專利名稱：使用頻譜成型在無線通信系統(tǒng)上增加數(shù)據(jù)傳輸速率的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明背景本發(fā)明領域本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，且特別是一個模擬蜂窩通信設備內增加數(shù)據(jù)傳輸速率的裝置和方法。相關技術描述無線通信系統(tǒng)已經(jīng)成為專用網(wǎng)，商務和政府領域中整個通信網(wǎng)絡的一個重要部分。無線通信系統(tǒng)提供許多較有線或其它通信系統(tǒng)明顯優(yōu)勢。最明顯的，無線通信技術本質上提供較有線系統(tǒng)更大的靈活性，它典型地在單一地理位置提供通信訪問。但是，當前的無線通信系統(tǒng)亦有許多明顯的限制。也許對當前無線通信系統(tǒng)最嚴重的限制是能夠通過無線通信被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的限制。
許多無線頻帶目前用于無線通信系統(tǒng)。例如，蜂窩頻帶，公安頻帶，火警頻帶和軍用頻帶，商務頻帶等等。雖然將參考模擬蜂窩通信頻帶描述本發(fā)明，但應理解當前發(fā)明的思想適用于所有無線頻率傳輸。
在無線通信系統(tǒng)中觀察到的對數(shù)據(jù)傳輸速率的限制對于模擬蜂窩通信系統(tǒng)尤為普遍。當調制解調器可能用于9600比特每秒的調制速率時，實際的吞吐量典型地只能獲得200--400字符每秒(與建議的9600BPS速率時960字符/秒形成對照)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中展示的較低吞吐量是由于鏈路層差錯和分組重傳。對于上一個可獲得的BPS調制速率的一個實例，參考出版在[COMMUNICATIONS WEEKLY]1993年7月5日的標題為“蜂窩傳輸新協(xié)議”的文章。
理想地，為了使無線通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通信領域中成為有線系統(tǒng)的一個有生命力的替代選擇，無線頻率通信系統(tǒng)上數(shù)據(jù)吞吐量速率應當是或接近有線系統(tǒng)中可獲得的數(shù)據(jù)吞吐量速率。當前，無論如何，蜂窩和其它無線頻率通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量速率明顯地低于有線通信系統(tǒng)中可獲得的數(shù)據(jù)吞吐量速率。進而，雖然在模擬蜂窩通信系統(tǒng)中增加最大數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)得到明顯進展，但目前最大數(shù)據(jù)傳輸速率仍低于某些數(shù)據(jù)通信應用所需的速率。特別地，許多與圖形有關的數(shù)據(jù)傳輸應用要求超過9600BPS的比特率才能適用于商業(yè)使用和其它重要應用。例如，一個使用一蜂窩調制解調器向一個急救車(諸如救火車)傳送圖形圖象的涉及蜂窩數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?，因此，例如，一個燃燒建筑物的樓層圖和其它重要信息，可以在搬運時被急救人員獲取。假如圖形信息以過低速率被傳輸，有用的信息不可能及時地到達急救人員以派用處。除了緊急應用外，增加數(shù)據(jù)傳輸速率對于實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)文件將被以合理的時間和合理的成本傳輸?shù)南到y(tǒng)是重要的。例如，參見出版在[COMPUTERWORLD]雜志1993年6月28日的標題為“所需的更好移動網(wǎng)絡基礎結構”的文章。這樣，存在著多種應用，為了這些通信系統(tǒng)有生命力需要增加其環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明概要本發(fā)明提供了一個改進了的蜂窩通信系統(tǒng)，它使無線系統(tǒng)上的最大可用數(shù)據(jù)傳輸速率接近于傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)的可用值(如，約2000字符/秒)。本發(fā)明者已經(jīng)認識到在當前模擬蜂窩通信系統(tǒng)中的一個限制，利用一定的普遍采用的調制技術妨礙準確的數(shù)據(jù)傳輸。當前的發(fā)明補償了這一限制并提供了較以前可能的最大數(shù)據(jù)傳輸速率明顯增加的數(shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明的一個方面是增加一個模擬無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量的裝置，此處無線通信系統(tǒng)包括一個具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器及一個具有去加重功能的接收器。本發(fā)明的裝置包括一個位于發(fā)送器端輸入處的去加重器。去加重器具有頻譜成形特征，它基本上與發(fā)送器中預加重功能的頻譜成形特征相反，因此去加重器基本上取消了發(fā)送器中預加重功能的影響。一個后加重器位于接收器輸出端。后加重器具有與接收器中去加重功能相反的頻譜成形特征，因此后加重器基本上取消了接收器的去加重功能的影響。
本發(fā)明的另一個方面是基本上消除作為振幅調制與相位調制，頻率調制或在無線通信系統(tǒng)中發(fā)送的多頻率的組合的編碼的數(shù)據(jù)信號的振幅失真的裝置。通信系統(tǒng)包括具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器，及進而包括一個具有去加重功能的接收器。發(fā)送器發(fā)送信號到接收器。本發(fā)明的裝置包括一個位于發(fā)送器中的去加重器，它頻譜成形數(shù)據(jù)信號并提供經(jīng)頻譜成形的數(shù)據(jù)信號作為將要被發(fā)送到接收器的發(fā)送器的輸入。一個后加重器位于接收器中，它接收來自接收器的信號并將收到的信號頻譜成形，以恢復數(shù)據(jù)信號。
本發(fā)明的另一個方面是消除具有作為振幅調制與相位調制，頻率調制，或多頻率組合的編碼信息的數(shù)據(jù)信號的振幅失真的方法。被編碼的數(shù)據(jù)信號在無線通信系統(tǒng)中被傳輸，該系統(tǒng)包括一個具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器及一個具有去加重功能的接收器。該方法包括在輸入數(shù)據(jù)到發(fā)送器前頻譜成形數(shù)據(jù)信號，以抵消被發(fā)送器中預加重功能執(zhí)行的頻譜成形的步驟。本方法進而包括頻譜成形數(shù)據(jù)信號，以抵消被接收器中去加重功能執(zhí)行的頻譜成形的步驟。
本發(fā)明的另一個方面是增加在具有發(fā)送器和接收器的模擬無線通信系統(tǒng)內被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息吞吐量速率的方法。發(fā)送器具有預處理加重功能和限幅功能，且接收器具有去加重功能。該方法包括確定正被發(fā)送的是話音還是數(shù)據(jù)的步驟，及如果數(shù)據(jù)正在被發(fā)送的話允許限幅器補償功能。限幅器補償功能的運作導致發(fā)送器中限幅器功能的有效增益保持常數(shù)。
本發(fā)明的另一個方面是增加在具有發(fā)送器和接收器的模擬無線通信系統(tǒng)內傳送的數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的方法，此處發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能。本方法包括數(shù)據(jù)信息信號處理步驟，如果限幅功能的有效增益為常數(shù)在接收器處產(chǎn)生基本上與出現(xiàn)在接收器處的信號相同的輸出信號。
本發(fā)明的另一個方面是增加在具有發(fā)送器和接收器的模擬無線通信系統(tǒng)內發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的方法，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能。本方法包括當所傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)時旁路限幅功能的步驟。
本發(fā)明的另一個方面是一個增加在具有發(fā)送器和接收器的模擬無線通信系統(tǒng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息吞吐量速率的裝置，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能。本裝置包括限幅器補償功能，每當在無線通信系統(tǒng)上傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)信息時它維持限幅功能的增益恒定。
本發(fā)明的另一個方面是增加在具有發(fā)送器和接收器的模擬無線通信系統(tǒng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息吞吐量速率的裝置，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能。本裝置包括一個位于發(fā)送器的去加重器，它取消發(fā)送器內每當數(shù)據(jù)在通信系統(tǒng)上被傳輸時被使能的預加重功能的影響。本裝置進而包括一個位于接收器的后加重器，它取消接收器內每當數(shù)據(jù)在通信系統(tǒng)上傳輸時被使能的去加重功能的影響。
當前發(fā)明的另一個方面是降低通過進行話音和數(shù)據(jù)信號通信的無線通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號中振幅失真的裝置，其中通信系統(tǒng)包括具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器，及包括一個具有去加重功能的接收器。發(fā)送器發(fā)送信號至接收器。本裝置包括一個導頻信號發(fā)生器，它產(chǎn)生一個恒定的振幅，恒定的頻率導頻音調，和一個合成器電路來組合數(shù)據(jù)信號和導頻音調以形成一個具有一數(shù)據(jù)部分和一監(jiān)控部分的合成信號。合成信號被提供作為到發(fā)送器的一個輸入，這樣由于合成信號中的導頻分量，發(fā)送器內限幅功能的增益被維持恒定。本裝置進而包括一個濾波器，它從接收器接收一個接收器輸出信號并濾出接收器從發(fā)送器收到的合成信號中的導頻分量。較可取的，濾波器是一個具有在導頻音調頻率處陷波的陷波濾波器。
本發(fā)明的另一個方面是改善通過一根電話線路連接到中心局的一調制解調器的數(shù)據(jù)傳輸特性的方法。電話線的頻譜特性可能因呼叫而變化，且由調制解調器傳輸?shù)男盘柕念l譜特性可以不同。本方法包括從調制解調器到中心局傳輸一一次信號的步驟。一次信號包含一一次頻率和一一次發(fā)送振幅。本方法包括從調制解調器到中心局發(fā)送一二次信號的另一步驟。二次信號包含一大于一次頻率的二次頻率和一個二次發(fā)送振幅。本方法包括由調制解調器從中心局接收一一次響應的步驟。一次響應包含相應于一次發(fā)送振幅的一次接收振幅和進而對一次頻率處電話線衰減特性的響應。本方法進而包括由調制解調器從中心局接收二次響應的步驟。二次響應包含對二次發(fā)送振幅的二次接收振幅及進而在二次頻率處電話線衰減特性的響應。本方法包括基于一次接收振幅和二次接收振幅計算一次和二次頻率間頻率滾降的步驟。本方法包括調整由調制解調器發(fā)送的信號的頻譜特性以補償頻率滾降的步驟。較可取的，在按照本發(fā)明的這一方面的方法中，一次和二次發(fā)送振幅基本上是相等的。
本發(fā)明的另一個方面是調整通過一通信鏈路向第二調制解調器發(fā)送數(shù)據(jù)信號的第一調制解調器的頻譜特性的方法，其中，至少一部分通信鏈路包括一具有未知頻譜特性的電話線。數(shù)據(jù)信號包括至少一載波信號的振幅和相位調制。振幅和相位調制形成了第二調制解調器處的信號星座，此處信號星座上預確定的點表示二進制數(shù)據(jù)的組合。預確定點在非理想的通信鏈路頻譜特性中具有變化的相位和振幅。本方法包括測量第二調制解調器處的信號星座的眼質量的步驟。眼質量是一個表示二進制數(shù)據(jù)組合的信號星座上的受測點與二進制數(shù)據(jù)組合的信號星座的理想點的頻偏的測量的值。本方法包括從第二調制解調器向第一調制解調器通信眼質量值的步驟，及在監(jiān)視來自第二調制解調器的眼質量值時調整從第一調制解調器向第二調制解調器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號的頻譜特性的步驟。本方法進而包括選擇從第一調制解調器向第二調制解調器所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號的頻譜特性的步驟，它導致一更好的眼質量值。較可取的，更好的眼質量值是在調整頻譜特性時，由第二調制解調器所測量的最高眼質量值。
