專利名稱：用于不良傳輸媒介的調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域，更具體涉及到高速調(diào)制解調(diào)器。
最近出現(xiàn)了專門為用于直接數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸而設(shè)計(jì)的電話線，然而，絕大多電話線是為輸送模擬語音頻率(VF)信號而設(shè)計(jì)的。調(diào)制解調(diào)器用于對載波信號進(jìn)行調(diào)制以使其具有數(shù)字編碼信息，和用于對調(diào)制的載波信號進(jìn)行解調(diào)以便對其攜帶的數(shù)字信息進(jìn)行譯碼。
現(xiàn)有的VF電話線有若干缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)降低了解調(diào)制解調(diào)器的性能，和限止了可以以低于要求的誤差速率傳輸數(shù)據(jù)的速率。這些缺點(diǎn)包括在VF電話線上存在頻率相關(guān)噪聲，存在由VF電話線引入的頻率相關(guān)相位延遲，和存在頻率相關(guān)信號損耗。
一般地說，一個(gè)VF電話線的可用頻帶是從略為高于零赫茲到4千赫茲左右。電話線噪聲的功率頻譜并不是均布的，通常也是不確定的，因而，也沒有一種先有的方法能求知在VF線上的在有用帶寬上的噪聲頻譜的分布。
此外，由于頻率相關(guān)傳播延遲是由VF線引起的，因而對一個(gè)復(fù)多頻信號，VF電話線會引起在信號的各種成份之間的相位延遲。而且這種相位延遲是不能推斷的，而必須對各條電話線單獨(dú)在傳輸數(shù)據(jù)的特定時(shí)刻予以測量。
另外，在VF電話線上的信號損耗是隨頻率而變的。等效噪聲是每個(gè)載頻的信號損耗分量加噪聲頻譜分量，此兩個(gè)分量是用分貝(dB)測量的。
一般說來，現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器用換擋將速率降到可以獲得滿意的誤差速率來補(bǔ)償?shù)刃Ь€噪聲和信號損耗。例如，在發(fā)明人為巴倫(Baran)的美國專利4，438，511中，介紹了一種由甘道夫數(shù)據(jù)公司制造的稱之為SM9600超級調(diào)制解調(diào)器。當(dāng)線路中因存在噪聲而使傳輸質(zhì)量降低時(shí)，SM9600就“換擋”或?qū)⑵鋫鬏斔俾式抵?800比特/每秒或2400比特/每秒。上述專利中描述的系統(tǒng)以64個(gè)正交調(diào)制載波傳送數(shù)據(jù)，為了補(bǔ)償VF線上的噪聲的頻率相關(guān)性質(zhì)，上述系統(tǒng)采用停止傳送那些與線上具有最大噪聲分量的頻率相同的載頻。于是，此系統(tǒng)是用中斷在VF線上噪聲頻譜最高的那些點(diǎn)的載頻上的傳輸從而顯著降低了它們?nèi)萘?。此系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是根據(jù)VF線的噪聲頻譜的分布作了發(fā)一不發(fā)判決。本發(fā)明則是對巴倫(Baran)專利的方法的改進(jìn)。
大多數(shù)采用現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)采用一個(gè)均衡系統(tǒng)補(bǔ)償由VF線帶來的頻率相關(guān)相位延遲。在接近有用頻帶的邊緣頻率分量處引入了最大相移。因而，接近頻帶中心的頻率分量被延遲，以便使得在頻帶外邊的頻率份量趕上，為了完成上述延遲均衡需要附加的電話。
在VF電話線上與雙向傳輸有關(guān)的另外一個(gè)問題是在出入信號之間可能存在干擾。一般地，用下列三種方法的其中一種可以達(dá)到將上述兩種信號分開和隔離(1)頻率多路傳輸。以不同的頻率用來傳輸不同的信號。這是一種在以解制解調(diào)器為基礎(chǔ)的長途通訊系統(tǒng)中普遍采用的方法。
(2)時(shí)間多路傳輸，即不同的時(shí)間段用于給不同的信號進(jìn)行傳輸。這種方法常用于半雙工系統(tǒng)，在這種半雙工系統(tǒng)中，發(fā)信機(jī)在發(fā)完它所有的數(shù)據(jù)之后才發(fā)棄一個(gè)信道。
(3)編碼多路傳輸，用正交碼傳送信號。
所有上述系統(tǒng)都是根據(jù)系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)階段規(guī)定好的固定比例分割可利用的空間。然而，這些固定不變的比例可能不適合于呈現(xiàn)于每個(gè)調(diào)制解調(diào)器的實(shí)際的通訊負(fù)荷問題。例如，與一個(gè)遠(yuǎn)距離主機(jī)相連的個(gè)人計(jì)算機(jī)工作站的一個(gè)工作人員可能要打10或20字符并且收到一整幅屏蔽的回答 在這種情況下，在發(fā)和收調(diào)制解調(diào)器之間相等分配信道的固定比例可能給個(gè)人計(jì)算機(jī)工作站分配過過多的信道。這樣一個(gè)按實(shí)際通訊負(fù)荷情況需要分配信道容量的調(diào)制解調(diào)器將會大大增加信道容量的利用效率。
本發(fā)明是一個(gè)用于拔號VF電話線的高速調(diào)制解調(diào)器。本調(diào)制器采用一個(gè)多載波調(diào)制方式和向各載波可變地分配數(shù)據(jù)和功率，以便使整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到最大。而載波間的功率分配則受到這樣一種限制所分配的總功率必不能超過規(guī)定的極限。
在最佳實(shí)施中，調(diào)制解調(diào)器還包括一個(gè)分配系統(tǒng)，用來根據(jù)實(shí)際用戶的要求共同控制在兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器(A和B)之間的通訊鏈路。
本發(fā)明的另一方面是提供了一種用于補(bǔ)償頻率相關(guān)相位延遲和防止符號間干擾而無需均衡網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，在每個(gè)載頻上對不同復(fù)雜程度編碼數(shù)據(jù)元采用正交振幅調(diào)制(QAM)。在每個(gè)載頻上的等效噪聲分量則通過在兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器(A和B)之間的通訊鏈路進(jìn)行測量。
由現(xiàn)有技術(shù)可知，如果比特差錯(cuò)率(BER)要維持在規(guī)定的水平以下，那么在給定的載頻上傳輸一定復(fù)雜程度的數(shù)據(jù)元所需的功率必須增加(如果在上述那個(gè)給定頻率上的等效噪聲分量增加的話)。同樣，要增加數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度，則信噪比S/N就必須增加。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)和功率被分配，使得在外部比特誤差速率和總的可用功率限制的范圍內(nèi)總的數(shù)據(jù)速率最大。功率分配系統(tǒng)計(jì)算臨界所需的功率，以增加來自n至n+1信息單位的每個(gè)載波上的符號速率。該系統(tǒng)于是把信息單位分配給要求最小附加功率的載波，以便用一個(gè)信息單位增加其符號速率。因?yàn)榕R界功率取決于實(shí)際建立的傳輸鏈路的等效噪聲譜的值，所以功率和數(shù)據(jù)的分配是 滿足對這個(gè)具體鏈路的噪聲的補(bǔ)償要求的。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，對在每個(gè)載波上的頭一段符號給予重新傳輸以形成一個(gè)持續(xù)為TE+TpH的安全保護(hù)時(shí)間波形，其中TE是符號的持續(xù)時(shí)間，TPH為首段持續(xù)時(shí)間。TPH的數(shù)值是大于或等于波形的任何頻率分量的最大估測的相位延遲。例如，用時(shí)間系列xo……xn-1表示TE時(shí)間內(nèi)發(fā)送的符號，則用時(shí)間序列xo…xn-1，xo…xm-1表示在TE+TPH時(shí)間內(nèi)發(fā)送的時(shí)間保護(hù)波形。m與n之比是等于TPH與TE之比。
