)送的。
21.根據權利要求13的系統(tǒng)，它還包括一個接收單元，用于接收發(fā)送來的組合信號。
22.根據權利要求21的系統(tǒng)，它還包括一個分離單元，用于把發(fā)送來的組合信號分離成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
23.根據權利要求22的系統(tǒng)，它還包括一個輸出發(fā)生器單元，用于根據第一接收信號和第二接收信號來產生一個二進制輸出。
24.根據權利要求23的系統(tǒng)，其中的輸出發(fā)生器單元是通過利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列來產生二進制輸出的。
25.一種數據通信系統(tǒng)，它包括輸入接口裝置，用于接收一個待傳送的二進制輸入；發(fā)生器裝置，它與輸入接口裝置相通信，該發(fā)生器裝置根據二進制輸入產生一個第一信號和一個第二信號；組合裝置，它與發(fā)生器裝置相通信，該組合裝置通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及輸出接口裝置，它與組合裝置相通信，該輸出接口裝置發(fā)送組合信號。
26.根據權利要求25的系統(tǒng)，其中的第一信號包括一個高頻信號，第二信號包括一個低頻信號。
27.根據權利要求26的系統(tǒng)，它還包括分解裝置，該分解裝置把二進制輸入分解成一個第一部分和一個第二部分。
28.根據權利要求27的系統(tǒng)，其中的第一部分對應于高頻信號，第二部分對應于低頻信號。
29.根據權利要求25的系統(tǒng)，其中的二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
30.根據權利要求29的系統(tǒng)，其中ASCII字符碼的4個高位比特對應于高頻信號，ASCII字符碼的4個低位比特對應于低頻信號。
31.根據權利要求25的系統(tǒng)，其中的組合信號包括一些聲頻音調。
32.根據權利要求31的系統(tǒng)，其中的聲頻音調是通過電話線路發(fā)送的。
33.根據權利要求25的系統(tǒng)，它還包括接收裝置，該接收裝置接收發(fā)送來的組合信號。
34.根據權利要求33的系統(tǒng)，它還包括分離裝置，該分離裝置把發(fā)送來的組合信號分離成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
35.根據權利要求34的系統(tǒng)，它還包括輸出發(fā)生器裝置，該輸出發(fā)生器裝置根據第一接收信號和第二接收信號來產生一個二進制輸出。
36.根據權利要求35的系統(tǒng)，其中的輸出發(fā)生器裝置是通過利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列來產生二進制輸出的。
37.一種數據通信方法，它包括以下步驟a)接收一個待傳送的二進制輸入；b)根據二進制輸入產生一個第一信號和一個第二信號，第一信號與第二信號在除了頻率之外的至少一個特性上有差別；c)通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及d)發(fā)送組合信號。
38.根據權利要求37的方法，其中的第一信號包括一個高頻信號，第二部分包括一個低頻信號。
39.根據權利要求38的方法，其中的二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
40.根據權利要求37的方法，其中的組合信號包括一些聲頻音調。
41.根據權利要求40的方法，其中的至少一個特性包括振幅。
42.根據權利要求41的方法，它還包括步驟e)接收發(fā)送來的組合信號。
43.根據權利要求42的方法，它還包括步驟f)通過探測該至少一個特性把發(fā)送來的組合信號分離成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
44.根據權利要求43的方法，其中的分解步驟f)還包括步驟g)在小于第一接收信號或第二接收信號的1/2周期的時間內探測振幅。
45.根據權利要求44的方法，它還包括步驟h)通過利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列來產生一個二進制輸出。