本發(fā)明的另一個方面是補償由第一調制解調器從第二調制解調器通過一模擬通信鏈路收到的數(shù)據(jù)信號的頻譜特性的方法。數(shù)據(jù)信號包括至少一個載波信號的振幅和相位調制。振幅和相位調制組成了第二調制解調器處的信號星座，此處信號星座上預確定的點表示二進制數(shù)據(jù)的組合。信號星座包括具有變化的相位和振幅的點，它不同于第二調制解調器和第一調制解調器間的通信鏈路的非理想頻譜特性的預確定點的相位和振幅。非理想的頻譜特性包括數(shù)據(jù)信號部分的非線性振幅限幅。本方法包括在第一調制解調器處生成數(shù)據(jù)信號星座以提供具有相應振幅和相位的第一多個數(shù)據(jù)點的步驟，并檢測被包括在具有與預確定點基本不同的幅度的第一多個點中的第二多個點，以指示生成第二多個點的數(shù)據(jù)信號的振幅已經(jīng)被非線性限幅。本方法包括對使用來自被包含在第一多個點中，但未包含在第二多個點中的第三多個點的振幅測量計算第一調制解調器頻譜成形特性的步驟，并修正第一調制解調器的頻譜成形特性，以使第三多個點的相位和振幅更接近于相應的預定點的相位和振幅。較可取的，計算頻譜成形特性的步驟進而包括將第二多個點之一的振幅乘以一個按照第二多個點之一與一個預定點之間的相位變化而變化的因子，以生成修正過的幅度的步驟。修改過的振幅用于計算頻譜成形特性。
本發(fā)明的另一個方面是在第一調制解調器的數(shù)據(jù)信號星座中建立振幅門限的方法，該調制解調器通過一模擬通信鏈路從第二調制解調器接收數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號包含至少一個載波信號的振幅和相位的調制。振幅和相位調制形成了第一調制解調器處的數(shù)據(jù)信號星座，此處數(shù)據(jù)信號星座上的預確定點表示二進制數(shù)據(jù)的組合。第一調制解調器建立具有相象相位和不同振幅的點之間的數(shù)據(jù)信號星座上的多個振幅門限，此處具有小于門限之一的振幅的點被調制解調器認為是一第一數(shù)據(jù)組合，且此處具有大于門限之一的振幅的點被認為是第二數(shù)據(jù)組合。多個振幅門限基本上處于相象相位處的相臨點振幅之間。數(shù)據(jù)信號星座包括在通信鏈路的非理想頻譜特性情況下，具有不同于預確定點的相位和振幅的可變相位和振幅的點。非理想頻譜特性包括數(shù)據(jù)信號的部分的非線性振幅限幅。本方法包括對已知的具有可預測振幅和相位變化的數(shù)據(jù)組合測量振幅和相位變化，并確定對于每一個相位變化的每一個可預測振幅的測量振幅范圍的步驟。本方法進而包括為每一個可預測的預定振幅建立一相應的新門限的步驟，因此該新的門限值低于可預測的預確定振幅的測量振幅的范圍的下限，并高于在較低的可預測的預確定振幅處的一相臨點的測量振幅范圍的上限，且每當收到來自第二調制解調器的未知數(shù)據(jù)時，使用新的門限值確定未知數(shù)據(jù)代表哪一個預確定點。
當前發(fā)明的另一個方面是在信號星座中辨別數(shù)據(jù)點的方法。信號星座在各種相位和振幅中具有理想的點。信號星座具有一個依賴發(fā)送調制解調器和接收調制解調器間數(shù)據(jù)交換速率的配置。發(fā)送調制解調器和接收調制解調器在具有非理想特性的通信鏈路上通信，它導致數(shù)據(jù)點與理想點的振幅偏離。本方法包括建立具有相應于較小和較大振幅的內部和外部理想點的信號星座配置的步驟，相應地，在各種相位角處，并且從發(fā)送調制解調器到接收調制解調器的發(fā)送具有相位和振幅特性的數(shù)據(jù)。本方法進而包括在信號星座中對基于相位和振幅特性的數(shù)據(jù)分配數(shù)據(jù)點位置，且測量數(shù)據(jù)點與理想點的振幅偏離的步驟。本方法包括基于數(shù)據(jù)點與內部和外部點之間的測量幅度偏離，動態(tài)調整內部和外部點之間的幅度門限值，以生成調整的門限值，并基于動態(tài)調整的門限，分配輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點至理想的星座點。較可取的，選擇每一個被動態(tài)調整的門限，這樣相應的理想內部點和門限的振幅差與門限和相應的外部點的振幅差間的比率基本上等于一測量內數(shù)據(jù)點和理想內點間標準偏離與測量外數(shù)據(jù)點和理想外點間的標準偏離比率。亦即，較可取地，測量振幅偏離的步驟包括，從發(fā)送調制解調器向接收調制解調器發(fā)送已知數(shù)據(jù)的步驟，因此理想內點和理想外點是可預測的。
本發(fā)明的另一個方面是對由第一調制解調器從第二調制解調器通過一模擬通信鏈路收到的數(shù)據(jù)信號的變化頻譜特性的補償方法，此處數(shù)據(jù)信號包括至少一載波信號的振幅和相位調制。振幅和相位調制形成了在第一調制解調器處的信號星座，此處信號星座上的預定點代表二進制數(shù)據(jù)的組合。信號星座包含外點和內點。外點具有大于內點的振幅。信號星座包括具有變化相位和振幅的點，在第二調制解調器和第一調制解調器間通信鏈路出現(xiàn)非理想頻譜特性時，它不同于預定點的相位和振幅。非理想頻譜特性包括數(shù)據(jù)信號部分的非線性振幅限幅。本方法包括在第一調制解調器處生成數(shù)據(jù)信號星座以提供具有相應振幅和相位的數(shù)據(jù)點的第一多點的步驟。第一多點包括內點和外點。本方法進而包括識別第一多點的第二多點的步驟。第二多點包括由于相位變化比所選相位變化大而產(chǎn)生的選定的外點。第二多點具有可能已經(jīng)被限幅的振幅。本方法包括識別第三多點的步驟。第三多點包括在第一多點中，但不包括在第二多點中的點。本方法對第三多點執(zhí)行自動均衡。這樣基本上沒有被第二多點影響而進行自動均衡。
圖的簡略描述

圖1是一系統(tǒng)方塊圖，它簡單地表示了與一傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)有關的波形和功能系統(tǒng)塊。
圖2是一個簡化的概括圖，它表示了在數(shù)據(jù)傳輸期間連接的一傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)的主要結構部件。
圖3是一個系統(tǒng)方框圖，它圖解地展示了與一按照當前發(fā)明的思想提供一限幅器旁路機制的蜂窩通信系統(tǒng)有關的波形和功能系統(tǒng)塊。
圖4是一個系統(tǒng)方框圖，它圖解地展示了與一按照當前發(fā)明構成的改進后的蜂窩數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有關的波形和功能系統(tǒng)框。
圖5A和圖5B是概括圖，它詳細描述了在包括去加重電路和后加重電路的一電路的實際實施例中所使用的具體電路。
圖6是一個簡化的概括圖，它代表了按照當前發(fā)明的闡述而構成的一模擬蜂窩通信系統(tǒng)的一實施例的主要的結構部件。
圖7是一個圖解圖，它展示了按照當前發(fā)明一實施例修改的一調制解調器的內部電路。
圖8是一個系統(tǒng)方塊圖，它圖解地展示了與當前發(fā)明的一導頻信號實施例有關的波形和功能系統(tǒng)框。
圖9解釋了當前發(fā)明按照操作，以降低由預加重和限幅導致的失真的IS-19規(guī)范書的一蜂窩發(fā)送器的替代表示。
圖10解釋一示有一控制處理器，一數(shù)字信號處理器和一可選CODEC的典型傳真調制解調器的方塊圖。
圖11解釋了一4800比特/秒的調制解調器的典型信號星座。
圖12解釋了一按照當前發(fā)明的傳真調制解調器與一電話中心局間連接的方框圖，展示了在兩個頻率上向中心局傳輸信號和從中心局接收回響。
圖13解釋了實現(xiàn)發(fā)送器端頻譜成形的當前發(fā)明的一實施例的流程圖。
圖14解釋了實現(xiàn)發(fā)送器端頻譜成形的當前發(fā)明的第二實施例的流程圖。
圖15解釋了一典型的16點信號星座，它展示了在收到的頻譜中點的偏離。
圖16解釋了圖15的16點信號星座，展示了由振幅誤差導致的計算收到的點中的錯誤。
圖17解釋了在與一模擬無線通信系統(tǒng)結合使用時，在接收調制解調器處實現(xiàn)改進的自動均衡的當前發(fā)明的一實施例的流程圖。
圖18解釋了圖17本發(fā)明的一替代實施例的流程圖，此處對一當前收到的數(shù)據(jù)點的相位和振幅的每一個測量執(zhí)行系數(shù)計算程序。
圖19解釋了一典型的信號星座，此處中間和外點的振幅具有明顯的振幅變化。
圖20解釋了一理想的信號星座，此處振幅門限電平被選定為近似星座的理想點間的中央。
本發(fā)明的簡要描述當前系統(tǒng)和方法的發(fā)明者已經(jīng)認識到傳統(tǒng)的蜂窩話音通信系統(tǒng)中嚴重約束一個普通蜂窩通信信道的數(shù)據(jù)比特率容量的限制。該限制當前蜂窩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率的問題，及當前發(fā)明思想所提供的通用解決方案將參考圖1被概括和討論。
圖1是表示一傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)100中傳輸?shù)牟煌A段期間的數(shù)據(jù)通信信號的圖形。如圖1所示，為了最大化數(shù)據(jù)承載能力，數(shù)據(jù)傳輸信號110典型地采用振幅和頻率或相位兩者調制技術對信息編碼。如當前技術中熟知的，該技術叫做正交振幅調制(QAM)。雖然信號110被描述為一相位編碼信號，應當理解當前發(fā)明亦適用于同時被編碼到多個不同載波頻率的振幅調制的信號。這樣，振幅和相位調制的參考也可以被理解為指振幅和其它頻率，相位的組合，或多個載波頻率調制技術。當前使用大量的QAM調制技術，諸如V.32，V.32bis，V.29，和根據(jù)相位和振幅兩者的其它調制。這些振幅值和相位差被解釋為數(shù)據(jù)比特(如二進制數(shù)1和0)。應當理解信號110為了便于解釋而被簡化，且可能沒有相應于當前調制技術中使用的實際編碼數(shù)據(jù)信號。進而，數(shù)據(jù)擾頻技術典型地與大多數(shù)高容量數(shù)據(jù)調制技術相聯(lián)系，因此任何給出的波形不總是代表同樣的比特碼型。
大多數(shù)高容量數(shù)據(jù)調制技術的共性是相位和振幅調制的組合。在某些最近的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中，可以使用振幅調制對幾個比特編碼。例如，在分組化封裝協(xié)議(PEP)調制中，允許高達23,000比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，此處應用的技術是在數(shù)據(jù)傳輸期間512個分離的載波同時被使用，且為每一個載波頻率定義多達七個振幅電平，作為編碼數(shù)據(jù)的方法。這樣，每當采用這樣的高容量數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議時，在接收端提供準確的振幅檢測是重要的。在這些系統(tǒng)中未能準確地辨別電壓振幅電平導致不可接受的誤碼率。當前系統(tǒng)和方法的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)以使數(shù)據(jù)信號的振幅分量失真的方式操作，且從而有損于高數(shù)據(jù)容量協(xié)議的利用。
傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)被設計為在無線頻率信道上傳輸語音信息。為了降低通信期間的噪聲影響，這些系統(tǒng)相應地在發(fā)送和接收端包括預加重和去加重功能。典型地，源于話音通信中噪聲的干擾被感覺為高頻段的咝咝聲。這樣，為了增加這一頻率范圍的信噪比，被發(fā)送的信號在高頻率段被預加重，且隨后在接收端在同樣的頻率段中被去加重。這一預加重技術導致高頻率噪聲的降低，且因此改善了話音質量。
圖1展示了在數(shù)據(jù)信號傳輸期間所執(zhí)行的主要頻譜成形步驟。數(shù)據(jù)信號110，它被振幅和相位調制方法編碼，首先輸入預加重器130。如圖1的描繪，信號110被離散量進行振幅和相位編碼，因此沒有含糊的電壓電平或相位偏移。預加重器130放大信號110的高頻部分以產(chǎn)生輸出信號140。預加重的信號140輸入一壓縮器或限幅器150。在許多蜂窩通信系統(tǒng)中，壓縮器和限幅器150，連同擴展器電路160，包括一個壓擴器電路，它對于信號140的動態(tài)范圍的壓縮和后續(xù)擴展具有可變的增益。限幅功能可被壓擴器或被外部電路執(zhí)行。為了下列描述的目的，限幅器150應當被理解為限幅和壓縮功能的結合。為了滿足蜂窩工業(yè)標準的要求，限幅器150典型地具有2∶1的壓縮系數(shù)，如同當前技術所熟知的。
限幅器150執(zhí)行此處描述的雙重功能。首先，限幅器150提供動態(tài)范圍壓縮以增加低電壓信號的信噪比，如當前技術中熟知的。其次，提供限幅器150對具有超過建立的門限電平的振幅的信號進行補償。每當一數(shù)據(jù)信號被調制到一FM模擬蜂窩系統(tǒng)中的一載波頻率上，數(shù)據(jù)信號的振幅隨載波頻率的變化被編碼。信號振幅越大，頻率變化越大。由于蜂窩系統(tǒng)的每一個信道具有一分配的頻帶，載波信號不超過這一帶寬是重要的，以避免干擾鄰近信號。因此，蜂窩通信系統(tǒng)必須確保被發(fā)送的信號的振幅低于給定振幅。由于在話音通信中典型地被遇到的大的和突發(fā)變化，傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)包括限幅器功能(有時作為壓縮放大器實現(xiàn))。提供限幅器電路150，因此每當諸如一個人突然喊叫時，被發(fā)送信號的振幅不超過所允許的振幅門限(在V2情況下)。限幅器電路150檢測輸入信號140的電壓電平，并調整它自己的增益以降低信號140的振幅，因此輸出信號155具有小于或等于所允許門限振幅的最大輸出電壓。這樣，被預加重到門限電壓V2以上的數(shù)據(jù)信號140的高頻部分被限幅，或削波，如輸出信號155所示。限幅器電路150的影響在話音通信中基本上是感覺不到的，但對在蜂窩系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸有明顯的損害。