在接收調(diào)制解調(diào)器中確定時(shí)間保護(hù)波形的第一頻率分量的到達(dá)時(shí)間。為To在時(shí)間To+TPH時(shí)開始取樣周期，其持續(xù)時(shí)間為TE。
這樣，在每個(gè)載波頻率上整個(gè)符號被取樣，從而清除了符號間的干擾。
又根據(jù)本發(fā)明，對調(diào)制解調(diào)器A與B之間的傳輸鏈路的分配控制是通過設(shè)定在一個(gè)傳輸周期內(nèi)每個(gè)調(diào)制解調(diào)器可以發(fā)送的限額分組數(shù)完成的。一個(gè)分組(包)的信息包括載波集上的編碼數(shù)據(jù)，這些載波構(gòu)成一個(gè)波形。每個(gè)調(diào)制解調(diào)器也被限制于發(fā)送最小分組目，以維持在調(diào)制解調(diào)器之間的通訊鏈路。于是，即使一個(gè)調(diào)制解調(diào)器沒有數(shù)據(jù)可傳輸，上述最小分組仍維持定時(shí)，而讓其他參數(shù)予以傳輸。另一方面，如果對一個(gè)調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)量是比較大的話，則在把控制讓給其他調(diào)制解調(diào)器以前，限制它只傳輸最大的限定的分組數(shù)目N。
實(shí)際上，如果調(diào)制解調(diào)器A有小量數(shù)據(jù)而調(diào)制解調(diào)器B具有大數(shù)據(jù)量，則調(diào)制解調(diào)器B將在大部份時(shí)間內(nèi)獲得對傳輸鏈路的控制。如果控制首先分配給調(diào)制解調(diào)器A，則它將只傳輸最小分組數(shù)I。于是，調(diào)制解調(diào)器A只能短時(shí)間有控制權(quán)。然后將控制分配給傳輸N系列的B調(diào)制解調(diào)器，其中N可以是很大的。然后控制又被分配給調(diào)制解調(diào)器A，而調(diào)制解調(diào)器A在將控制交還給B以前發(fā)送I系列。
因而，控制的配給是正比于I與N之比的。如果在調(diào)制解調(diào)器A上的數(shù)據(jù)傳輸要求L系列，其中L是在I和N之間，則分配是正比于L與N之比。這樣一來，傳輸鏈路的分配是根據(jù)用戶的實(shí)際需要而變化的。
于是，對每個(gè)調(diào)制解調(diào)器不需要相同的最大分組數(shù)N，而是可以改變的，使之適應(yīng)由調(diào)制解調(diào)器A和B已知要傳輸數(shù)據(jù)的不均衡情況。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，信號損耗和頻率偏移在數(shù)據(jù)確定以前進(jìn)行測量。跟蹤系統(tǒng)根據(jù)測量值確定變化并補(bǔ)償這些變化。
根據(jù)本發(fā)明，又包括一個(gè)用確定To的精確值的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)利用了兩個(gè)定時(shí)信號，這兩個(gè)定時(shí)信號在f1和f2時(shí)插入到由調(diào)制解調(diào)器在時(shí)間TA時(shí)發(fā)送的波形中。第一和第二定時(shí)信號在時(shí)間TA時(shí)的相對相位差為零。
在調(diào)制解調(diào)器B接收到上述波形后，通過檢測f1上的能量，可以粗略估測到其接收時(shí)間TEST。利用在時(shí)間TEST時(shí)的兩個(gè)定時(shí)信號之間的相對相位差可獲得精確的定時(shí)基準(zhǔn)To。


圖1給示出了在本發(fā)明中利用的一載波集。
圖2是表示每個(gè)載波的QAM的構(gòu)象圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的方框圖。
圖4是表示本發(fā)明的同步過程的流程圖。
圖5是一系列表示對0，2，4，5，6比特?cái)?shù)據(jù)元素的構(gòu)象圖，并給出了對于每個(gè)構(gòu)象的示例性的信號噪聲比和功率電平。
圖6是一個(gè)說明充水(waterfilling)算法的圖形。
圖7是表示在本發(fā)明中采用的充水算法的直方圖。
圖8是說明在上述載波集中的頻率分量上的頻率相關(guān)的相位延遲效應(yīng)的圖形。
圖9是一個(gè)說明在本發(fā)明中使用的用以防止符號間干擾的圖形。
圖10為說明接收發(fā)送的載波集的方法的圖形。
圖11為說明調(diào)制模板的示意圖。
圖12為說明上述調(diào)制模板中一個(gè)方塊中的象限的示意圖。
圖13為本發(fā)明的硬件實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明是提供一個(gè)這樣的調(diào)制解調(diào)器它可自適應(yīng)地分配在一頻率集中的各種載波頻率之間的功率以補(bǔ)償頻率相關(guān)的線路噪聲;省去了用以補(bǔ)償頻率相關(guān)的相位延遲的均衡電路;提供一種雙工機(jī)構(gòu)，這種雙工機(jī)構(gòu)根據(jù)變化的信道負(fù)載條件分配在發(fā)和收的調(diào)制解調(diào)器之間的信道。下面要介紹本發(fā)明的其他特點(diǎn)。
為了使讀者容易理解本發(fā)明首先根據(jù)圖1和圖2對用在本發(fā)明中的頻率集和調(diào)制方案予以簡要的介紹。然后根據(jù)圖3介紹本發(fā)明的具體的實(shí)施例。最后，結(jié)合圖4至圖13介紹本發(fā)明的各種特點(diǎn)的工作原理。
調(diào)制和載波集結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參見圖1。圖1示出了本發(fā)明的發(fā)送集10的一個(gè)概要的表示。此集包括512個(gè)載波頻率，這512個(gè)載波頻率在可4千赫的VF頻帶內(nèi)均勻排列。本發(fā)明采用正交幅度調(diào)制(QAM)，其中在每個(gè)載波頻率上的相位獨(dú)立的正余弦予以發(fā)送。在給定的載波頻率上發(fā)送的數(shù)字信息則通過在那個(gè)頻率上振幅調(diào)制上述獨(dú)立的正弦和余弦信號進(jìn)行編碼。
QAM系統(tǒng)以一個(gè)總比特速率RB發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，每個(gè)載波上的傳輸速率(以符號或比特速率Rs表示)只是RB的一個(gè)小部份。例如，如果在兩個(gè)載波之間相等地分配數(shù)據(jù)，則Rs＝RB/20在最佳實(shí)施例中，在每個(gè)載波上對0，2，4，5，或6比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，每個(gè)載波的調(diào)制每136毫秒改變一次。假設(shè)對每個(gè)載波為6比特Rs，則理論上的最大的RB可獲得22，580比特/秒(bps)。假設(shè)在75%的載波為4比特Rs，則典型的可實(shí)現(xiàn)的Rs約為11，300bps。達(dá)到這么極其高的Rs的比特誤差速率小于1個(gè)誤差/100，000比特。
在圖1中，許多垂線14把每個(gè)集分成為以后稱之為“時(shí)片”(“epochs”)的時(shí)間增量。“時(shí)片”(epoch)的持續(xù)時(shí)間為TE，其中TE的數(shù)值是如下所述的方法確定的。