46.一種數據通信系統(tǒng)，它包括一個輸入接口，用于接收一個待傳送的二進制輸入；一個發(fā)生器單元，它與輸入接口相通信，該發(fā)生器單元根據二進制輸入產生一個第一信號和一個第二信號，第一信號與第二信號在除了頻率之外的至少一個特性上有差別；一個組合單元，它與發(fā)生器單元相通信，該組合單元通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及一個輸出接口，它與組合單元相通信，該輸出接口發(fā)送組合信號。
47.根據權利要求46的系統(tǒng)，其中的第一信號包括一個高頻信號，第二信號包括一個低頻信號。
48.根據權利要求47的系統(tǒng)，其中的二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
49.根據權利要求48的系統(tǒng)，其中的組合信號包括一些聲頻音調。
50.根據權利要求49的系統(tǒng)，其中的至少一個特性包括振幅。
51.根據權利要求50的系統(tǒng)，它還包括一個接收單元，用于接收發(fā)送來的組合信號。
52.根據權利要求51的系統(tǒng)，它還包括一個分離單元，用于通過探測該至少一個特性把發(fā)送來的組合信號分離成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
53.根據權利要求52的系統(tǒng)，它還包括一個輸出發(fā)生器單元，用于根據在小于第一接收信號或第二接收信號的1/2周期的時間內探測到的振幅來產生一個二進制輸出。
54.根據權利要求53的系統(tǒng)，其中輸出發(fā)生器單元是通過利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列來產生二進制輸出的。
55.一種數據通信系統(tǒng)，它包括輸入接口裝置，用于接收一個待傳送的二進制輸入；發(fā)生器裝置，它與輸入接口裝置相通信，該發(fā)生器裝置根據二進制輸入來產生一個第一信號和一個第二信號，第一信號與第二信號在除了頻率之外的至少一個特性上有差別。組合裝置，它與發(fā)生器裝置相通信，該組合裝置通過組合第一信號和第二信號來形成一個代表二進制輸入的組合信號；以及輸出接口裝置，它與組合裝置相通信，該輸出接口裝置發(fā)送組合信號。
56.根據權利要求55的系統(tǒng)，其中的第一信號包括一個高頻信號，第二信號包括一個低頻信號。
57.根據權利要求55的系統(tǒng)，其中的二進制輸入包括一個ASCII字符碼。
58.根據權利要求57的系統(tǒng)，其中的組合信號包括一些聲頻音調。
59.根據權利要求58的系統(tǒng)，其中的至少一個特性包括振幅。
60.根據權利要求59的系統(tǒng)，它還包括接收裝置，該接收裝置用于接收發(fā)送來的組合信號。
61.根據權利要求60的系統(tǒng)，它還包括分離裝置，該分離裝置通過探測至少一個特性把發(fā)送來的組合信號分離成一個第一接收信號和一個第二接收信號。
62.根據權利要求61的系統(tǒng)，它還包括輸出發(fā)生器裝置，該輸出發(fā)生器裝置通過在小于第一接收信號或第二接收信號的1/2周期的時間內探測振幅來產生一個二進制輸出。
63.根據權利要求62的系統(tǒng)，其中的輸出發(fā)生器裝置是通過利用第一接收信號和第二接收信號去尋址一個ASCII字符陣列來產生二進制輸出的。
全文摘要
一種傳送裝置和方法能夠利用一些聲頻音調通過現有電話線線路進行高速傳送。通過把數據轉換為成對的、三個的、或其他數目的聲頻音調并發(fā)送組合信號可以通過電話線路(20)發(fā)送數據。例如一個ASCⅡ字符這樣的數據(22)首先被轉換成一個8比特的二進制數(24)。然后利用該二進制數來選擇兩個音調:一個高頻音調(28)和一具低頻音調(26)。這兩個音調(26,28)被混合形成能通過電話線路(20)發(fā)送(32)的組合信號(30)。這兩個音調(26,28)可以被構形成具有不同的振幅或者被啁啾音調分開,并被混合成一個能通過電話線路(20)發(fā)送的組合信號。然后在接收裝置中接收到的組合信號(30)可以被分解成它的一些組成音調并被解碼,從而產生發(fā)送來的數據(22)。
文檔編號H04L27/30GK1327671SQ00802009
公開日2001年12月19日 申請日期2000年7月21日 優(yōu)先權日1999年7月22日
發(fā)明者約翰·P·凱恩斯 申請人:數據麥格公司