限幅器150的雙重功能可以被許多不同的典型地涉及使用壓縮，削波，或類似方法的限幅的電路方案完成。無論如何，限幅器150的總體振幅失真的影響對限幅器150的各種實現(xiàn)基本上保持失真相同，因此，當前發(fā)明的思想可普遍適用于限幅器電路150的幾乎所有這樣的實現(xiàn)。
雖然在圖1的輸出信號155中未被表示，限幅器150具有3毫秒的標稱上升時間和13.5毫秒的恢復時間，如同工業(yè)標準所強制的。因此，如果限幅器電路150的增益連續(xù)變化，緊跟限幅器一突發(fā)增益變化，(例如13.5毫秒內)數(shù)據(jù)信號中可能發(fā)生明顯的振幅失真。因此，希望維持一個近乎恒定的限幅器增益。
一旦信號155離開限幅器155，信號155被調制到載波信號上(圖1中未表示)，且被發(fā)送到具有擴展器電路160的接收器。擴展器電路160執(zhí)行限幅器150的互補操作。即，擴展器160用擴展因子2∶1增加信號155的動態(tài)范圍，如同當前技術所熟知的。因為在輸出信號165中可以被看到，無論如何，擴展器160不對信號155的被削波高頻部分補償，因此信號165的高頻部分在門限電壓保持被削波。信號165輸入到一去加重電路170。
去加重器電路170衰減信號165的高頻部分，以輸出一收到的信號180?？梢詮膫鬏?shù)慕Y果看到，原有信號110的振幅部分已經(jīng)被失真，因此信號180的高頻部分具有一模糊電壓振幅V3。由于接收調制解調器評估信號180的振幅，以確定被信號180編碼的部分比特碼型，在此導致一模糊電壓電平的振幅失真可能導致一錯誤比特的檢測，或調制解調器故障。這樣，采用傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)100，每當數(shù)據(jù)以一依靠準確的振幅辨別的調制格式被發(fā)送時，差錯存在于被編碼的數(shù)據(jù)比特結果中。
在這個系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的主要困難是限幅器150具有一可變增益，它有時在被編碼的數(shù)據(jù)信號110中引入嚴重的振幅失真。由于限幅器150的增益為輸入電壓振幅的函數(shù)，傳統(tǒng)的放大電路不能補償限幅器150引入的振幅失真。按照本發(fā)明的思想，為了補償數(shù)據(jù)傳輸期間限幅器150引入的振幅失真建議了幾個設備和方法。
圖2是一簡化了的方框圖，它代表了大多數(shù)模擬蜂窩通信系統(tǒng)200中的主要結構部件。蜂窩通信系統(tǒng)200包括一便攜計算機205，它可以包括多種外設，例如硬盤存儲器單元，打印機，等等(未給出)。在一實施例中，計算機205包括一IBM PC兼容膝上型計算機。計算機205通過一通信鏈路208與一傳真調制解調器210通信。傳真調制解調器210可能，例如，被具體實現(xiàn)作為一臺AT&T Paradyne“Keep-in-Touch”調制解調器，或一臺MICROCOM的微端口調制解調器。在本技術領域的一般技術人員將理解，傳真調制解調器210也可包括一數(shù)據(jù)調制解調器，一傳真調制解調器或一傳真和數(shù)據(jù)調制解調器的組合構成。傳真調制解調器210通過線路212連接到電話接口215。電話接口215可能被具體實現(xiàn)為一蜂窩連接接口，可從MOTOROLA獲得。通過一鏈路218接口215連接到蜂窩電話220。蜂窩電話220可能，例如，包括一Micro-Tac的蜂窩電話，可從MOTOROLA獲得。
蜂窩電話220通過無線傳輸鏈路223與一蜂窩小區(qū)225通信。蜂窩小區(qū)225包括接收電路，例如獲得話蜂窩電話220發(fā)送的話音或數(shù)據(jù)信息的蜂窩無線裝置(未給出)。蜂窩小區(qū)225通過一T-1傳輸鏈路228將獲得的信息傳給蜂窩交換系統(tǒng)235，例如，它可能包括一陸線或一微波鏈路。蜂窩交換系統(tǒng)235可以通過線路238直接連接到調制解調器組240，并隨后通過線路241連接到公共交換電話網(wǎng)(PSTN)245。蜂窩交換系統(tǒng)235可能通過線路243直接發(fā)送信息到PSTN 245，或首先發(fā)送信息到調制解調器組240，隨后240通過線路241轉發(fā)信息到PSTN 245。
PSTN 245通過通信鏈路246與中心局247通信。中心電話局247可能執(zhí)行一定的維護和監(jiān)控操作。中心電話局247通過線路248連接到一傳真調制解調器255，或直接通過線路263到傳真機265。與調制解調器210一樣，傳真調制解調器255在一實施例中包括一AT&T Paradyne“Keep-in-Touch”調制解調器，或一MICROCOM的微端口調制解調器。相似地，傳真調制解調器255也可能包括一數(shù)據(jù)調制解調器，一傳真，或一傳真和數(shù)據(jù)調制解調器的組合。也許是單一調制解調器(或架式調制解調器)的傳真調制解調器通過通信鏈路258連接到計算機260。計算機260也包含多種計算機之一，例如一IBM PC或膝上型計算機，而傳真機265在一實施例中可能包括一富士通的DEX720。
在操作中，蜂窩通信系統(tǒng)200提供便攜計算機205和計算機260間的雙向通信。計算機205存儲數(shù)據(jù)文件和執(zhí)行程序。計算機205也具有合適的接口協(xié)議，它允許與傳真調制解調器210接口。在一實施例中，傳真調制解調器210在計算機205內部，或連接到母板上，或連接到PCMCIA槽。在另一個實施例中，調制解調器210是外部的，且RS232串行端口被用于連接計算機205與傳真調制解調器210。傳真調制解調器210將計算機205輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)轉換到適用于在模擬蜂窩電話通信鏈路上傳輸?shù)哪M數(shù)據(jù)。傳真調制解調器210也將輸入的模擬數(shù)據(jù)轉換到適用于作為計算機205輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)。傳真調制解調器210發(fā)送模擬數(shù)據(jù)到電話接口215，它提供插塞和振鈴功能以使蜂窩電話220象一普通電話線路(如接口215提供一撥號音，等等)。
蜂窩電話220包括包含諸如圖1所描述的那些預加重功能和限幅器功能的無線發(fā)送器電路。蜂窩電話220發(fā)送一模擬數(shù)據(jù)無線信號至本地蜂窩小區(qū)(即蜂窩小區(qū)225)。蜂窩小區(qū)225接收電話220提供的信號并利用可能是一有線或微波的T-1鏈路向蜂窩交換系統(tǒng)235發(fā)送這一信號。蜂窩交換系統(tǒng)235是移動電話交換局(MTSO)的一部分，且執(zhí)行信道路由選擇功能，等等。在正常操作期間，蜂窩交換系統(tǒng)通過通信鏈路243向PSTN245發(fā)送通信信號。但是，可選地，蜂窩交換系統(tǒng)235向調制解調器組240發(fā)送通信信號，其中調制解調器和傳真數(shù)據(jù)翻譯操作，及存儲和轉發(fā)功能可能被執(zhí)行。一旦通過交換網(wǎng)絡235或調制解調器組240給PSTN245提供通信信號，PSTN245以數(shù)字格式向中心局247發(fā)送通信信號。中心局247執(zhí)行本地呼叫路由選擇操作及執(zhí)行數(shù)模轉換。通信信號或路由選擇到調制解調器255或直接到傳真機265。如果信號被發(fā)送到調制解調器255，隨后調制解調器255發(fā)送信號至計算機260，供進一步處理和顯示。
應當注意如果話音信息將被通信，諸方將簡單地使用電話220，且電話(未給出)連接到接收端。進而，應當理解，雖然計算機205和計算機260間的數(shù)據(jù)通信被描述為單向(從計算機205至計算機260)，系統(tǒng)200允許雙向通信。最終，本領域的一般技術人員應認識到，蜂窩通信系統(tǒng)200的一邊或雙邊可以作為一蜂窩發(fā)送器/接收器來被具體實現(xiàn)。這樣，通過蜂窩通信系統(tǒng)200，二進制數(shù)數(shù)據(jù)和其它信息可以通過無線傳輸被傳輸?shù)揭挥嬎銠C和/或傳真機設備，或被計算機或傳真設備接收。
按照當前發(fā)明，對限幅器150產(chǎn)生的振幅失真的補償可以通過幾種技術在蜂窩通信系統(tǒng)200沿途的多個不同位置實現(xiàn)。用于補償限幅器150產(chǎn)生的振幅失真的每一種技術最終期望同一目的。也就是，修改通信信號或限幅器150，使限幅器150的凈效應產(chǎn)生一維持整個數(shù)據(jù)傳輸恒定的增益。
當前發(fā)明主動地保持了一有效的恒定限幅器增益。首先，當前發(fā)明的一實施例，如圖3所示，響應(手動或自動地)通過無線頻率發(fā)送的數(shù)據(jù)信息檢測并啟動使無效或旁路電路190，192，以相應地旁路限幅器150和擴展器160。限幅器150在數(shù)據(jù)傳輸期間是不需要的，因為數(shù)據(jù)信號的振幅在傳輸中基本恒定。當然，可能需要在旁路電路190，192中插入一恒定增益衰減電路，以補償預加重電路130導致的高頻放大。完成后續(xù)的同樣結果的第二種方法是設置，或鎖定，限幅器電路150的增益至一恒定電平，以響應一輸入數(shù)據(jù)信息信號的檢測。雖然這些是相當直接了當?shù)慕鉀Q方案，由于要求蜂窩電話220的內部電路被修改，及小區(qū)位置225也被改變，在一些應用中這些解決方案可能未被實際實現(xiàn)。由于當前工業(yè)標準強制一限幅器電路，這可能提出明顯的問題。進而，由于大量的現(xiàn)存的蜂窩系統(tǒng)和由于制造商或蜂窩網(wǎng)絡運營商可能不愿意在所有它們的設備和顧客蜂窩電話中補充實現(xiàn)這一變化，當前發(fā)明的一較可取的實施例，隨后描述，不用修改系統(tǒng)可以被用于現(xiàn)存的系統(tǒng)。
兩者擇一地，在本發(fā)明的另一個實施例(未給出)中，只有限幅器150的限幅功能，而非限幅器150的壓縮功能，被旁路開關190關閉。在這一替換實施例中，接收器中的開關192不是必要的，因為擴展器160將仍被使用。去加重和后加重電路圖4是一按照當前發(fā)明構成的改進的蜂窩數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)300的示意圖。系統(tǒng)300包括一發(fā)送器端去加重器320，預加重電路130，限幅器150，擴展器160，接收器端去加重器170，和后加重器370。預加重電路130，限幅器150，擴展器160，和去加重器170是形成圖1所示蜂窩傳輸系統(tǒng)100部分的相同部件。
由于數(shù)據(jù)信息信號，不象話音信息信號，典型地不具有突發(fā)振幅變化，限幅器電路150的增益在數(shù)據(jù)傳輸期間可以被保持恒定，因此限幅器150沒有引入振幅失真。正如參考圖4將被描述的，有效地維持限幅器150的恒定增益的一個方法是取消預加重電路130所提供的預加重。去加重器170的影響也將被抵消以恢復原有的信號。
一個數(shù)據(jù)通信信號310，它被相位和振幅調制技術編碼(或如參考上面信號110討論的另一種組合)，輸入發(fā)送端去加重電路320。在一實施例中，去加重電路320的頻譜成形特性是這樣的，信號310的高頻分量以6DB/倍頻程的速率被衰減，以抵消按照蜂窩工業(yè)標準引入的預加重電路130的增益。例如，一個1KHZ頻率分量將較一500HZ頻率分量多衰減6DB，而一2KHZ頻率分量將較1KHZ頻率分量多衰減6DB。去加重電路320的輸出由信號330表示，具有一衰減了的高頻分量。信號330輸入具有與去加重電路320特性互補的頻譜成形特性的預加重電路130。即，預加重電路130以6DB/倍頻程的速率放大輸入信號300的高頻分量，因此1KHZ的頻率分量將較500HZ的頻率分量被多放大6DB，等等。因此，來自預加重電路130的信號340隨后具有如原有的輸入到去加重電路320的信號310相同的振幅特性。
信號340輸入到限幅器150的輸入。由于原有的信號310的最大振幅正常情況下小于或等于限幅器150所允許的最大振幅門限，限幅器150不會削波或衰減輸入的信號340。更確切地說，信號340被允許通過限幅器150，因此信號340的動態(tài)范圍被壓縮，沒有對信號340的任何部分削波。信號350代表限幅器150的輸出。
信號350隨后被調制到一載波上，并被發(fā)送到系統(tǒng)300的接收器側，如當前技術所熟知的。假設信號350傳輸?shù)浇邮掌鱾炔⑶医邮掌鱾鹊男盘?50的檢測未引入明顯振幅或相位失真，隨后同樣的信號350輸入到如圖4中下部所示的擴展器160中。擴展器160擴展信號350的動態(tài)范圍，因此來自擴展器160的輸出信號360的振幅特性隨后相同于到限幅器150的輸入信號340的振幅特性。信號360隨后進入接收器端的去加重電路170。去加重電路170具有與去加重電路320相似的頻譜成形特性，因為去加重電路170執(zhí)行與預加重電路130的互補的操作。去加重電路170輸出一已經(jīng)衰減了高頻分量的信號365。最終，信號365進入后加重電路370，它執(zhí)行接收器端去加重電路170產(chǎn)生的反向效果的功能。這樣，象預加重電路130，后加重電路370以6DB/倍頻程的速率放大輸入信號。因此，一信號380，由后加重電路370輸出，基本具有如信號360和340的相同的振幅特性，所以，如同原有的輸入信號310一樣。因此，改進的蜂窩數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)300提供了對傳輸信號的準確的振幅辨別，因此所傳輸信號的振幅和相位特性被保留。當一后加重器在規(guī)范書中被描述時，本領域或技術人員將認識到可以由自動均衡器執(zhí)行作為大多數(shù)商用高速調制解調器部件提供的相似的功能。許多這樣的自動均衡器可能不具有充分的動態(tài)范圍以完成這一功能，在這種情況下后加重電路是必要的。