現(xiàn)在參考圖2，介紹用于把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼到各種載波頻率上的QAM系統(tǒng)。圖2表示了第n個(gè)載波的四比特“構(gòu)象”20。一個(gè)四比特?cái)?shù)可以假設(shè)為16個(gè)離散值。在構(gòu)象中的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)矢量(xn，yn)，Xn和Yn分別為在上述QAM系統(tǒng)中的正弦信號和余弦信號的振幅。下標(biāo)n表示被調(diào)制的載波。相應(yīng)地，四個(gè)比特構(gòu)象需要4個(gè)離散的Yn和四個(gè)離散的Xn′值。如下面要詳述的，為了增加在給定載波頻率上發(fā)送的比特?cái)?shù)，考慮到在該頻率上的等效噪聲分量，就需要增加功率。在四比特發(fā)送的情況下，接收調(diào)制解調(diào)器必須能對Xn和Yn的振幅系數(shù)的四個(gè)可能的值進(jìn)行鑒別。此鑒別力取決于對于一個(gè)給定的載波頻率的信號噪聲比。
在最佳實(shí)施例中，分組技術(shù)用來減少誤差速率。一分組包括調(diào)制的一“時(shí)片”載波和誤差檢測數(shù)據(jù)。重發(fā)每個(gè)有誤差的分組，直至到糾正為止。在不要求重發(fā)數(shù)據(jù)的那些系統(tǒng)中，具有前向誤差糾正碼的那些“時(shí)片”可以予以利用。
圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。下面介紹一個(gè)始發(fā)調(diào)制解調(diào)器26，它連接到一個(gè)在一個(gè)公共交換電話線上的一段通訊鏈路的起端。我們知道，一個(gè)通訊系統(tǒng)也包括一個(gè)連接到通訊鏈路的應(yīng)答端的應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器。在下面的討論中，用最初的始發(fā)調(diào)制解調(diào)器的參考號指定在應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器中相應(yīng)于與在始發(fā)調(diào)制解調(diào)器中的相同的或相似的那些部份。
現(xiàn)在再參閱圖3。由調(diào)制解調(diào)器26的發(fā)送系統(tǒng)28在數(shù)據(jù)輸入端30接收輸入的數(shù)據(jù)流。將該數(shù)據(jù)作為一個(gè)序列數(shù)據(jù)貯存在一個(gè)緩沖存儲器32中。緩沖存儲器32的輸出送到調(diào)制參數(shù)發(fā)生器34的輸入端。調(diào)制參數(shù)發(fā)生器34的輸出送到一個(gè)矢量表格緩沖存儲器36，而此存儲36又與調(diào)制器40的輸入端相連。調(diào)制器40的輸出送至?xí)r間序列緩沖器42，而此時(shí)間序列緩沖器42又與包括在一個(gè)模擬I/O接口44中的數(shù)一模變換器43的輸入端。接口44將調(diào)制解調(diào)器的輸出送至共公交換電話線48。
一個(gè)接收系統(tǒng)50包括一個(gè)模一數(shù)變換器(ADC)52，此變換器則與公共交換電話線48相連，它包含在接口44中。來自ADC52的輸出送至接收時(shí)間系列緩沖器54，緩沖器54也與解調(diào)器56的輸入端相連。解調(diào)器56的輸出被送至接收矢量表格緩沖器58，緩沖器58也與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生器60的輸入端相連。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生器60的輸出送至接收數(shù)據(jù)比特緩沖器62，緩沖器62也與輸出端64相連。
控制與調(diào)度單元66與調(diào)制參數(shù)發(fā)生器34，矢量表格緩沖器36，解調(diào)器56，及矢量表格緩沖器58相連。
現(xiàn)在對圖3中的實(shí)施例的功能予以概要的說明。在傳輸數(shù)據(jù)以前始發(fā)調(diào)制解調(diào)器26與應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器26一起測量在每個(gè)載波頻率上的等效噪聲電平，確定在每個(gè)載頻上要發(fā)送的每一“時(shí)片”的比特?cái)?shù)，及給每個(gè)載頻分配功率，對此下面要詳細(xì)加以說明。
來到的數(shù)據(jù)在輸入端被接收，格式化成為比特序列后貯存在輸入緩沖器32中。
調(diào)制器34用上述QAM系統(tǒng)的每個(gè)載頻，把給定的比特?cái)?shù)編碼成為一個(gè)(Xn，Yn)矢量。例如，如果確定要將四比特以頻率fn發(fā)送，則就要將來自比特澆的四比特轉(zhuǎn)換成在圖2的四比特構(gòu)象中的16個(gè)點(diǎn)中的一個(gè)。上述每個(gè)構(gòu)象點(diǎn)相應(yīng)于四比特的十六種可能的組合中的一個(gè)。對頻率n的正弦和余弦信號的振幅則相應(yīng)于四比特編碼位序列的構(gòu)象中的點(diǎn)。然后將(Xn，Yn)矢量貯存在矢量表格緩沖器36中。調(diào)制器接收頻率集中的載波矢量(Xn，Yn)表格，并產(chǎn)生代表包括QAM載頻的波形的數(shù)字編碼時(shí)間系列。
在最佳實(shí)施例中，調(diào)制器40包括一個(gè)快速富利哀變換(FFT)和實(shí)行采用(X，Y)矢量作為FFT系數(shù)的反FFT運(yùn)算。矢量表格包括代表512頻率構(gòu)象的1，024個(gè)FFT獨(dú)立的各點(diǎn)0反FFT運(yùn)算產(chǎn)生在代表QAM集的時(shí)間系列中的1，024個(gè)點(diǎn)。這個(gè)數(shù)字編碼的時(shí)間系列的1，024個(gè)元素被貯存在數(shù)字時(shí)間系列緩沖器42中。該數(shù)字時(shí)間序列由模一數(shù)變換器43變換成為模擬波形而接口46使該信號適應(yīng)傳輸?shù)囊蟆?br> 現(xiàn)在再說接收系統(tǒng)50，由接口46改善從共公交換電話線48來的被接收的模擬波形并送到模一數(shù)變換器52中。模一數(shù)變換器52將模凝波形變換成數(shù)字的1，024個(gè)入口時(shí)間系列表格，此入口時(shí)間系列表格貯存在接收時(shí)間系統(tǒng)緩沖器54中。解調(diào)器56把1，024個(gè)入口時(shí)間系列表格變換成512入口(Xn，Yn)矢量表并貯存在接收矢量表格緩沖器58中。這個(gè)變換是通過對時(shí)間系列實(shí)行FFT完成的。注意有關(guān)對每個(gè)頻率的載波編碼的比特?cái)?shù)的信息已經(jīng)預(yù)先貯存在解調(diào)器和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生器60中，這樣，貯存在接收矢量表格緩沖器58中的(X1Y)表格可以被數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生器60變換成輸出數(shù)據(jù)比特序列。例如，如果(Xn，Yn)矢量代表一個(gè)四比特序列，則此矢量可以被數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生器60變換成一個(gè)四比特序列和貯存在接收數(shù)據(jù)比特緩沖器62中。接收數(shù)據(jù)序列然后作為輸出數(shù)據(jù)流送至輸出端64。
在本發(fā)明中采用的FFT技術(shù)在由Rabiner等L著的“數(shù)字信號處理的理論和應(yīng)用”一1975書中作了詳細(xì)的介紹但是前面所述的FFT調(diào)制技術(shù)并不是本發(fā)明的一個(gè)組成部份。或者，也可如用在前面引用的巴倫(Baran)專利中介紹的載波單音(carrier tones)直接相乘法完成調(diào)制，此專利通過引用結(jié)合到本專利中，在那個(gè)專利的第10篇13-70行，和第11篇1-30行對這種技術(shù)作了介紹。此外，解調(diào)系統(tǒng)也可用巴倫(Baran)專利中第12篇，35-70行，第13篇，1-70行，和第14篇，1-13行中描述的來代替。