值得注意的是預加重電路130和去加重電路170執(zhí)行的頻譜成形抵消導致收到信號的高頻分量內的降低了的信噪比。無論如何，在高頻段發(fā)現(xiàn)的增加了的咝咝噪聲，雖然有時在聆聽話音通信時擾人，但對數(shù)據(jù)傳輸沒有明顯的干擾。
雖然改進后的蜂窩數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)300的操作已經(jīng)作為一單向通信系統(tǒng)被描述，應當理解一個系統(tǒng)300的實際實現(xiàn)較可取的是全雙工以允許同時的雙向通信。這樣，系統(tǒng)300的每一邊將具有如圖4所示的所有部件，因為每一邊將執(zhí)行發(fā)送和接收兩種操作。
為了實現(xiàn)改進后的蜂窩傳輸系統(tǒng)300，僅僅要求在發(fā)送器邊增加去加重電路320，及在已經(jīng)使用的傳統(tǒng)的蜂窩傳輸系統(tǒng)100的接收器邊增加后加重電路370。當然，因為系統(tǒng)300是雙向的，去加重電路320和后加重電路370較可取地在信號路徑的每一個端串聯(lián)被實現(xiàn)。用于本發(fā)明一實施例中的去加重/后加重電路的總體配置圖5A和5B詳解了用于包括去加重電路320和后加重電路370的“黑盒子”電路400的一實際實施例中的具體電路。表示為圖5A和圖5B的電路400位于圖6所指示的傳真調制解調器210和蜂窩電話接口215間信號路徑沿途。相似地，接收端的互補電路(它在全雙工雙向系統(tǒng)中與發(fā)送端的電路400相同)位于中心局247和傳真調制解調器255，或傳真機265(圖6)間的線路248沿線。
由于電路400為雙向應用而制作，電路400包括向外傳輸?shù)娜ゼ又仉娐凡糠郑鼘⒈皇紫让枋?，和一個入信號的后加重電路部分，它將隨后被描述。
圖5A和5B所示電路包括輸入/輸出插座402，和一輸入/輸出插座404，它為全雙工雙向通信而提供。為了這一描述的目的，向外傳輸(那些進入電路400的去加重部分)將從插座402到插座404，而輸入信號(那些進入電路400的后加重部分)將從插座404到插座402。去加重電路部分輸入/輸出插座402通過輸入線406連接到線圈410。線圈410在變壓器408內。例如，變壓器408可能是型號為No.TY302P的市場可購買到的來自MAGNETEC-TRIAD的變壓器。這樣的變壓器從其它用于混合電話電路的來源可以從市場購得。線圈410耦合電能到線圈412且也到線圈414。如以后解釋的，線圈414在專用于全雙工雙向通信中的一混合電路中為抵消的目的而提供。
線圈412通過線路415在一端接地。線圈412的另一端通過線路416連接到電位器418。電位器418連接到電阻420而電阻又接地。在一實施例中，當電阻420具有120歐的電阻時，電位器418具有最大電阻500歐。四個電壓調節(jié)二極管422被并行連接到電位器418和電阻420形成的電壓分壓器。例如，電壓調節(jié)二極管422可能包括國家半導體和其它廠商制造的二極管，部件編號1N4004。
電位器418的可變臂，或滑動片進而連接到電容器424，在一實施例中，它是一1微法電容器。電容器424與電阻426串聯(lián)，例如它具有18,000歐的阻值。電阻426連接到一運算放大器428的倒相輸入(-)。在一實際的實施例中，運算放大器428是諸如國家半導體，MOTOROLA，SIGNETICS和其它廠商銷售的部件編號為UA1458或MC1458的器件。與電容器431并聯(lián)的電阻430連接到放大器428的倒相輸入(-)，另一端連接到放大器428的一輸出429。在一實施例中，電阻430具有56,000歐的值，而電容器431具有680皮法的值。放大器428的非倒相(+)輸入連接到偏置線路432。
偏置線路432通過由電阻434，與電容器437并聯(lián)的電阻436，和一電壓源438組成的電壓分壓器電路提供一個參考電壓。如圖5A所示，電壓源438在一實施例中是一個12-伏電壓源。電阻434和436連接在電壓源438和地之間，而偏置線432連接在電阻434和436之間。在一實施例中，電阻434和436均為10,000歐電阻，而電容器437為1微法，因此，提供在偏置線432上的電壓約為+6伏特。
運算放大器428的輸出429連接到電阻440。例如，電阻440具有4,700歐的值。電阻440串行連接到一運算放大器444的倒相輸入(-)。運算放大器444的非倒相輸入(+)也連接到偏置線432上。一個電容器446和電阻448并聯(lián)到放大器444的倒相輸入端(-)，而另一端連接到放大器444的輸出450。電容器446和電阻448的具體值可能分別為0,033微法和82,000歐。進而，運算放大器444最好由同樣的制造商提供，且具有如放大器428的相同部件編號并包括在同一IC包中。
放大器444的輸出450串行連接到電容器452。例如，電容器452可能是1微法電容器。電容器452通過線453連接到線圈454。線圈454位于變壓器455中，它最好由同一制造商以如同變壓器408的相同部件編號供應。電壓調節(jié)器二極管456跨越線圈454并行連接。線圈454通過線路457連接到電阻458。電阻458又連接到地。在一實施例中，電阻458具有620歐的值。
線圈454耦合電磁能到線圈460。線圈460通過輸出線462連接到輸入/輸出插孔404。線圈454進而耦合電磁能到變壓器455中的線圈464。被耦合到線圈464的能量供應抵消不要的信號，它經(jīng)常發(fā)生在下面要進一步解釋的全雙工雙向操作中。
連接在輸入線406和輸出線462間的電路，如圖5A中描述和描繪的，包括一以6DB/倍頻程去加重高頻的去加重電路的具體實施例。即，此部分電路提供一具有6DB/倍頻程的下降速率的低通濾波器，它相應于圖4中的框320。后加重電路部分收到的數(shù)據(jù)被輸入到輸入/輸出插孔404并通過后面立即描述的電路400的后加重電路部分。插孔404連接到輸入線466，它充當?shù)骄€圈468的輸入。線圈468位于變壓器470中，它最好為同一制造商在如同變壓器455和408的相同部件編號下供應。線圈468耦合電磁能到線圈472和一線圈473，兩者均在變壓器470中。如同線圈464和414，線圈473在用于全雙工雙向通信的混合電路中提供抵消目的。
線圈472的一端連接到地，而線圈472的另一端通過一線路474連接到濾波器電路477中的電位器476(如圖5B所示)。電位器476是一可變電阻，在一實施例中它具有最大500歐的阻值。電位器476進而串行連接到電阻478，而478又連接到地。例如，電阻478的阻值可能為120歐。四個電壓調節(jié)器二極管480并行連接到由電阻478和電位器476組成的電壓分壓器。電位器476的可變臂或滑動片連接到電容器482，在一實施例中可能具有1微法的值。電容器482串行連接到電阻484，例如它可能具有18,000歐的值。電阻484連接到運算放大器486的倒相輸入485(-)。運算放大器486最好由同一制造商在如同運算放大器444和428的相同部件編號下供應。運算放大器486的非倒相輸入(+)連接到被連接到圖5A中運算放大器444的非倒相輸入(+)的偏置線路432。一個電阻488，具有一56,000歐的示例值，連接一端到倒相輸入485(-)，而另一端連接到運算放大器486的輸出490。
分別具有0.022微法和30,000歐的典型值的電容器492和電阻494被并行連接在放大器486的輸出490和電阻496之間。在一實施例中電阻具有1,000歐的阻值。
電阻496連接到運算放大器499的倒相輸入498(-)。運算放大器499的非倒相輸入(+)連接到偏置線路432。電阻502連接在運算放大器499的倒相輸入(-)498和運算放大器499的輸出504間。在一實施例中，電阻502具有43,000歐的阻值。運算放大器499的輸出504連接到具有1微法典型值的電容器506。電容器506通過線路508連接到圖5A中的線圈510。線圈510位于變壓器512中，它由同一制造商在如同變壓器408，455和470所相同部件編號下供應。四個電壓調節(jié)器二極管514(圖5B)通過線路508和線路515并行跨越接在線圈510的兩端。一個具有620歐的典型值的電阻516連接在線515和地之間。
線圈510耦合電能到變壓器512中的線圈518，518又連接到連接到輸入/輸出插孔402的輸出線路520。線圈510也耦合電能到變壓器512中的線圈522供抵消之用。
連接在輸入線466和輸出線520間的電路充當后加重電路，它以6DB/倍頻程的速率放大高頻。即輸入線466和輸出線520間的電路，它相應于圖4展示的后加重電路370，是一有源高通濾波器，它提供了具有6DB/倍頻程正斜率的頻率函數(shù)的恒定放大。
為了為一外部連接的調制解調器的又簧提供DC通道，及振鈴電壓的低頻通道，線圈410通過線路524連接到線圈460，而線圈518通過線路526連接到線圈468。進而，每一個具有諸如4.7微法的電容器528和電容器530并行連接在線路524和526之間?；旌想娐芬驗樗_的系統(tǒng)作為一全雙工雙向通信系統(tǒng)運作，通過傳統(tǒng)的2到4線分離器，或混合，電路531，533提供交叉信號干擾抵消是必要的。變壓器408和512被包括在混合電路531中，而變壓器455和470被包括在混合電路533中。在混合電路531中，線圈522通過線路532連接到線圈414。在線圈414和522的對端間，一個具有0.015微法的典型值的電容器536和具有620歐典型值的電阻534被并聯(lián)。以混合電路533中的相似方式，線圈473通過線路538連接到線圈464。一具有0.015微法的典型值的電容器542和一具有620歐典型值的電阻被并聯(lián)在線圈464和473的其它端。電路400的去加重部分的操作在操作中，一通信信號輸入到輸入/輸出插孔402沿輸入線路406進入線圈410并被耦合到線圈412，因此基本同樣的通信信號被出現(xiàn)在線路416上。該信號隨后被電位器418和電阻420分壓，因此線路416上信號的某些部分出現(xiàn)在電位器418的可變臂的輸出。這樣，通過改變電位器418的滑動片臂的位置，系統(tǒng)總體增益可以被線性衰減。信號通過耦合電容器424和偏置電阻426，進入一包括放大器428，電阻430和電容器431的緩存器放大器。該緩存器放大器放大輸入信號。
線路429上的緩存器放大器輸出進入由電阻440，放大器444，電阻448和電容器446組成的低通濾波器。該低通濾波器提供一6DB/倍頻程的滾降。如同當前技術已知的，放大器444的總體增益通過電阻448提供的反饋阻抗與電阻440提供的電容器446的輸入電阻的比率來設置。隨著頻率的增加，電容器446提供的容性電抗降低，因此降低電容器446提供的阻抗與到輸入電阻440的電阻448的比。電容器446，電阻448，和電阻440的值被具體選定，因此提供了頻率的6DB/倍頻程的增益降低速率。
線路450上低通濾波器的輸出通過耦合電容器452被耦合并進入線圈454。出現(xiàn)在線圈454上的信號被耦合到線圈460，并因此傳遞到在輸入/輸出插孔404處被接收的輸出線路462。
為了提供電壓調節(jié)器和保護電路輸入免受突發(fā)電壓充擊等等，二極管422被并行跨越連接在電路的去加重部分的輸入。同樣地，并聯(lián)在線圈454上的二極管456也充當電壓調節(jié)器，以保護線圈454免受突發(fā)電壓充擊，等等。電阻458提供了提供一620歐的到混合電路533的負載的電阻。電路400的后加重部分的操作沿輸入線路466輸入到插孔404的信號被后加重，并輸出到輸出線路520上的插孔402。線路466上的信號輸入通過變壓器線圈468和472的中介被耦合到線路474上。線路474上的信號跨越電阻478和電位器476被分壓。這樣，在電位器476的可變臂上的信號輸出是線路474上信號的線性比例。電位器476可變臂上信號間的比率可以通過改變電位器476滑動片臂的位置來改變。這樣，由電阻478和電位器476組成的電壓分壓器能夠改變后加重電路的總體增益。
電位器476的可變臂上的信號通過耦合電容器482被耦合到偏置電阻484。信號然后通過偏置電阻484到由放大器486電阻488組成的緩存器放大器的輸入。如同由放大器428和電阻430組成的緩存器放大器，由放大器486和電阻488組成的緩存器放大器的目的是放大輸入信號。
進而，由電阻488和放大器486組成的緩存器放大器為混合電路531提供了均勻的阻抗。這是因為輸入電路對下一級放大器階段(即放大器499)的阻抗由于并聯(lián)的電容器492而依賴于頻率。在非常高的頻率，放大器499的輸入電路阻抗約為1,000歐，而在非常低的頻率，輸入阻抗約為31,000歐。通過在混合電路531和到放大器499的輸入電路間設置由電阻488和放大器486組成的緩存器放大器，混合電路531可獲得更為均勻的阻抗。
在線路490上來自緩存器放大器的輸出信號進入由電容器492，電阻494，電阻496，電阻502和放大器499組成的高通濾波器。放大器499的增益通過電阻502的值與電阻496的值結合并聯(lián)的電容器492和電阻494產(chǎn)生的阻抗提供的輸入阻抗的比率來設置。隨著輸入頻率的增加，電容器492的容抗降低。因此，電阻502對電阻496，電容器492和電阻494提供的輸入阻抗的總體比率隨頻率以43∶1的絕對限制增加(即電阻502值對電阻496值的比率)。選擇電阻496，電阻502，電阻494和電容器492的值，以提供頻率的6DB/倍頻程增益增加速率。
在線路504上高通濾波器的輸出通過耦合電容器506被耦合到線路508。在線路508上的信號通過變壓器線圈510和518的中介被饋給輸出線路520并隨后到插孔402?；旌想娐返牟僮魅缟厦嫠愂龅?，變壓器408和512，電容器536，和電阻器534，及變壓器455和470，電阻器540，和電容器542，構成了混合抵消電路531，533，它允許通過電路400的同時雙向通信。在混合電路531中，一個出現(xiàn)在線圈518中的通信信號也將通過電容器528，及外部連接到插孔402的調制解調器耦合到線圈410。這樣，在線圈410上的信號是輸入線路406上期望信號輸入和輸出線路520上干擾信號兩者的合成信號。為了防止信號的干擾分量被耦合到線圈412，提供了混合電路。