控制和調(diào)度單元66維持對操作序列，對控制輸入和輸出功能的全部監(jiān)控。
等效噪聲的確定如前所述，編碼在每個(gè)載頻率波上的數(shù)據(jù)元素的信息內(nèi)容和分配給該載頻率波上的功率由取決于在該載頻上的信道的噪聲分量的數(shù)值。在頻率fn上的發(fā)送的等效噪聲份量N(fn)是在頻率fn上測得的(接收到的)噪聲功率乘以在頻率fn上測得的信號損耗。這些等效噪聲 不同的電話線和在同一條線上的不同時(shí)刻而變。因此，在本系統(tǒng)中，N(f)是在數(shù)據(jù)發(fā)送以前進(jìn)行測量的。
圖4示出了在本系統(tǒng)中采用的同步技術(shù)步驟，它用來測量了N((f)和在應(yīng)答和始發(fā)調(diào)制解調(diào)器26和26′之間建立一條傳送鏈路。由圖4可見，在步驟1，起點(diǎn)調(diào)制解調(diào)器拔應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器的號碼，而應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器脫機(jī)。在步驟2中，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器以下述功率電平上發(fā)送一個(gè)二個(gè)頻率的“時(shí)片”(a)1437.5赫，-3分貝R(b)1687.5赫，-3分貝R。
上述功率是相對于基準(zhǔn)R而測量的，在最佳實(shí)施例中，零分貝R＝-9分貝m，此處m為毫伏。這些單音被用來確定定時(shí)和頻率偏移，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器然后以-27分貝R發(fā)送一個(gè)包含全部512個(gè)頻率的應(yīng)答信號組合。(應(yīng)答梳，answer comb)始發(fā)調(diào)制解調(diào)器接收應(yīng)答信號組合，并在該信號組合上進(jìn)行FFT。因?yàn)?12個(gè)頻率的功率是調(diào)定在規(guī)定的電平上的，所以調(diào)制解調(diào)器26的控制和調(diào)度單元66對接收到的碼的每個(gè)頻率的(Xn，Yn)值進(jìn)行比較，并將這些值與表示被發(fā)送的應(yīng)答碼的功率電平的一個(gè)表格的(Xn，Yn)值進(jìn)行比較。由這些比較獲得了由于在VF電話線上傳送引起的在每個(gè)頻率上的信號損耗。
在步驟3中，始發(fā)和應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器26和26′都積累調(diào)制解調(diào)器不發(fā)送時(shí)存在電話線上的噪聲數(shù)據(jù)，兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器然后都對所積累的噪聲信號進(jìn)行FFT，以確定在每個(gè)載頻上的測得的(接收到的)噪聲頻譜分量的數(shù)值。可對幾個(gè)“時(shí)片”的噪聲進(jìn)行平均，以便提高測量的精確度。
在步驟4中，始發(fā)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送一“時(shí)片”的兩個(gè)頻率，
之像以上述步驟2中所敘那樣，發(fā)送具有相同的功率電平的512個(gè)頻率的始發(fā)信號組合。(始發(fā)梳;originate comb)如在步驟2中的發(fā)送調(diào)制解調(diào)器所述的，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器接收該“時(shí)片”始發(fā)和發(fā)送信號組合，并計(jì)算其在每個(gè)載頻上的定時(shí)，頻率偏移及信號損耗值。此時(shí)始發(fā)調(diào)制解調(diào)器26已經(jīng)積累了應(yīng)答始發(fā)方向上傳送的噪聲和信號損耗數(shù)據(jù)，而同時(shí)應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器則已積累了有關(guān)在始發(fā)一應(yīng)答方向上傳輸?shù)耐瑯拥臄?shù)據(jù)。每個(gè)調(diào)制解調(diào)器要求有關(guān)在起始發(fā)點(diǎn)一應(yīng)答和應(yīng)答始發(fā)方向的傳輸損耗和接收到噪聲的數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)同步過程的其余的步驟，這個(gè)數(shù)據(jù)在兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器中進(jìn)行交換。
在步驟5中，始發(fā)調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生和發(fā)送第一相位編碼的信號，此信號以指示哪些載頻將在應(yīng)答一始發(fā)方向上以標(biāo)準(zhǔn)功率電平承擔(dān)兩比特傳輸。在應(yīng)答一始發(fā)方向上以標(biāo)準(zhǔn)功率電平將承擔(dān)兩比特的每個(gè)分量產(chǎn)生一個(gè)-28分貝R信號，它們的相對相位為180度。在應(yīng)答一始發(fā)方向以標(biāo)準(zhǔn)功率電平上不承擔(dān)兩比特傳輸?shù)拿總€(gè)分量則被編碼成一個(gè)-28分貝R的信號，其相對相位為零。應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器接收這個(gè)信號并確定哪些載頻將承擔(dān)在應(yīng)答一始發(fā)方向上的兩比特傳輸。
在步驟6中，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生和發(fā)送一第二相位編碼信號，此信號用以指示哪些載波將在始發(fā)一應(yīng)答方向和應(yīng)答一始發(fā)方向上將承擔(dān)兩比特的傳輸。因?yàn)閼?yīng)答調(diào)制解調(diào)器已積累了在始發(fā)一應(yīng)答方向上的噪聲和信號損耗，和接收了由始發(fā)調(diào)制解調(diào)器中在步驟5中產(chǎn)生的信號中的同樣的數(shù)據(jù)，所以是能產(chǎn)生這個(gè)信號的。由始發(fā)調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生的信號，在兩個(gè)上述方向?qū)⒊袚?dān)兩比特的傳輸?shù)拿總€(gè)載頻分量被編碼，相對相位為180°，而所有其它的各分量則以相對相差為0°被編碼。
這樣，在兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器中現(xiàn)在已形成了一條傳輸鏈路。通常，300至400個(gè)頻率分量將 在標(biāo)準(zhǔn)的功率電平上承擔(dān)兩比特的傳輸。從而在兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器中建立了約一個(gè)600比特/“時(shí)片”的速率。在步驟7中，始發(fā)調(diào)制解調(diào)器以0至15的比特?cái)?shù)，0至63分貝的功率電平發(fā)送數(shù)據(jù)，這個(gè)比特?cái)?shù)和功率電平在應(yīng)答一始發(fā)方向上，在這個(gè)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)鏈中形成的集分組中的每個(gè)頻率所承擔(dān)。于是，始發(fā)和應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)有了有關(guān)在應(yīng)答一始發(fā)方向上的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。下面將要闡述用來計(jì)算在每個(gè)頻率份量上能夠承擔(dān)的比特?cái)?shù)和功率電平。