如上所述，出現(xiàn)在線圈518上的信號被耦合到線圈522。這一線圈522上的信號隨后通過電容器536和電阻器534被耦合到線圈414，因此出現(xiàn)在線圈414上的信號與線圈522上出現(xiàn)信號相位相差180°。這樣輸出線路520上出現(xiàn)的信號既出現(xiàn)在線圈410又出現(xiàn)在線圈414上，因此線圈414上的信號與線圈410上信號的相位相差180°。
出現(xiàn)在線圈414上的反相信號與出現(xiàn)在線圈410上的信號相互作用以抵消呈現(xiàn)在線圈410上由輸出線路520上信號所導致的信號分量。電容器536，電阻器534和電容器528的值，及線圈522所繞的圈數(shù)被選擇以確保出現(xiàn)在線圈410和線圈414上的信號振幅是相等且相反的，因此呈現(xiàn)在線圈410上信號的干擾分量基本被呈現(xiàn)在線圈414上的信號所抵消。如同當前技術中所熟知的，電容器536和電阻器534的值典型地被選擇以平衡連接到插孔402的外部連接調制解調器的阻抗。由于呈現(xiàn)在線圈410上的干擾信號基本上被抵消，輸入到線圈510上的信號通過線圈518被耦合到輸出線路520，但由于線圈414所提供的抵消它未被耦合到線圈412。
在相似的方式中，在混合電路533內，出現(xiàn)在線圈454上的信號通過線圈460被耦合到輸出線路462。出現(xiàn)在輸出線路462上的信號也被通過電容器530和通過連接到插孔404的電話線路耦合到線圈468。這樣，除了所期望的輸入信號通過輸入線路466被提供到線圈468，不期望的干擾信號也被耦合到線圈468。無論如何，在相似于以上所描述的方式中，出現(xiàn)在線圈473上的信號充當?shù)窒尸F(xiàn)在線圈468上信號的任何干擾分量的角色，因此只有所期望的輸入信號被耦合到線圈472上，并通過電路400的后加重部分。調制解調器內部補償電路圖7是在傳真調制解調器210及互補地在傳真調制解調器255內部實現(xiàn)的去加重/后加重電路700的概括圖。電路700是電路400的某種簡化形式，它執(zhí)行基本相同的后加重輸入信號和去加重出網(wǎng)信號的功能。
數(shù)據(jù)信號通過具有輸入/輸出線路707，709的插孔705輸入到電路700。插孔705連接到一2-4線分離器，或混合電路710(在圖7中用一個框表示)?；旌想娐?10，象當前技術中熟知的混合電路531和533，所有和混合電路531，533連接和操作有關的描述同樣適用于混合電路710?；旌想娐?10通過線路715連接到電路700的后加重部分的輸入，它連接到與電容器720并聯(lián)的電阻器718。電阻器718和電容器720連接到電阻器723，它又連接到一運算放大器725的倒相輸入724(-)。放大器725的非倒相輸入(+)連接到一提供者偏置電壓的電壓源730。
一電阻器733連接在放大器725的倒相輸入724到放大器725的輸出735間。放大器725的輸出735連接到傳統(tǒng)的調制解調器邏輯(在圖7中通常用框740標示)。調制解調器邏輯740連接到CPU接口745，它又連接到CPU總線750。調制解調器邏輯740，CPU接口745，和CPU總線750都是標準的并已經(jīng)在傳真調制解調器210，255中提供的。
調制解調器邏輯740通過連接到電阻器755的線路758連接到電路700的去加重部分的輸入。電阻器755連接到一運算放大器763的倒相(-)輸入760。運算放大器被包括在如同放大器725的相同包內。放大器763的一非倒相輸入765(+)連接到電壓源730。
電阻器770和電容器773并行跨越連接在放大器763的倒相輸入760和放大器763的輸出768上。放大器763的輸出768連接到混合電路710，并通過它，到插孔705。
電路700的部件的具體值可能因調制解調器而變化，如同當前技術中的一般技術人員所知的。值得注意的是，除了電容器720，773，如圖7中所示的電路700已經(jīng)在一傳統(tǒng)的傳真調制解調器內提供。為了實現(xiàn)當前發(fā)明的這一實施例，人們需要簡單地增加電容器720，733，并改變某些電阻元件(如電阻器733，728和770)的電阻值。
在操作中，一個輸入數(shù)據(jù)信號通過混合電路710被分離并作為到電路700的后加重部分的輸入來提供。由于在放大器725的輸入724處連接的電容器720，放大器級的增益直接隨頻率變化。在一優(yōu)選的實施例中，電阻718，電阻733和電容720的值被選擇以提供6DB/倍頻程的增益。
出傳真調制解調器的數(shù)據(jù)信號被提供作為從調制解調器邏輯740到電路700的去加重部分的輸入。由于電容器773，放大器級763的增益作為頻率的函數(shù)相反地變化。在一較優(yōu)選的實施例中，電阻器755，電阻器770和電容器773的值被選擇以提供6DB/倍頻程的滾降。
這樣，在發(fā)送和接收端兩處傳真調制解調器內部實現(xiàn)的去加重/后加重電路提供了與外部實現(xiàn)電路400一樣的抵消效果。用此方法，限幅器電路150引入的振幅失真被明顯降低，象以上參考圖4，和5A和5B討論的一樣。
在本發(fā)明的另一個實施例(未給出)中，基本相同去加重/后加重補償電路700可以被優(yōu)先在電話接口215(圖7)內實現(xiàn)，它具有與蜂窩電話220的4-線接口和與傳真調制解調器210的2-線接口。導頻信號系統(tǒng)另一個可以有助于保持限幅器150的增益恒定的系統(tǒng)和方法，涉及在被發(fā)送數(shù)據(jù)信號的高頻端處引入一恒定頻率，恒定振幅的導頻音調信號。因為導頻信號最初具有大于被發(fā)送數(shù)據(jù)信號的振幅，并具有較數(shù)據(jù)傳輸內最高頻率更高的頻率，一個預加重器將其放大最多，以使其總是為限幅器150檢測到的最高振幅的信號。這樣，限幅器150總是通過導頻信號的振幅(它在過程中恒定)調整其增益。因此，限幅器的增益總是保持恒定。在接收端，導頻信號使用一高Q陷波濾波器被容易地從數(shù)據(jù)信號中濾出，因為導頻信號總是維持一恒定頻率并在被發(fā)送頻率范圍的邊緣。一陷波濾波器的使用特別有助于防止經(jīng)常伴隨低通濾波器的相位失真。本發(fā)明的監(jiān)控信號的實施例的更詳細描述參考著圖8提供。
圖8是表示了出，入一蜂窩傳輸系統(tǒng)600的每一個主要功能塊的波形的系統(tǒng)方框圖。系統(tǒng)600是按照當前發(fā)明思想構成的一改進后的模擬蜂窩傳輸系統(tǒng)的一個實施例。系統(tǒng)600使用一導頻信號來保持傳輸中限幅器150的增益恒定，例如每當被開關602開放，每當數(shù)據(jù)被傳輸。如同系統(tǒng)300的情況，用現(xiàn)存的傳統(tǒng)的發(fā)送/接收系統(tǒng)100來實現(xiàn)系統(tǒng)600是有益的(包括預加重電路130，限幅器150，擴展器160，和去加重電路170)。這樣，系統(tǒng)600可能追溯既往地使用大多數(shù)現(xiàn)存的模擬蜂窩通信系統(tǒng)來實現(xiàn)。
系統(tǒng)600包括一個在發(fā)送器側的導頻信號組合器電路610和接收器側的陷波濾波器。預加重電路130，限幅器150，擴展器電路160，和去加重電路170插入在組合器電路610和陷波濾波器620之間。一個采用振幅和相位調制技術編碼的數(shù)據(jù)信號605(或通過其它上述討論的結合)進入組合一生成的導頻信號608與數(shù)據(jù)信號605的導頻信號組合器電路610，以形成一個合成的輸出信號615。應當理解的是，雖然合成信號的導頻信號分量608在圖8中表示為一分離信號，在實際中信號組合成一合成信號。為了易于概念化和下列描述的目的，無論如何，分離地表示合成信號的每一個的數(shù)據(jù)和導頻信號分量是有利的。生成的導頻信號608的特性是這樣的，導頻信號的振幅總是大于或等于入數(shù)據(jù)信號605的最大振幅，且導頻信號608的頻率總是大于數(shù)據(jù)信號605的最大頻率。在一較優(yōu)選的實施例中，導頻信號608的頻率約為3。4KHZ(即恰在數(shù)據(jù)信號605正常將取得的最大頻率之上)。
信號615進入預加重電路130，此處波形615的較高頻率分量以6分貝/倍頻程的增益被放大。因為導頻信號608最初被選擇具有大于數(shù)據(jù)信號的頻率，波形615的導頻信號分量將放大到最大，而波形615的高頻分量由于數(shù)據(jù)信號被放大得較低，如同從預加重電路130輸出的波形625中描繪的。
由于進入預加重電路130前導頻信號608的振幅總是大于或等于數(shù)據(jù)信號605的振幅，且波形615的導頻信號分量在預加重電路130中被放大到最大，它遵從波形625的導頻信號分量將總是具有大于或等于信號625的任何數(shù)據(jù)分量的振幅。
信號625進入限幅器150，它具有依賴輸入信號625的最大電壓振幅的增益設定。因為信號625的導頻信號分量總是具有最大的振幅，限幅器150的增益總是被導頻信號分量的振幅所設置。這樣，導頻信號分量的振幅被這樣設置，使信號625的其它數(shù)據(jù)分量被一在從限幅器150輸出的信號635中表示的恒定壓縮因子壓縮。
本發(fā)明的這一實施例的一個重要方面是，信號625的導頻信號分量的振幅在傳輸中被保持恒定。這是因為限幅器150的增益必須被保持恒定，以防止數(shù)據(jù)信號振幅失真，且限幅器增益依賴于，和直接隨信號625的導頻信號分量的振幅變化。按照本發(fā)明，信號625的導頻信號分量的振幅總是保持恒定，因為原有的導頻信號608具有一恒定輸入電壓和恒定頻率。導頻信號608的恒定頻率確保信號615的導頻信號分量在預加重電路130中總是為同樣的增益所放大。這樣，被恒定增益增加的恒定輸入電壓導致一恒定的輸出電壓，因此信號625的導頻信號分量被保持恒定。作為結果，限幅器的增益在數(shù)據(jù)傳輸過程中被固定。因為恒定的增益設置不需要恢復，這特別有利于消除限幅器150導致并由延長限幅器150的恢復時間而加劇的的振幅失真。
信號635被調制到一載波上，如同當前技術中常見的，并被發(fā)送到蜂窩通信系統(tǒng)600的接收器端。在接收器端，信號635進入擴展信號635的動態(tài)范圍回到正常的擴展器電路160。這樣，假設從載波準確地檢測，一擴展器160輸出的信號640基本具有如同輸入到限幅器150的信號625的相同振幅特性。
信號640進入去加重電路170，它去加重信號640的高頻分量，因此信號640的數(shù)據(jù)分量和信號640的導頻信號分量的比例如同信號615(預加重前)所呈現(xiàn)的。去加重電路170的輸出由信號645表示。
信號645進入陷波濾波器620。陷波濾波器620的特性被確定，因此信號645的高頻導頻信號分量被完全地或幾乎完全地移去。這樣，陷波濾波器具有非常陡峭的，恰低于導頻信號分量頻率的滾降。在一實施例中，在導頻信號頻率處的陷波濾波器的增益約為-40分貝，且不高于-25分貝，而在包括數(shù)據(jù)信號分量的頻帶內的增益約為0分貝，且不小于-6分貝。因此，陷波濾波器620的輸出僅僅是信號640的數(shù)據(jù)分量，如信號650所示。由于在限幅器150中削波被避免，且限幅器150的恢復時間不引入失真，輸出信號650基本具有如輸入數(shù)據(jù)信號605的同樣振幅特性。這樣，當前發(fā)明的導頻信號實施例在使用在一模擬蜂窩通信系統(tǒng)中時允許準確的振幅辨別。
可能在圖2描繪的傳統(tǒng)的模擬蜂窩通信系統(tǒng)200內的幾個位置引入導頻音調。例如，導頻音調可能被在傳真調制解調器210，電話接口215，或沿傳真調制解調器210和電話接口215間的線路212內被引入。同樣地，例如陷波濾波器620可能沿線路253，或傳真調制解調器255內被實現(xiàn)。蜂窩發(fā)送器的另一種描述本發(fā)明操作的前述描述假設了一基于到和自蜂窩電話通信的信號的分析的蜂窩電話網(wǎng)絡自身的具體操作。當前發(fā)明不限于在蜂窩系統(tǒng)或其它按照前述的無線通信中運作。例如，電子工業(yè)協(xié)會(EIA)臨時性標準，建議的800-MHZ蜂窩用戶單元的最小標準，EIA/IS-19-B，1988年5月，建議了一蜂窩通信系統(tǒng)中部件間的不同功能關系。按照該關系的一蜂窩通信系統(tǒng)的部件的方框圖用圖9表示。
如圖9解釋的，遵從IS-19規(guī)范書的一蜂窩發(fā)送器800包括一壓縮電路802，它可能優(yōu)先是一2∶1字節(jié)壓縮器。壓縮電路802具有接收一輸入信號(如話音或數(shù)據(jù))的輸入。壓縮電路802這樣壓縮信號的振幅，較高振幅的信號被較較低振幅信號的振幅高的百分比衰減。壓縮電路802具有提供一被壓縮輸出信號的輸出806。
一預加重電路810具有一從壓縮電路802接收已壓縮的輸出信號的輸入812。預加重電路810象以上討論的那樣用較低頻信號大的數(shù)量加重(即放大)高頻信號，因此預加重電路810提供了輸出814處的被加重的輸出信號。
一個頻偏限幅器電路820具有一從預加重電路810接收已加重的輸出信號的輸入822。頻偏限幅器電路820對已加重的輸出信號操作，以衰減(即削波)大于一預定義最大信號振幅的任何信號。它具有使任何具有大于這一預定義最大信號振幅的振幅分量的信號失真的效果。頻偏限幅器電路820提供了輸出824上的一被限幅的輸出信號。
一后頻偏限幅器濾波器830具有從頻偏限幅器電路820接收限幅的輸出信號的輸入832，并濾除限幅的輸出信號以提供輸出834上的濾波的輸出信號。濾波的效果是抑制任何在頻偏限幅器電路820中因削波生成的高頻分量。濾波后的輸出信號調制蜂窩電話發(fā)送器(未給出)。
如以上討論的，為了增加高頻信號的振幅的預加重電路810的操作導致明顯由較高頻率中的振幅組成的數(shù)據(jù)信號被放大到信號被頻偏限幅器電路820削波(即限幅)的程度。這一限幅和導致的失真妨礙了接收電路(未示出)準確地恢復輸入信號。