在步驟8中，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器以利用現(xiàn)存的數(shù)據(jù)鏈，在始發(fā)一應(yīng)答方向上每個(gè)頻率可承擔(dān)的比特?cái)?shù)和功率電平上發(fā)送數(shù)據(jù)。于是，兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器均被告知在應(yīng)答一始發(fā)方向和始發(fā)一應(yīng)答方向上在每個(gè)頻率分量上要承擔(dān)的比特?cái)?shù)和功率電平。
上面對確定每個(gè)載頻上的等效噪聲電平分量的說明建立了在一給定序列中所需的步驟。然而，步驟順序并不是嚴(yán)格要求的，其中許多步驟可以同時(shí)進(jìn)行或以不同的順序進(jìn)行。例如，對始發(fā)碼的FFT操作，和噪聲數(shù)據(jù)的累積可以同時(shí)進(jìn)行。在同步過程期間也可以對精確的定時(shí)基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)定時(shí)基準(zhǔn)的計(jì)算在闡述了用于計(jì)算分配給每個(gè)頻率分量的比特?cái)?shù)和功率電平的方法后予以更詳細(xì)的介紹。
在發(fā)送和接收信號間存在高達(dá)7HZ的頻頻偏差就導(dǎo)致普通的VF電話線的損害。
這種偏差必須校正，以使FFT功能可靠。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，這種校正是通過用接收信號的真實(shí)的和希爾伯特(H Lbert)鏡象在偏離頻率上進(jìn)行正交單音單邊帶調(diào)制獲得的。同步和跟蹤算法則可估算到必要的頻率偏差量。
用解調(diào)器56將每個(gè)載頻信號上的編碼信息在接收機(jī)信道上解碼。信道噪聲使傳輸?shù)男盘柺д婧徒档土私庹{(diào)器的精度?，F(xiàn)在對具有一個(gè)規(guī)定的復(fù)雜性的數(shù)據(jù)元的傳輸，即以等效噪聲電平分量NO為特征的VF電話線上的、以在規(guī)定頻率fo上的B比特的數(shù)據(jù)元的傳輸加以分析。一般說來，外部系統(tǒng)規(guī)格確定了能允許的最大比特差錯(cuò)率(BER)。對于以噪聲電平NO和頻率fo的bo比特的傳輸，其信號一噪聲比必須超過Eb/No，以維持 比特差錯(cuò)率(BER)低于給定的值(BEP)，其中Eb為每比特的信號功率。
圖5用來說明對各種復(fù)雜程度B信號的QAM構(gòu)象。每個(gè)構(gòu)象圖同時(shí)給出了不超(BER)0的示例性的信號一噪聲比Eb/No，要求傳送的比特?cái)?shù)和要求的功率。
一個(gè)調(diào)制解調(diào)器的工作要受這樣的限制進(jìn)入公共交換電話線的總的可用功率可不能超一個(gè)值Po，這個(gè)Po值則由電話公司和政府有關(guān)當(dāng)局規(guī)定的。于是，信號功率不能為了補(bǔ)償線路噪聲而無限制的增加。這樣當(dāng)噪聲增加時(shí)，所傳輸?shù)男盘柕膹?fù)雜程度必須減少，以便保持要求的BER。
大多數(shù)現(xiàn)存的調(diào)制解調(diào)器當(dāng)線路噪聲功率增加時(shí)隨意換擋降低信號的復(fù)雜程度。例如，一個(gè)采用現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器將其傳輸數(shù)據(jù)的速率從最大的9，600比特/每秒降到7，200比特/每秒，4，800比特/每秒，1，200比特/每秒，等等，直至使比特誤差速率減少到規(guī)定的最大值以下。相應(yīng)地，為補(bǔ)償噪聲而將信號速率大幅度減少。在巴倫(Baran)專利中，用于減少傳輸速率的方法考慮了噪聲頻譜的頻率相關(guān)性。在那里，每個(gè)信道在一個(gè)規(guī)定功率電平上傳送一預(yù)定數(shù)目的比特。在每個(gè)頻率上對噪聲分量進(jìn)行測量，并決定是否每個(gè)載頻上進(jìn)行發(fā)送。于是，在巴倫專利中，數(shù)據(jù)速率減少的方法補(bǔ)償了在有用頻帶上的實(shí)際的噪聲分布。
在本發(fā)明中，在每個(gè)載頻上的信號的復(fù)雜程度和分配給每個(gè)載頻的可用功率的數(shù)量是根據(jù)線路的噪聲頻譜的頻率相關(guān)性而變的。
用于向集的頻率分量信號規(guī)定各種碼的復(fù)雜性程度和功率電平的本系統(tǒng)是基于充水算法的。充水算法提供了一種用以達(dá)到由信息理論所指出向信道分配功率的途徑，目的在于使通過信道的信息量最大。所述信道具有非平坦分布型噪聲，和發(fā)送的功率受到限制。現(xiàn)在參見圖6。圖6形象地表示了充水算法，垂直軸表示功率，水平軸表示頻率，實(shí)線70代表等效噪聲，陰影區(qū)72的面積代表可用功率。這里把等效噪聲模擬為一連串的山谷，其間充以水，而此水量則代表分配的功率，所謂充水算法的名字就是這樣來的。水充滿山谷，并假設(shè)充在同一水平上。有關(guān)充水算法的理論闡述，可見“信息理論和可靠通訊”一書，由J。wiley和Sons著，紐約出版社，1968年出版。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，充水理論涉及到使一個(gè)信道的理論容量最大，這里的容量是定義為利用不同的碼可達(dá)到的所有數(shù)據(jù)速率為最大，其中所有的碼都糾錯(cuò)，而碼長趨向于無限。
利用本發(fā)明的方法并不能達(dá)到最大的理論上的信道容量。但利用圖1中所描述的QAM集及在可用功率受限制的條件下，可使傳輸?shù)男畔⒘孔畲蟆?br> 采用充水概念的設(shè)計(jì)是要給具有最低等效噪聲的載波規(guī)定一個(gè)可用功率的增量，直至所配置的功率電平達(dá)到第二最低載頻的等效噪聲電平為正。這樣一種配置要求對512頻率進(jìn)行收尋。
增量功率于是在最低的兩個(gè)載波間進(jìn)行分配，直至達(dá)到第三個(gè)最低信道的等效噪聲電平。這種配置電平法需要對頻率表進(jìn)行多次尋找，和進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。
用在本發(fā)明實(shí)施例的功率配置法如下(1)通過測量在接收機(jī)中的等效噪聲和乘以傳輸損耗，計(jì)算出在發(fā)送時(shí)的系統(tǒng)噪聲。用于測量這些量的過程已根據(jù)同步過程和圖4作了介紹。對每個(gè)載波進(jìn)行系統(tǒng)噪聲分量的計(jì)算。
(2)對每個(gè)載頻，計(jì)算傳輸不同復(fù)雜程度(在現(xiàn)時(shí)的情況，為0，2，4、5、6 比特)的數(shù)據(jù)元所需要的功率電平。這是通過用為傳輸具有要求的BER(例如每100，000比特一個(gè)誤差)的各數(shù)據(jù)元所必需的信噪比乘以等效噪聲獲得的?？偟腂ER為每個(gè)調(diào)制載頻的單個(gè)差錯(cuò)率的和。這些信號一噪聲比可從標(biāo)準(zhǔn)參考書中獲得，是眾所周知的。
(3)根據(jù)計(jì)算要求的傳輸功率電平，可以確定為增加渡據(jù)元復(fù)雜程度所要求的臨界功率電平。這些所需的臨界功率電平是傳輸功率差，除以兩個(gè)復(fù)雜程度最接近的數(shù)據(jù)元的數(shù)量差。
(4)對每個(gè)信道，產(chǎn)生兩列的要求的臨界功率電平和量化偏額，其中單位是分別用瓦特和比特。
(5)根據(jù)增加的臨界功率，通過制作步驟4的表格，構(gòu)建一個(gè)直方圖。
(6)在增加臨界功率過程中分配可用的發(fā)送功率，直至可用的功率用完為止。
通過一個(gè)簡單的例子，可能有助于更好的理解功率分配的方法。在例子中所列舉的數(shù)并不打算去代表在一個(gè)工作的系統(tǒng)遇到的參數(shù)。
表1列出了給頻率為fA和fB的兩個(gè)載波A和B為傳輸一選定數(shù)目的比特的數(shù)據(jù)元N1所需的功率。
表1載 波 AN1N2-N1P MP(N1至N2)0 - 0 -2 2 4 MP(0至2)＝2/比特4 2 12 MP(2至4)＝4/比特5 1 19 MP(4至5)＝7/比特6 1 29 MP(5至6)＝10/比特載 波 BN1N2-N1P MP(N1至N2)0 - 0 -2 2 6 MP(0至2)＝3/比特4 2 1 MP(2至4)＝6/比特5 1 8 MP(4至5)＝11/比特6 1 44 MP(5至6)＝15/比特從第一比特?cái)?shù)N至第二比特?cái)?shù)N2的復(fù)雜程度的增加所需的臨界功率由如下確定MP(N1至N2) = (P2- P1)/(N2- N1)其中P2和P1為傳輸復(fù)雜程度N2和N1的數(shù)據(jù)所需的功率。N2-N1為數(shù)據(jù)元復(fù)雜程度的量化差?？梢岳斫?，BER是被限制在預(yù)定值之下的。
因?yàn)樵趂B上的等效噪聲N(fB)比fA的等效噪聲N(fA)大，所以fA的臨界功率比fB的小。
現(xiàn)在敘述實(shí)行對載波A和B的分配。假設(shè)總比特?cái)?shù)NT被編碼到集上，但是還沒有分配比特給載波A或B。例如，N(fA)和N(fB)可能比那些已經(jīng)攜帶數(shù)據(jù)的載波的功率大。
在這個(gè)例子中，系統(tǒng)準(zhǔn)備分配在載波A和B之間的10個(gè)留下的可用功率單元以便是大數(shù)量地增加總的數(shù)據(jù)元的復(fù)雜度。
為了使NT增加二比特，則如果采用信道A，就要求對四個(gè)功率單元進(jìn)行配置，如果采用信道B，則要求對六個(gè)功率單元進(jìn)行分配。上述結(jié)果是因?yàn)閷蓚€(gè)信道都是N1＝0和N2＝2，則對信道A，MP(0至2)＝2/比特，對信道B，MP(0至2)＝3/比特。因此，系統(tǒng)給載波A分配4功率單元，在載波A上編碼兩比特?cái)?shù)據(jù)單元，系統(tǒng)使總的信道的復(fù)雜程度從MT增至NT+2，系統(tǒng)有六個(gè)個(gè)備用的可用功率單元。
因?yàn)閷d波A，MP(2至4)＝4/比特，對載波B，MP(0至2)＝3/比特，所以再增加兩比特要求六個(gè)功率單元。因此，系統(tǒng)向載波B分配六個(gè)功率單元，在載波B上編碼一個(gè)兩比特的數(shù)據(jù)元，系統(tǒng)使整個(gè)信號的復(fù)雜度從NT+2增至N+4比特，系統(tǒng)就沒有備用的可用的功率單元了。
現(xiàn)在我們明白到了為了增加整個(gè)集的數(shù)據(jù)元的復(fù)雜性而代價(jià)最小，系統(tǒng)從各種載波頻率中進(jìn)行“采購”。
通過在第一次頻率搜尋期間對每個(gè)載頻的首次產(chǎn)生表1的各項(xiàng)目，將分配擴(kuò)展到全部512個(gè)載波集。
按照增加的功率，對所有載波計(jì)算得到的所需的臨界功率電平的直方圖。圖7是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的直方圖。
在圖7中，并沒有列出全部臨界功率。而只示出了64分貝的范圍，以0.5分貝步長為間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)只采用在兩個(gè)步長之間的量化差。雖然這種方法有一些量化誤差，但因此工作量卻大大減少了。用于構(gòu)建直方圖的方法對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并不是嚴(yán)格要求的。
直方圖的每一計(jì)數(shù)得一個(gè)整數(shù)值，它代表載波的號數(shù)，此載波的臨界功率值等于計(jì)數(shù)的功率值。對直方圖從最低功率電平起進(jìn)行掃錨。每個(gè)計(jì)數(shù)的整數(shù)值被乘以計(jì)數(shù)號，并被減去可用功率。掃錨一直進(jìn)行可用功率用完為止。
當(dāng)掃錨結(jié)束時(shí)，已確定了所有低于一給定電平的臨界功率MP(max)都適合于功率和數(shù)據(jù)分配。此外，如果可用功率通過臨界功率電平MP(max)只用掉一部份，則其它載波K將分別等鍵MP(max+1)的功率。
于是系統(tǒng)再次對集進(jìn)行掃錨，以便向各載波分配功率和數(shù)據(jù)。分給每個(gè)載波的功率的數(shù)量是給少于或等于MP(max)的那個(gè)載波的臨界功率值元和。此外，如果KMP(max+1)值前面已經(jīng)分配過，則對數(shù)量為MP(max+1)的功進(jìn)行分配。
定時(shí)和相位延遲補(bǔ)償用接收系統(tǒng)重建(x、y)矢量表格要對接收波形進(jìn)行1024次取樣。因?yàn)閹捠羌s為4千赫，所以奈魁斯特取樣速率約為8000/秒，而取樣間的時(shí)間間隔為125微秒，于是總的取樣時(shí)間為128毫秒。相似地，發(fā)送的FFT產(chǎn)生一具有1024個(gè)入口的時(shí)間序列，而符號時(shí)間為128毫秒。
取樣過程需要一個(gè)觸發(fā)取樣的定時(shí)參考。此定時(shí)是用下述方法在同步過程中建立的在由圖4規(guī)定的同步步驟中，始發(fā)調(diào)制解調(diào)器檢測在時(shí)間TEST時(shí)的應(yīng)答組合信號中的1437.5赫茲的頻率分量(第一定時(shí)信號)的能量。這個(gè)時(shí)間是一個(gè)第一定時(shí)頻率分量到達(dá)接收機(jī)的精確時(shí)間的粗測，精確到約2毫秒。
用下面的步驟對此粗測予以改進(jìn)。第一定時(shí)信號和第二定時(shí)信號(在1687。5赫茲)以零相對相位在“時(shí)”表志時(shí)被傳輸。
始發(fā)調(diào)制解調(diào)器在時(shí)TEST時(shí)對第一和第二定時(shí)信號的相位進(jìn)行比較。在第一和第二定時(shí)信號之間的250赫茲的頻差對每125微秒時(shí)間的取樣間隔會造成在兩個(gè)信號之間的11°的相位偏移。第一和第二定時(shí)信號由于靠近頻帶的中心位置，所以相對相位失真較低。于是，通過比較兩個(gè)定時(shí)取樣的相位和通過用由相位差表示的取樣時(shí)間間隔的數(shù)目校正TEST，可以精確確定的定時(shí)參考T
。
有關(guān)定時(shí)抽樣過程的另外的困難涉及由VF線引入的頻率相關(guān)的相位延遲。這個(gè)相位延遲對VF電話線典型的是在2毫秒的數(shù)量級或更多。另外，這種相位延遲在靠近4千赫茲有用頻帶的邊緣明顯地變壞。圖8用以說明在經(jīng)受了頻率相關(guān)相位延遲之后，載波集的頻率分布。在圖8中，示出了在頻率f
，f256和f512上信號90，94和92。兩個(gè)長度為TS的符號Xi和yi在每個(gè)頻率上進(jìn)行傳輸。注意，每個(gè)符號的持續(xù)時(shí)間是不變的。然而，靠近頻帶90和92邊緣的信號的前沿相對于靠近頻帶94的中心的那些信號被延遲。
這樣，對相繼兩個(gè)發(fā)送的時(shí) Xi和yi，在信號90和92上靠近頻帶外邊緣的第一個(gè)符號Xi的尾段將與在信號94上靠近頻帶中心的第二符號的前沿重迭。這種重迭造成了符號間的干擾。
如果取樣間隔是安排去對一給定的時(shí)間間隔TS進(jìn)行取樣，則不可能得到在集里的每個(gè)載波的完整的取樣，而來自其他“時(shí)”的信號也將被取樣。
現(xiàn)有系統(tǒng)利用相位校正(均衡)網(wǎng)絡(luò)去校正相位失真，和防止符號間的干擾。