與蜂窩電話發(fā)送器系統(tǒng)合作的當前發(fā)明(表示為圖9)的運作防止或基本上降低了該失真。如上述討論的，由頻偏限幅器電路820導致的失真可以通過用上面在圖3中描述的旁路限幅器820來防止。另一選擇是，假如不能接入限幅器820，一個預加重電路320可以被包括在到發(fā)送器800的輸入處，如圖4所解釋的，且一個后加重電路370可以被包括在接收器的輸出端(未給出)，也如圖4所解釋的。
可以看出，無論蜂窩網(wǎng)絡中的發(fā)送器的操作被認為是按照圖1表示的或圖9表示的，當前發(fā)明的操作防止或降低了發(fā)送器內由于預加重和限幅導致的失真，因此可以在蜂窩網(wǎng)絡上以較高的數(shù)據(jù)速率通信。通過發(fā)送器端頻譜成形補償陸線效應圖10-15解釋了當前發(fā)明的其它實施例。以上描述的當前發(fā)明的實施例對于連接到移動蜂窩發(fā)送器或其它特性熟知的無線發(fā)送器的便攜調制解調器工作良好。例如，參考圖6，插入到傳真調制解調器210和電話接口215間的當前發(fā)明400提供了較不包括當前發(fā)明的系統(tǒng)本質上的改進。同樣地，插入到中心局247和傳真調制解調器255間的當前發(fā)明400也提供了在陸線端的本質上的改進(即，在該端傳真調制解調器255和中心局247間的通信通過傳統(tǒng)的電話線)。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一典型的陸線連接的傳輸特性沒有象一蜂窩連接的那些那樣確定，并例如因呼叫按照中心局內選定的特定的一組線路和放大器而變化。這樣，雖然在去加重電路320中施加每倍頻程-6分貝的滾降將在兩調制解調器間連接的陸邊端提供本質上的改善，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在去加重電路中的滾降應當與連接調制解調器的電話線路的具體特性匹配。由于這些特性因連接而變化，滾降的特性不能被預置。這樣，在圖10-15中描述的當前發(fā)明的本實施例提供了一將高頻滾降特性與所連接采用的每一條陸線匹配的方法。
圖10-15的本實施例基于對傳真調制解調器的進一步調查。本發(fā)明者已經(jīng)了解大多數(shù)傳統(tǒng)的傳真調制解調器按圖10中解釋的構成。具體地，一個典型的傳真調制解調器1000包括一控制處理器1010和一數(shù)字信號處理器1012?？刂铺幚砥?010被連接以提供到數(shù)字信號處理器1012的命令和數(shù)據(jù)及從數(shù)字信號處理器(DSP)1012接收狀態(tài)和數(shù)據(jù)。這樣，控制處理器1010作為到PC系統(tǒng)260(圖2和6)的接口運作。傳真調制解調器1000也可能包括一CODEC(編碼/解碼器)1014。在許多調制解調器中，編碼/解碼器功能被建立在數(shù)字信號處理器1012中，并且不被認為是一分立的部件；但是，為了易于描述調制解調器1000的操作，CODEC1014將被描述為一分立的部件。在操作中，CODEC1014接收來自數(shù)字信號處理器1012的數(shù)字信號并轉換數(shù)字信號為電話線路1016上傳輸?shù)哪M信號。同樣地，CODEC1014接收電話線路1016上的模擬信號并轉換它們?yōu)閷⒈粩?shù)字信號處理器1012處理的數(shù)字信號。
數(shù)字信號處理器1012的操作此處將不被詳細描述。基本上，數(shù)字處理器1012將從控制處理器1010收到的數(shù)字信號轉換為具有表示數(shù)字數(shù)據(jù)的振幅和相位角的信號。例如，當操作在每秒4800比特時，數(shù)字信號處理器1012一次將兩比特數(shù)據(jù)轉換為四個振幅和相位角組合或點之一，例如象圖11中一信號星座1100所解釋的。比特對的每個組合(例如，00，01，10和11)被星座上不同的相位角所表示。一位熟知當前技術的人將理解相位角不是每個比特對的絕對的相位角，但當前比特對被自上一個比特對相位角變化所確定。進而，為了避免重復的碼型，數(shù)字信號處理器1012編碼從控制處理器1010收到的數(shù)據(jù)，以使一連續(xù)的相同數(shù)據(jù)流(如，一全零流)將導致被發(fā)送數(shù)據(jù)變化，并導致相同數(shù)據(jù)被不同的相位角變化所表示。這一技術通常叫做數(shù)據(jù)加密。當數(shù)據(jù)速率增加時，例如，每秒9600比特，在星座中相位角數(shù)量增加，且，此外，信號的振幅變化代表不同的比特組合。特別地，按照V。32/9600標準以9600每秒比特運作的調制解調器用具有32個相位和振幅點的星座操作，每一個點表示四個數(shù)據(jù)比特。以更高數(shù)據(jù)速率運作的調制解調器具有更多的相位和振幅點來表示數(shù)據(jù)。
在接收數(shù)據(jù)時，數(shù)字信號處理器1012確定那個點與收到的信號最匹配，并按照確定點生成數(shù)字數(shù)據(jù)(當運行在4800BPS時為兩比特數(shù)據(jù)，當運行在9600BPS時為四比特數(shù)據(jù))。在星座中點的位置可以被隨被發(fā)送信號的相位變化而改變的線路條件明顯地影響。如同當前技術中所熟知的，大的相位變化導致被調制信號中出現(xiàn)陡峭的變遷。這些陡峭的變遷對應于調制信號中的高頻分量。這樣，如果發(fā)送信號的線路具有依賴頻率的衰減特性，一被編碼數(shù)據(jù)比特信號的振幅可以作為用作編碼該比特的相位躍變的函數(shù)而變化。例如，如果一具體的比特碼型導致被發(fā)送信號中一大的相位變化，被發(fā)送信號的振幅與被較小的相位變化編碼的信號相比可能被不均衡地降低。這樣，收到的信號可能未被在星座中正確的點測量，并可能因此被錯誤地解釋為一不同于原有的被發(fā)送的比特碼型的比特碼型。
由于變化的線路條件和調制解調器能力，一對調制解調器(例如圖2和6中的調制解調器210和調制解調器255)可能不總能以具體調制解調器的最高數(shù)據(jù)速率相互通信。當調制解調器第一次被連接時，兩個調制解調器監(jiān)視每一可用數(shù)據(jù)速率處的信號星座內存在的分辨率，從最低數(shù)據(jù)速率開始。被選定的數(shù)據(jù)傳輸速率是兩個調制解調器可以準確辨別信號星座上每個點的最大速率。
一個調制解調器可以辨別星座上每個點的精度是＂眼質量＂的函數(shù)。通常講，眼質量是星座上對應于實際數(shù)據(jù)比特的點和該數(shù)據(jù)比特星座上理想點間偏移的度量。例如，假如對數(shù)據(jù)雙比特01在一信號星座上的理想點在5單位振幅處是45°。一收到的，包括等效地分布在40°-50°且在4-6單位的范圍內的雙比特01數(shù)據(jù)點的信號，將具有較包括等效分布在35°-55°且3.5-6單位范圍內的雙比特01的數(shù)據(jù)點信號高的眼質量。一信號星座的眼質量典型地隨線路條件而變化，因為這些條件在所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中引入了振幅和相位的變化。例如，能運行于9600BPS的兩調制解調器可能在不利的線路條件下只能工作在4800BPS。
一旦初始數(shù)據(jù)速率被選定，每個調制解調器監(jiān)視其收到信號的眼質量。如果收到信號的眼質量變得太差，以至在信號星座上準確地辨別點不再可能，則出現(xiàn)眼質量問題的調制解調器通知另一調制解調器數(shù)據(jù)速率應當降低。同樣，如果眼質量本質上改善，兩調制解調器可以同意增加數(shù)據(jù)速率。在確定與其它調制解調器的傳輸數(shù)據(jù)速率中，兩調制解調器的每一個的相應操作在每個調制解調器中被相應的控制處理器1010控制，它向另一調制解調器的數(shù)字信號處理器1012發(fā)送命令，使它以特定的數(shù)據(jù)速率執(zhí)行。由每個調制解調器中的控制處理器1010控制數(shù)字信號處理1012在當前技術中是熟知的，因而此處將不再進一步地描述。
當前發(fā)明的圖10-15的實施例通過對控制處理機1010增加導致數(shù)字信號處理器1012發(fā)送預定義的信號到電話線路上，并對從電話線路上返回的信號響應的特性從而開發(fā)了調制解調器的自檢能力和控制能力。
根據(jù)當前發(fā)明的一個側面，參考方框圖12描述，一發(fā)送傳真調制解調器1200的頻譜特性在每一個連接開始時，按照發(fā)送調制解調器1200和中心局247間的陸線連接248的特性被確定。兩個不同的實施例可以被用于設置調制解調器1200的頻譜成形特性，以便補償陸線248上出現(xiàn)的損耗。
在第一個實施例中，參考圖13的流圖描述，數(shù)據(jù)信號通過陸線248發(fā)送到中心局247。如同當前技術中已知的，這些信號產(chǎn)生回波脈沖，或聲脈沖，它響應到中心局的連接并返回調制解調器1200?？梢詾榫哂胁煌l率的信號測量這些聲脈沖，以確定由陸線248引起的頻率衰減。調制解調器1200然后可以調整其發(fā)送器的頻譜特性，以補償由于陸線248的滾降效應。在第二個實施例中，參考圖14的流圖描述，發(fā)送調制解調器動態(tài)地調整其發(fā)送器的頻譜特性并探詢接收調制解調器對給定的發(fā)送器頻譜特性所觀察到的眼質量。一旦每一種可能的發(fā)送調制解調器的頻譜特性已經(jīng)被使用，在接收端導致最佳眼質量的頻譜特性在呼叫期間被采用。
按照本發(fā)明的第一個實施例所采用的方法參考圖12的方框圖和圖13的流圖被描述。如圖12解釋的，相應于圖10中調制解調器1000的一傳真調制解調器1200被PC系統(tǒng)260控制。傳真調制解調器1200通過陸線248向中心局發(fā)送數(shù)據(jù)并從中心局247接收數(shù)據(jù)。中心局247建立各種連接，以最終通過一個參照上面圖2和圖6中有關描述的蜂窩電話連接，使傳真調制解調器1200連接到傳真調制解調器210(圖2和6)。在確定到傳真調制解調器210的數(shù)據(jù)速率之前，傳真調制解調器1200首先確定它建立的到中心局247的連接的特性。這通過使傳真調制解調器1200內的控制處理器1010(見圖10)命令數(shù)字信號處理器1012在一對預定義頻率上發(fā)送兩個信號(或一個合成信號)至中心局247來完成，該頻率較可取地被選定在發(fā)送數(shù)據(jù)時，調制解調器1200使用的信號正常頻率范圍的低端和高端。例如，在一具體的優(yōu)選實施例中，一被發(fā)送的高頻fOH信號被選擇為約3,000HZ,而一被發(fā)送的低頻fOL信號被選擇為約1,000HZ。如圖12所解釋的，兩個信號被發(fā)送到中心局247，且隨后調制解調器1200“偵聽”來自中心局的回波。這樣一個回波總是出現(xiàn)在一陸線電話系統(tǒng)中。兩個信號的回波將較相應的發(fā)送信號具有低得多的振幅；但是，通過以相同振幅發(fā)送兩個信號，如果陸線連接248的特性不依靠賴頻率，則兩信號的回波應當是振幅相同。在典型的陸線連接下，高頻滾降在電話線路248中是固有的。例如，因為電話線路248的電感和其它因素，導致該滾降。通過測量返回的高頻信號fIH和返回的低頻信號fIL振幅的差，1,000HZ和3,000HZ間的高頻滾降可以被確定。具體地，采用低頻信號fIL的回波作為參考，高頻信號fIH的滾降可以被確定。
應當理解測出的滾降包括沿陸線248兩倍長度的滾降(即，在傳輸?shù)街行木?47中的滾降和在從中心局247返回中的滾降)。這樣，在到中心局247的傳輸路徑中的近似單程傳輸滾降可以將測到的雙向滾降減半獲得。應當理解，完成這些測量所必備的硬件和軟件作為傳統(tǒng)的調制解調器1200內數(shù)字信號處理器1012的一部分被包括；但是，測量以前未按照當前發(fā)明所教授的方式進行。
執(zhí)行了前面所描述的到中心局247的傳輸路徑滾降的測量后，調制解調器1200為了補償由于線路248上損耗的影響，用計算的高頻滾降數(shù)量調整其內部濾波器。例如，如果期望給蜂窩區(qū)255(圖2)中的發(fā)送器提供具有-6分貝/倍頻程滾降的輸入信號，且測得的陸線248的雙向滾降是-8分貝/倍頻程，則陸線調制解調器1200將調整其發(fā)送的頻譜特性，以提供一4分貝/倍頻程的校正。這樣，如果在陸線邊調制解調器1200中的傳統(tǒng)的傳輸濾波器在實現(xiàn)當前發(fā)明前，已經(jīng)被編程具有一-6分貝/倍頻程的去加重(或滾降)，滾降在此具體例子中將被改變?yōu)?2分貝/倍頻程。熟悉當前技術的人士懂得在傳統(tǒng)的高速調制解調器中數(shù)字信號處理器1012被配置為在傳輸路徑中提供各種濾波器，且所需要的加重或去加重通過改變數(shù)字信號處理器1012的濾波器系數(shù)能容易地提供。
上述內容用圖13的流圖概括。在一處理框1300中，使調制解調器1200向中心局247發(fā)送一個預定振幅的低頻信號。調制解調器1200隨后進入處理塊1302，此處調制解調器1200偵聽來自中心局247的回波并測量收到信號的振幅。同樣地，在處理框1304中，使調制解調器1200向中心局247發(fā)送相同的預定義振幅的高頻信號，并在處理框1306中，調制解調器1200偵聽回波并測量收到信號的振幅。在處理框1308中，調制解調器1200隨后計算等于兩信號振幅差一半的單向滾降(即，滾降＝1/2log10(AH/AL)，此處AH是測得的高頻信號fIH的振幅，而AL是測得的低頻信號fIL的振幅)。在處理框1210中，調制解調器1200的濾波器中的去加重被降低計算出的滾降數(shù)量。再者，當前技術領域一般技術人員將理解處理1300和1304可以同時執(zhí)行，且處理1302和1306通過同時發(fā)送高頻信號fOH和低頻信號fOL也可以同時被執(zhí)行。
圖10-15的實施例的操作無需調制解調器間的交互，至少對于設置連接到陸線電話線路的調制解調器的滾降特性是這樣。因此，包括這一當前發(fā)明的實施例的一調制解調器即使在另一端的調制解調器未采用本改進也將工作。