本發(fā)明采用一種獨(dú)特的時(shí)間防護(hù)格式(guard-time formaf)免除了對均衡網(wǎng)絡(luò)的需要。圖9示出了這種格式。
圖9示出了分別用時(shí)間系列Xi，yi和Zi代表的第一，第二和第三傳輸符號。圖9的波形被調(diào)制到一個(gè)載頻f上。在本例中，假設(shè)一個(gè)符時(shí)間TS為128毫秒，最大的相應(yīng)延遲時(shí)間TPH為8毫秒。用重復(fù)該符號的頭8毫秒來形成一個(gè)時(shí)間防護(hù)波形。該時(shí)間防護(hù)波形規(guī)定136毫秒的時(shí)片。例如，在第一波形110中的(Xi)符號的時(shí)間系列X0-X1023先被傳送，然后重復(fù)頭8毫秒的符號系列X0-X68。
“時(shí)片”的取樣是與最后128毫秒的時(shí)間防護(hù)波形(相對于由這些首先到達(dá)的頻率成份規(guī)定的時(shí)間防護(hù)波形時(shí)片的開始)相一致的。
圖10示出了這個(gè)檢測過程。由圖中可看到在靠近頻帶中心的f1和邊緣的f2上的第一和第二時(shí)間防護(hù)波形。f1的頻率分量是首先到達(dá)接收機(jī)的集的分量，而f2則是最后到達(dá)的分量。在圖10中，在f2上第二波形在T0+TPH時(shí)到達(dá)接收機(jī)，即在T0(在f1上的第一波形110到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間)之后8毫秒才到達(dá)接收機(jī)取樣周期為128毫秒，它在時(shí)間T0+TPH時(shí)開始，這樣在f2上的全部符號系列X0-X1023都被取樣。因?yàn)榉柕淖畛醯?毫秒已被傳送，所以在f1上的全部符號也被取樣。
另外，符號間的干擾也被消除了。在f1上的第二符號(yi)的到達(dá)則通過重復(fù)傳輸頭8毫秒也被延遲了8毫秒。于是，在f1上的第二符號并不會與在f2上頭一符號的尾部相重迭。
上述8毫秒的防護(hù)時(shí)間只減少了系統(tǒng)的可用時(shí)間帶寬積約6%。只減少了這么一點(diǎn)是由于每個(gè)符號的持續(xù)時(shí)間與上述必要的防護(hù)時(shí)間相比是非常長的緣故。
跟 蹤實(shí)際上，對一個(gè)給定的載波，由于噪聲和其他一些因素在解調(diào)過程中提取的矢量(x、y)的幅度并不正好落在構(gòu)象點(diǎn)上，而是分布在各點(diǎn)周圍的一片區(qū)域里。于是，信號利用圖11中示出的調(diào)制樣板進(jìn)行譯碼的。
從圖11我們可以看到，樣板是由方格113形成，比方格113的中心處有構(gòu)象點(diǎn)114。
在圖11中，矢量W＝(Xn，Yn)代表頻率為fn的解調(diào)后的正弦和余弦信號的幅度。W是在方格113中，113方格中心有一個(gè)構(gòu)象點(diǎn)(3，3)。于是，W被譯碼成為(3，3)。
本發(fā)明包括一個(gè)用于跟蹤的系統(tǒng)，用以根據(jù)同步過程中求得的值確定傳輸損耗，頻偏和定時(shí)的變化。
該跟蹤系統(tǒng)利用圖11中的解調(diào)樣板方格中的接收到的矢量的位置進(jìn)行跟蹤。在圖12中，將一個(gè)方格分成為4個(gè)象限。即左上，右下，右上，右下，用115，116，117和118表示，分別以太快，太慢、太大和太小表征。如果用頻率對時(shí)間，或者某時(shí)間對頻率，在所有四有象限的中心的計(jì)數(shù)是相同或幾乎相等，則系統(tǒng)是對準(zhǔn)的。也就是說，如果噪聲是唯一的損害的原因，則譯碼的矢量W的誤差方向應(yīng)是 機(jī)的。
然而，如果傳輸損耗只變化0.1分貝，“太小”計(jì)數(shù)的數(shù)目將與“太大”計(jì)數(shù)的數(shù)目有明顯的變化。相似地，在“太快”和“太慢”計(jì)數(shù)之間的數(shù)目的有較大的差別，則表明了由于頻率偏移引起了一個(gè)相位轉(zhuǎn)動。于是，在“太快”，“太慢”和“太大”，“太小”計(jì)數(shù)之間的差別是一個(gè)跟蹤在信號損耗和頻率偏移變化的誤差特征。
本發(fā)明利用這個(gè)誤差特征去調(diào)節(jié)在同步過程中求出的信號損耗和頻率偏移。根據(jù)誤差特征對每個(gè)頻率調(diào)整±0.1分貝或±1.0°。其他的把譯碼區(qū)分成為以太快，太慢，太大和太小為特征的相異的或重迭的子區(qū)，在某些實(shí)施例子中是較好的。
此外，對定時(shí)信號的相應(yīng)進(jìn)行跟蹤，以校正T0。
信道分配控制本發(fā)明還包括一個(gè)用于對始發(fā)和應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器之間的通訊鏈路進(jìn)行分配控制的獨(dú)特的系統(tǒng)(此后用A和B代表始發(fā)和應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器)。每個(gè)包括編碼頻率集的波形組成一分組信息。
對傳輸鏈路的控制首先分配給調(diào)制解調(diào)器A。調(diào)制解調(diào)器A然后決定在其輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)量并適當(dāng)?shù)卮_定在I(最小值)和N之間的(事先確定的最大值)數(shù)據(jù)分組(包)數(shù)。分組數(shù)預(yù)確定的數(shù)N用作為一個(gè)極限，而被傳輸最后分組的比特?cái)?shù)比要求的少得多，以使輸入緩沖器騰空。另一方面，如果調(diào)制解調(diào)器A在其輸入緩沖器中沒有或只有一點(diǎn)數(shù)據(jù)，則它將繼續(xù)發(fā)送I分組(包)信息，以與調(diào)制解調(diào)器B維持通訊。例如，I包可能包括由圖4規(guī)定的始發(fā)或應(yīng)答頻率組合信號和同步過程。
然后將通訊鏈路的控制分配給調(diào)制解調(diào)器B，此調(diào)制解調(diào)器重復(fù)調(diào)制解調(diào)器A的作用。當(dāng)然，如果調(diào)制解調(diào)器B發(fā)送最小數(shù)I包，則就向調(diào)制解調(diào)器A確認(rèn)調(diào)制解調(diào)器B的活力。
為了獲得快速的字符回答或其他用戶面向的目的，不要求對兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器限制N，或限制它們在調(diào)制解調(diào)器的控制下的使用。
硬 件 實(shí) 現(xiàn)圖13為本發(fā)明實(shí)施例的硬件的方框圖。由圖13可見，一個(gè)電子數(shù)字處理器120，一個(gè)模擬I/O接口44，及一個(gè)數(shù)字I/O接口122與一個(gè)公共數(shù)據(jù)總線124相連。模擬I/O接口44將用公用數(shù)據(jù)總線124與公共交換電話線48相接，數(shù)字接口122則將公用數(shù)據(jù)總線124與數(shù)字終端設(shè)備126相接。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中利用了下列部件。模擬I/O接口44是一個(gè)高性能的12位編碼一譯碼器和電話線接口。該接口有通向RAM132的入口，它受監(jiān)控微處理器128控制。編一譯碼器是一個(gè)模一數(shù)變換器，數(shù)一模變換器，和幾個(gè)帶濾波器的單片組合。
數(shù)第I/O接口122是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口(對標(biāo)準(zhǔn)25腳RS-232型連接器)或是一個(gè)并行接口(對個(gè)人計(jì)算機(jī)總線)。
電子數(shù)字處理器120包括一個(gè)監(jiān)控處理機(jī)128，一個(gè)通用數(shù)學(xué)處理器130，一個(gè)3K×16位共享RAM子系統(tǒng)132，和一個(gè)與地址總線135相連的只讀存儲器(ROM)單元133。