圖10和圖14-15解釋了第二個實施例，此處發(fā)送調制解調器的頻譜特性依據(jù)眼質量動態(tài)調整，以補償在陸線248上的損耗。在已知的調制解調器中，部分初始協(xié)商過程涉及設置每個調制解調器的功率電平。在一調制解調器協(xié)議中，MNP-10協(xié)議，調制解調器在變化總體功率電平時，初始地發(fā)送數(shù)據(jù)碼型。在MNP-10協(xié)議中選定的功率電平是在接收調制解調器中獲得最佳眼質量的電平。圖15是一個典型16-點信號星座，它展示了在接收頻譜中點的偏移，如圖15中點周圍用點線指示的。眼越小(即，眼越接近于一單一點)，信號越好。傳統(tǒng)的調制解調器，例如Rockwell RC96DP和RC144DP調制解調器具有內置眼質量監(jiān)視器，它可以被調用以確定收到信號的眼質量。因此，每個調制解調器在其它調制解調器調整其功率電平時調用它自身的眼質量監(jiān)視器。當該調制解調器測量到其最佳眼質量時，它通知另一調制解調器維持該功率電平。如果未能獲得一滿意的眼質量，則調制解調器將降到一較低的數(shù)據(jù)速率。如以上簡略討論的，功率電平可以被數(shù)字信號處理機1012(圖10)調整。雖然MNP-10采用的協(xié)議可有助于最大化數(shù)據(jù)傳輸速率，這樣一個協(xié)議未解決由頻率依賴非線性引起的基本問題。與MNP-10協(xié)議相對，本發(fā)明的當前實施例打算改變發(fā)送調制解調器的頻譜(即，頻率依賴性)特性。亦即，改變頻譜形狀以補償陸線248中依賴頻率的損耗。
如圖14中的細節(jié)，在起始塊1400中初始化之后，發(fā)送調制解調器1200初始設置如處理框1405中表示的傳輸頻譜特性(例如，調制解調器1200內的數(shù)字信號處理器可以被初始設置，以使發(fā)送的信號具有一6分貝/倍頻程的滾降)。發(fā)送調制解調器1200隨后探詢接收調制解調器，以確定接收調制解調器觀察到的眼質量。該眼質量，正常時用一數(shù)字值表示，被存儲在稱為BESTEQ的變量下，如處理框1415中表示的。
一旦第一個測到的眼質量已經(jīng)被存儲，發(fā)送調制解調器中的數(shù)字信號處理器(即，當通信是從調制解調器1200到調制解調器210時為調制解調器1200，或當通信從調制解調器210至調制解調器1200時為調制解調器210)如處理塊1420所指示的，動態(tài)地調整所發(fā)送信號的頻譜特性。例如，發(fā)送的信號可以被調整以具有一5分貝/倍頻程的頻率滾降，而不是初始的6分貝/倍頻程的滾降。當然，頻譜成形而不是簡單的低通濾波器可以由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)，并且發(fā)送調制解調器的實際頻譜成形特性可能依賴于具體的應用。一旦確定一新的頻率滾降，在接收調制解調器處的新的眼質量值被確定并發(fā)送到發(fā)送調制解調器，如處理框1425所表示的。
發(fā)送調制解調器隨后確定是否新的眼質量好于上一個最佳眼質量，如判定框1430所表示的。因為眼質量典型地被數(shù)字值表示，此處一較高的值代表一較好的眼質量，新的眼質量值可以與BESTEQ值比較，以確定那一個是較好的眼質量。如果新的眼質量值大于BESTEQ的值，則BESTEQ的值如同處理塊1435所表示的，被新的眼質量值所替換。如果新的眼質量值不大于BESTEQ的值，則BESTEQ維持其原有的值。
在最佳眼質量BESTEQ已經(jīng)被確定后，發(fā)送調制解調器確定是否每一個可能的頻譜特性已經(jīng)被用于確定眼質量，如判定框1440所表示的。這樣，如果發(fā)送調制解調器被設置成，諸如從-10分貝/倍頻程上升到+3分貝/倍頻程以1分貝/倍頻程為步長增加，隨后在做出那個頻譜特性導致最優(yōu)眼質量的決定之前將測試14種不同的頻譜特性。如果發(fā)送調制解調器在所有可能的頻譜特性中尚未被增加，則當前發(fā)明的方法返回到處理框1420并測試一個新的頻譜特性。一旦發(fā)送調制解調器在所有期望的頻譜特性中已經(jīng)增加，發(fā)送調制解調器在通話的其余部分使用導致最佳眼質量的頻譜特性(即，相應于BESTEQ值的特性)，如處理框1445所表示的。這樣本方法在結束塊1450中完成，此處一數(shù)據(jù)傳輸速率被確定且數(shù)據(jù)傳輸開始。自動均衡和動態(tài)振幅門限處理根據(jù)圖16-20中解釋的當前發(fā)明的另一個側面，仔細考慮在蜂窩通信信道上發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)中遇到問題的一個單一點解決方案。當前解決方案在接收調制解調器中的數(shù)字信號處理器中被實現(xiàn)，并不要求實現(xiàn)兩個調制解調器間的通信。
如同當前技術中所熟知的，在初始化兩調制解調器時(即，數(shù)據(jù)傳輸開始前)，在移位和遲延電路中實現(xiàn)的許多系數(shù)在初始訓練序列期間在數(shù)字信號處理器內被計算(自動均衡器)。這些系數(shù)用于補償信號所發(fā)送的通信信道的頻率響應。通過了解通信信道的頻率響應，收到的信號可能被數(shù)字處理以補償數(shù)據(jù)信號傳輸期間引入的有害影響。因此，這些系數(shù)是提供信號星座中最優(yōu)分辨率所需值的粗略估計。初始訓練過程之后，此處系數(shù)的初始粗略值被計算，根據(jù)在接收調制解調器處觀察到的眼質量系數(shù)被連續(xù)地更新。這種連續(xù)的更新通常叫做自動均衡，并充當一種確保最優(yōu)信號星座分辨率的精細調節(jié)。
用于數(shù)字信號處理器中連續(xù)更新新系數(shù)值的傳統(tǒng)的方法只要在通信信道上未引入非線性失真就工作良好。但是，一旦某些非線性失真被引入，傳統(tǒng)方法的準確計算系數(shù)值的效能急劇降低。這樣，每當諸如通信信道沿途的限幅器設備導致的削波那樣的非線性形變被引入時，錯誤的系數(shù)被計算。按照當前發(fā)明的這個方面，期望估計在計算系數(shù)中由于削波產(chǎn)生的有害影響。這樣，那些可能被削波的星座點將不被作為系數(shù)值計算的因素，以確保通信信道頻率響應一更準確的表示。用于完成此的本方法將在下面被更詳細地描述。
如同以上討論的，在一模擬蜂窩電話系統(tǒng)上發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的一個缺陷是，發(fā)生在所發(fā)送信號高頻分量上的削波。該削波導致高頻信號的振幅被非線性衰減。當一個信號的高頻分量引起調制解調器信號星座上兩點間的大的相位變化時，這樣一個高頻分量可能被削波(即，因為所發(fā)送信號的高頻分量正常時被發(fā)送器內的預加重器所放大)。這樣，第二點的測得振幅較期望的振幅低許多。也就是，接收調制解調器將測量相位變化和第二點的振幅，并將測得的相位變化和振幅與星座中所有可能的點的相位變化和振幅比較，并選擇出最接近于被測點的可能點。這在圖16中解釋，此處上一個點是點1500。當前測得的點1502與周圍點1504，1506，1508和1510比較，并確定為是最接近于點1506。這樣，這個測量的數(shù)據(jù)被確定是導致從上一個點1500到點1506的相位變化和振幅的數(shù)據(jù)?？梢钥闯鱿辔蛔兓s為180°，它導致了一高頻信號躍變，并因此導致削波致使點1502的測得振幅明顯地低于點1506的期望振幅。
接收調制解調器的眼質量監(jiān)視器認為此是一個不可接受的與理想眼碼型的偏離，并指示數(shù)字信號處理器中的系數(shù)應當被重新計算，以在這樣大的相位變化后增加到達點的振幅。當然，人們可以容易地看到，點1502的振幅值由于兩個因素而太小。首先，具有高頻分量的信號的振幅在通信信道上被線性衰減。這一衰減是由于通信信道的頻率響應。因此，如果這是降低星座點1502振幅的唯一原因，則計算的系數(shù)應當準確地反映通信信道的頻率響應。但是，第二個因素亦降低了星座點1502的振幅。也就是；傳輸電路中限幅器導致的削波在信號振幅中引入了非線性降低。這樣，當由削波導致的振幅降低是系數(shù)值的因子時，產(chǎn)生了通信信道的頻率響應的不準確表示。這樣，當新計算的系數(shù)值被用于度量較小振幅，或較低的頻率分量信號的星座點時(即，不可能被削波的信號)，這些星座點被放在太外邊了，且星座的分辨率被折衷。例如，如果在星座中的下一個測量點是點1520，它由相當小的頻率變化和相當小的振幅引起，若有任何削波也會很小。這樣，變化的系數(shù)將具有增加相對于期望點1522振幅的測量點1520的振幅的效果。雖然調制解調器將選擇正確的點1522代表當前數(shù)據(jù)，調制解調器將再次確定眼質量不可接受，并再改變系數(shù)以降低測得信號的振幅。這個周期不斷重復導致錯誤的系數(shù)值和低的信號星座分辨率。
在傳統(tǒng)的陸線電話系統(tǒng)中，它不具備依賴頻率的動態(tài)范圍限幅器，且沒有削波現(xiàn)象，系數(shù)的連續(xù)重新計算將最終導致正常操作條件下的彼此滿意的眼碼型。但是，由于高頻信號削波引入的非線性，兩個在蜂窩電話系統(tǒng)上操作的調制解調器將不斷地“搜索”滿意的濾波器系數(shù)組合，以提供一滿意的眼碼型，并將不會再找到一滿意的組合。
前述的問題采用按照當前發(fā)明的方法可以被解決，它修改了正常情況下被數(shù)字信號處理器使用的均衡算法的操作。具體地，此處由兩個調制解調器試圖解決一不可解決的被削波信號的問題所導致的搜索現(xiàn)象已經(jīng)被展示。因為削波的信號通常是那些具有大振幅，或大相位躍變，或兩者的信號，按照當前發(fā)明，這些信號不是接收調制解調器中數(shù)字信號處理器計算系數(shù)的因素。具體地，均衡算法被修改以忽略在預期削波處點的測量誤差。例如，在一應用中，此處只有大的相位變化的在星座外層的星座點期望被削波，所有小振幅信號，及所有經(jīng)小相位躍變的大振幅信號被用作確定自動均衡器系數(shù)。雖然眼質量監(jiān)視器計算新系數(shù)時將忽略具有大相位變化和大振幅的點，這樣一組合引起的點的事實被考慮，以確定測得點代表那個可能的星座點。具體地，再參考圖16，當測得點1502在大相位變化后具有大振幅變化時，當前發(fā)明通過對測得振幅施用一乘法因子將總是認為測得點1502相應于點1506。這樣，當測得點與可能點比較時，它將被認為相應于星座上的外點。
前述內容可以參考圖17理解，它是按照當前發(fā)明構成的調制解調器內數(shù)字信號處理器的操作的有關部分的流程圖。如圖17所示，接收調制解調器中的數(shù)字信號處理器在處理框1610中測量當前點的相位和振幅，隨后，在判定框1612中，數(shù)字信號處理器比較當前相位和上一個相位間的差，以確定相位變化是否大于相位的最大變化(ΔΦMAX)。相位的最大變化是不可能導致被預加重的并隨后被削波的高頻分量。相位的最大變化在一實施例中可能被置為諸如135°。如果相位變化不大于ΔΦMAX，則在蜂窩系統(tǒng)中的預加重和削波組合不可能導致振幅降低。這樣，這樣一個數(shù)據(jù)點與理想星座點的偏移是自動均衡算法中采用的系數(shù)計算的因素，如同處理框1614中指示的。另一方面，如果，在判定框1612中，數(shù)字信號處理器確定相位變化大于ΔΦMAX，則數(shù)字信號處理器在判定框1616中比較當前點的測得振幅與預定義的最大振幅AMAX以確定是否測得振幅大于AMAX。如果測得振幅不大于AMAX，則數(shù)字信號處理器在處理塊1614中執(zhí)行正常的系數(shù)計算程序，同前。另一方面，如果測得的振幅大于AMAX，則數(shù)字信號處理器旁路系數(shù)計算處理塊1614，并執(zhí)行處理塊1620，在該處當前點的測得振幅被乘以一因子，以調整點到其應當具有但削波的值。在起始的訓練過程期間該因子可以被經(jīng)驗地確定，并按照測得的當前點和上一個點間相位的變化修改。例如，一代表180°相位變化的第一信號將可能較代表150°相位變化的第二信號具有較高頻率分量，且這樣可能較第二個信號更多地被預加重。因此，可以為每一個相位變化計算一離散因子。另一方面，在某些系統(tǒng)中，可以為所有相當大的相位變化計算一個單一因子。
從前述應當理解，大相位變化引起的振幅誤差不允許引起一導致較低眼質量監(jiān)視器的錯誤，并不由于低星座分辨率導致數(shù)據(jù)傳輸速率降低。在另一方面，陸線248的頻率響應導致的振幅和相位差錯將被繼續(xù)檢測并糾正，就象兩個調制解調器只通過陸線被傳統(tǒng)地連接。
作為另一個選擇，系數(shù)計算程序每次可以如圖18中解釋的被執(zhí)行。系數(shù)計算程序或接收原有的相位變化和振幅信息，或，如果振幅和相位變化兩者大干它們相應的最大可接受值，系數(shù)計算程序使用被處理框1620修改的值。
可以看出當前發(fā)明的這個方面可以通過修改數(shù)字信號處理器程序或通過修改控制數(shù)字信號處理器的控制處理器的程序來實際實現(xiàn)。在任一種情況下，不需要對硬件自身的明顯變更。
雖然以上描述的技術明顯地增強了星座分辨率，星座的外點(即，大振幅)仍可能表現(xiàn)出與內星座點的失調振幅變化。例如，一個星座，它在此處只為解釋目的而展示而不必相應于任何實際的調制方案，圖19中展示了具有更嚴重振幅變化的外點，而圖20展示了理想星座。按照普通技術，確定一數(shù)據(jù)點是否屬于一星座點或另一個依賴于置于理想星座點間的門限值。這樣，按照傳統(tǒng)的方法，放在理想點2000，2010間的門限2020外側的一數(shù)據(jù)點被認為屬于點2000。該情況相似于放在理想點2010，2030間半途的門限2040。
按照當前發(fā)明的思想，無論如何，通過動態(tài)振幅門限計算獲得了改善的星座分辨率。當按照當前發(fā)明計算振幅門限值時，在外側星座點中的大振幅變化被考慮。具體地，參考圖19，人們理解屬于外眼1900的數(shù)據(jù)點較屬于中眼1910的數(shù)據(jù)點更接近于理想星座間之間的中間點。該情況相似于中眼1910和內眼1930。這樣，動態(tài)振幅門限1920被放在接近于眼1910，且振幅門限1940被放在接近于眼1930處，以確保數(shù)據(jù)點被分配到正確的星座點。在一具體的實施例中，眼1900與理想星座點間的標準偏差被測量，且中眼1910與理想星座點間的標準偏差也被測量。這些偏差是眼1900，1910振幅變化的指示。這些標準偏差的比率可以被用作從理想外星座點到門限的距離與從門限到中星座點間距離的比率。這樣，按照本發(fā)明教授的內容可以更準確地確定合適的星座點分配。