監(jiān)控微處理機(jī)128是一個(gè)68000數(shù)據(jù)處理機(jī)子系統(tǒng)，它包括一個(gè)10兆赫茲68000處理機(jī)和68000程序存儲器。32K×16位程序存儲器有幾個(gè)低功率，高密度和包括ROM單元133中的ROM片組成。
數(shù)學(xué)處理器130是一個(gè)320數(shù)字信號微處理器子系統(tǒng)(D外)，它包括一個(gè)20兆赫茲320處理器，320程序存儲器，及一個(gè)共享RAM系統(tǒng)的接口。兩個(gè)包括在ROM單元133中的高速ROM片包括8192×16位程序存儲器。
320系統(tǒng)程序存儲器包括用于完成調(diào)制表格查閱，F(xiàn)FT，解調(diào)，及其他上述操作的程序。68000處理器處理在輸入輸出端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，完成向320信號處理器和相關(guān)的模擬I/O分配任務(wù)和對它進(jìn)行監(jiān)控，以及作自檢和系統(tǒng)測試。
上面已經(jīng)根據(jù)具體的實(shí)施例對本發(fā)明作了解釋說明。其他的實(shí)施例現(xiàn)在對熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人們是顯而易見的。
實(shí)際上，載波集用不著如上面介紹那樣加以限制。載波數(shù)可以是2的任意次冪，例如1024個(gè)，或其他任意數(shù)。此外，也用不著將載波頻率在整個(gè)VF頻帶內(nèi)均勻分隔。還有，QAM系統(tǒng)對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明也并不苛求的。例如，也可以采用調(diào)幅(AM)制，但是數(shù)據(jù)速率RB則將會降低。
再則，調(diào)制樣板并非要由方格組成的。圍繞構(gòu)象點(diǎn)的任意形狀的區(qū)域也行。在所介紹的跟蹤系統(tǒng)中的調(diào)制樣板的方格被分成為4個(gè)象限，然而，通過跟蹤規(guī)定在構(gòu)象點(diǎn)周圍的任意區(qū)域中的計(jì)數(shù)的差，也可對給定的參數(shù)進(jìn)行跟蹤。
再則，上面已介紹了包括一監(jiān)控微處理機(jī)和一個(gè)通用數(shù)學(xué)處理機(jī)的硬件實(shí)施例，然而，也可以采用不同集成電路片的組合。例如，前述的FFT片也可以用來實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)操作。
再有，在上述采用的信息單位是比特，然而本發(fā)明并不局限于二進(jìn)制系統(tǒng)。
因此，我們的意圖是本發(fā)明只受由權(quán)利要求所述的限制。
權(quán)利要求
1.一種通訊系統(tǒng)，它包含兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器，通過傳輸鏈路相連，每個(gè)調(diào)制解調(diào)器有一個(gè)用于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的輸入緩沖器，在這樣一種通訊系統(tǒng)中，其用于分配在調(diào)制解調(diào)器A和B之間傳輸鏈路的控制的方法其特征在于包括把傳輸鏈路的控制分配給調(diào)制解調(diào)器A；確定貯存在調(diào)制解調(diào)器A中的輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)量；確定為傳輸貯存在調(diào)制解調(diào)器A中的數(shù)據(jù)量所需的數(shù)據(jù)包的數(shù)目K；由A調(diào)制解調(diào)器向B調(diào)制解調(diào)器發(fā)送L數(shù)據(jù)包，其中，如果K小于IA，L等于IA；如果K大于或等于IA，則L等于K，如果K比NA大，則L等于NA，這樣，傳輸?shù)淖畲蟀鼣?shù)為IA，最小數(shù)為NA；向B調(diào)制解調(diào)器分配傳輸鏈路的控制；確定在調(diào)制解調(diào)器B的輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)容量；確定為傳輸貯存在調(diào)制解調(diào)器B的緩沖器中的數(shù)據(jù)容量所需的數(shù)據(jù)包數(shù)J；從B調(diào)制解調(diào)向A調(diào)制解調(diào)器傳送數(shù)據(jù)包M，其中，如果J小于IB，則M等于J，如果J大于或等于IB，M等于J，如果J大于NB，則L等于NB，這樣，傳輸?shù)淖钚“鼣?shù)為IB，最大包數(shù)為NB；其中在A和B調(diào)制解調(diào)器之間的控制的分配取決于貯存在A和B調(diào)制解調(diào)器的輸入緩沖器的數(shù)據(jù)的容量。
2.在一個(gè)包括兩個(gè)由一傳輸鏈路連接的調(diào)制解調(diào)器的這種類型的通訊系統(tǒng)中，每個(gè)調(diào)制解調(diào)器有一個(gè)用于貯存要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的輸入緩沖器，在上述系統(tǒng)中，一個(gè)用于分配在調(diào)制解調(diào)器A和B中的傳輸鏈路的控制的系統(tǒng)包括用于把傳輸鏈路的控制分配給調(diào)制解調(diào)器A的裝置;用于確定為傳輸貯存在調(diào)制解調(diào)器A中的輸入緩沖器的數(shù)據(jù)容量所需的數(shù)據(jù)包數(shù)目目的裝置;用于從調(diào)制解調(diào)器A向調(diào)制解調(diào)器B傳送L數(shù)據(jù)包的裝置，其中如果K小于IA，則L等于IA，如果K大于或等于IA，但小于NA，則L等于K，如果K是大于NA，則L等于NA，這樣，傳輸?shù)淖钚“鼣?shù)為IA，而最大為NA;用于向調(diào)制解調(diào)器B分配傳輸鏈路控制的裝置;用于確定在調(diào)制解調(diào)器B的輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)容量的裝置;用于確定為傳送貯存在B調(diào)制解調(diào)器中的數(shù)據(jù)容量所需的數(shù)據(jù)包數(shù)J的裝置;用于從B調(diào)制解調(diào)器向A調(diào)制解調(diào)器發(fā)送M數(shù)據(jù)包的裝置，其中如果J小于IB，則M等于IB，如果J大于或等于IB，但小于NB，則M等于J，和如果J大于NB，L等于NB從而傳輸?shù)淖钚“鼣?shù)為IB，最大包數(shù)為NB，其中在調(diào)制解調(diào)器A和B間控制的分配取決于貯存在A和B調(diào)制解調(diào)器的輸入緩沖器的數(shù)據(jù)容量。
全文摘要
一種高速調(diào)制解調(diào)器，它通過電話線發(fā)送和接收一載頻集的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。該調(diào)制解調(diào)器包括在載波之間可變地分配數(shù)據(jù)和功率，以便補(bǔ)償?shù)刃г肼暫褪箶?shù)據(jù)速率最大的系統(tǒng)。此外，也介紹不需要一個(gè)均衡網(wǎng)絡(luò)、可自適應(yīng)地分配信道的控制和可跟蹤線上參數(shù)變化的系統(tǒng)。
文檔編號H04L1/20GK1048775SQ9010497
公開日1991年1月23日 申請日期1986年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1985年5月20日
發(fā)明者迪克·胡斯·哈托格斯 申請人:泰利比特公司