本領域的一般技術人員將認識到，當前發(fā)明的技術可能以各種不同的按照特定的應用的方法實施而不偏離本發(fā)明的本質和精神。例如，雖然當前發(fā)明基本上參考一模擬蜂窩通信系統(tǒng)被描述，當前發(fā)明教授的內容廣泛地適用于大多數(shù)或所有包括預加重和限幅功能的無線頻率通信系統(tǒng)。此外，調制解調器組240，或其它數(shù)字處理設備內的處理器可以分析收到的信號，并執(zhí)行按照限幅器150已知特性的數(shù)字信號處理以補償限幅器150引入的失真。進而，蜂窩電話220內的預加重電路，和蜂窩局225內的去加重電路可以被停用。限幅器150的結構和程序設計亦可以被修改以保持恒定的增益電平。因此，應當理解前述內容僅僅是解釋性而非約束性的。本發(fā)明的精神和范圍應當根據(jù)附后的權利要求來解釋。
權利要求
1.一在模擬無線通信系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)吞吐量速率的裝置，所述無線通信系統(tǒng)包括具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器和包括具有去加重功能的接收器，該裝置包含位于所述發(fā)送器的去加重器，所述去加重器具有與所述發(fā)送器中所述預加重功能基本上相反的頻譜成形特性的頻譜成形特性，因此所述去加重器基本上抵消了由于所述預加重功能造成的影響；和位于所述接收器中的后加重器，所述后加重器具有與所述接收器中所述去加重器功能相反的頻譜成形特性的頻譜成形特性，因此所述后加重器基本上抵消了由于所述接收器的去加重器功能造成的影響。
2.權利要求1中定義的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
3.一消除作為振幅調制與相位調制，頻率調制或多頻組合編碼的數(shù)據(jù)信號的振幅失真的裝置，其中，所述信號在無線通信系統(tǒng)內傳輸，且其中所述系統(tǒng)包括具有一預加重器功能和一限幅功能的發(fā)送器和包括一具有去加重器功能的接收器，所述發(fā)送器發(fā)送信號至所述接收器，所述裝置包含頻譜成形該數(shù)據(jù)信號的去加重器，并提供頻譜成形后的數(shù)據(jù)信號作為到所述發(fā)送器的輸入被發(fā)送到所述接收器；和一后加重器，從所述接收器接收收到的信號，并頻譜成形所述收到的信號，以恢復所述數(shù)據(jù)信號。
4.權利要求3中定義的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
5.消除作為振幅調制與相位調制，頻率調制或多頻組合編碼的數(shù)據(jù)信號的振幅失真的方法，其中所述信號在無線通信系統(tǒng)中傳輸，且其中所述系統(tǒng)包括一具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器，及包括一具有去加重功能的接收器，該方法包括如下步驟在輸入所述數(shù)據(jù)信號到所述發(fā)送器之前，頻譜成形所述數(shù)據(jù)信號，以抵消在所述發(fā)送器中的所述預加重功能產(chǎn)生的頻譜成形；和頻譜成形所述接收器重新產(chǎn)生的所述數(shù)據(jù)信號，以抵消在所述接收器中所述去加重功能施加的頻譜成形。
6.權利要求5中定義的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
7.增加模擬無線通信系統(tǒng)上傳送數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的方法，所述無線通信系統(tǒng)具有一發(fā)送器和一接收器，其中，發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能，所述方法包含如下步驟如果將被發(fā)送的所述信息為數(shù)據(jù)信息，則開放限幅器補償設備，其中所述限幅器補償設備使在該發(fā)送器中的所述限幅功能的有效增益保持恒定。
8.權利要求7中定義的方法，其中開放一限幅器補償設備的步驟導致所述限幅器補償設備提供一恒定振幅導頻信號，其中每當發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，所述導頻音調被開放時，在所述發(fā)送器中的所述限幅功能的增益總是被所述導頻信號的振幅確定。
9.權利要求7中定義的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
10.增加模擬無線通信系統(tǒng)上所傳輸數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的方法，所述無線通信系統(tǒng)具有發(fā)送器和接收器，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能，所述方法包含如下步驟每當將被發(fā)送的所述信息是數(shù)據(jù)信息信號時，信號處理所述信息，其中如果該限幅功能的有效增益為常數(shù)，所述信號處理具有在接收器處生成一基本上和出現(xiàn)在接收器處的信號相同的輸出信號的效果。
11.權利要求10中定義的方法，其中所述該信號處理步驟包含模擬信號處理。
12.權利要求10中定義的方法，其中所述信號處理步驟包含如下步驟在向所述發(fā)送器內的所述預加重器功能輸入所述輸入數(shù)據(jù)信號之前，去加重一輸入數(shù)據(jù)信號，以防止由于所述數(shù)據(jù)信息信號的高頻分量過度加重導致的該數(shù)據(jù)信息信號的限幅；和在所述接收器內，后加重一由所述去加重器功能輸出的輸出數(shù)據(jù)信號，以生成一重構的輸入數(shù)據(jù)信號。
13.權利要求10中定義的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
14.增加模擬無線通信系統(tǒng)上所傳輸數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的方法，所述無線通信系統(tǒng)具有一發(fā)送器和一接收器，所述發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能，所述方法包含如下步驟每當所述被發(fā)送的信息包含數(shù)據(jù)時，旁路在所述發(fā)送器中的所述限幅功能。
15.權利要求14中定義的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
16.增加模擬無線通信系統(tǒng)上所傳數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)具有一發(fā)送器和一接收器，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能，所述裝置包括一限幅器補償電路，每當在所述無線通信系統(tǒng)上發(fā)送的所述信息包含數(shù)據(jù)時，它保持在所述發(fā)送器中的所述限幅功能的增益恒定。
17.權利要求16中定義的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)為一蜂窩電話系統(tǒng)。
18.增加模擬無線通信系統(tǒng)上所傳數(shù)據(jù)信息的吞吐量速率的裝置，所述無線通信系統(tǒng)具有一發(fā)送器和一接收器，其中發(fā)送器具有預加重功能和限幅功能，而接收器具有去加重功能，所述裝置包括位于所述發(fā)送器處的去加重器，每當數(shù)據(jù)信息在所述模擬通信系統(tǒng)上被發(fā)送時它被打開，所述去加重器的運作抵消了所述發(fā)送器內的所述預加重功能的影響；和位于該接收器處的后加重器，每當數(shù)據(jù)信息在所述模擬通信系統(tǒng)上被發(fā)送時它被打開，所述后加重器的運作抵消了所述接收器內的所述去加重功能的影響。
19.權利要求18中定義的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
20.減少經(jīng)話音和數(shù)據(jù)信號在其中通信的無線通信系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中振幅失真的裝置，所述通信系統(tǒng)包括一具有預加重功能和限幅功能的發(fā)送器，及包括一具有去加重功能的接收器，所述發(fā)送器發(fā)送信號至所述接收器，所述裝置包括一導頻信號發(fā)生器，它生成一恒定振幅，恒定頻率的導頻音調；一組合器電路，它結合所述數(shù)據(jù)信號和所述導頻音調，形成一具有數(shù)據(jù)分量和導頻分量的合成信號，所述合成信號作為到所述發(fā)送器的輸入被提供，由于所述合成信號的所述導頻分量在所述發(fā)送器內的所述限幅功能的增益被維持恒定；和一濾波器，它從所述接收器接收一接收器輸出信號，并濾除所述接收器從所述發(fā)送器收到的所述合成信號中的所述導頻分量。
21.權利要求20中定義的裝置，其中所述濾波器包含一具有在所述導頻音調的所述頻率處陷波的陷波濾波器。
22.權利要求20中定義的裝置，其中所述導頻信號發(fā)生器生成一具有大于所述數(shù)據(jù)信號的最高頻率分量的頻率的導頻音調。
23.權利要求20中定義的裝置，其中所述導頻信號發(fā)生器生成一具有至少等于所述數(shù)據(jù)信號的最高振幅的振幅的導頻音調。
24.權利要求20中定義的裝置，其中所述無線通信系統(tǒng)是一蜂窩電話系統(tǒng)。
25.一改進的在蜂窩通信系統(tǒng)上發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，傳統(tǒng)上在發(fā)送器中具有預加重功能和限幅功能，及在接收器中具有去加重功能，所述預加重功能，所述限幅功能和所述去加重功能一道在具有采用振幅調制與相位調制，頻率調制或多頻組合編碼的數(shù)字信息的模擬信號中引入了失真，本改進包括具備用所述模擬信號調制一載波頻率的調制器的發(fā)送器，所述發(fā)送器被構造成沒有所述預加重功能和所述限幅功能；和具有解調所述載波頻率以恢復所述模擬信號的檢測電子電路的接收器，所述接收器未用所述去加重功能構造。
26.在蜂窩通信系統(tǒng)上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的方法，系統(tǒng)傳統(tǒng)上具有發(fā)送器中的預加重功能和限幅功能及接收器中的去加重功能，所述預加重功能，所述限幅功能和所述去加重功能一道在具有使用振幅調制聯(lián)同相位調制，頻率調制或多頻組合編碼的數(shù)字信息的模擬信號中引入了失真，本方法包含如下步驟關閉所述發(fā)送器中的所述預加重功能和所述限幅功能；并關閉所述接收器中的所述去加重功能。
27.權利要求26中定義的方法，其中所述關閉所述預加重功能和所述限幅功能及關閉所述去加重功能的步驟包括如下步驟不用所述預加重功能和所述限幅功能制造所述發(fā)送器；且不用所述去加重功能制造所述接收器。
28.改進通過電話線路連接到中心局的調制解調器的數(shù)據(jù)傳輸特性的方法，其中所述電話線路的頻譜特性可能隨呼叫而變化，且其中被該調制解調器發(fā)送的信號的頻譜特性可以被改變，所述方法包含如下步驟從所述調制解調器向所述中心局發(fā)送一第一信號，所述第一信號具有一第一頻率和一第一被發(fā)送振幅；從所述調制解調器向所述中心局發(fā)送一第二信號，所述第二信號具有一大于所述第一頻率的第二頻率和一第二被發(fā)送振幅；所述調制解調器從所述中心局接收一第一回波，所述第一回波具有響應所述第一被發(fā)送振幅及進而響應在所述第一頻率處的所述電話線路的衰減特性的一第一收到振幅；所述調制解調器從所述中心局接收一第二回波，所述第二回波具有響應所述第二被發(fā)送振幅和進而響應所述第二頻率處所述電話線路的衰減特性的一第二收到振幅；根據(jù)所述第一收振幅和所述第二接收振幅計算所述第一和第二頻率間的頻率滾降；并調整被所述調制解調器發(fā)送的所述信號的頻譜特性，以補償所述頻率滾降。
29.權利要求28中定義的方法，其中，所述第一和第二被發(fā)送振幅基本上相等。
30.調整第一調制解調器的頻譜特性的方法，第一調制解調器通過至少在所述通信鏈路的一部分包括一具有未知頻譜特性的陸線的通信鏈路向第二調制解調器發(fā)送數(shù)據(jù)，且其中所述數(shù)據(jù)信號包含至少一載波信號的振幅和相位調制，所述振幅和相位調制在該第二調制解調器處形成一信號星座，此處在所述信號星座上預定義的點代表二進制數(shù)據(jù)的組合，所述預定義點在所述通信鏈路呈現(xiàn)非理想頻譜特性時，具有變化的相位和振幅，所述方法包括如下步驟在所述第二調制解調器處測量所述信號星座的眼質量，所述眼質量是表示在所述信號星座上一二進制數(shù)據(jù)組合的被測點與所述信號星座上所述二進制數(shù)據(jù)組合的理想點間的偏離的值；從所述第二調制解調器向所述第一調制解調器傳輸所述眼質量值；在監(jiān)視來自所述第二調制解調器的眼質量值時，調整從所述第一調制解調器被發(fā)送的所述數(shù)據(jù)信號的頻譜特性；和選擇從所述第一調制解調器向所述第二調制解調器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號的頻譜特性，以期較可取的眼質量值。
31.權利要求30中定義的方法，其中所述較可取的眼質量值是由所述第二調制解調器在所述頻譜特性被調整時測得的最大眼質量值。
32.補償?shù)谝徽{制解調器通過一模擬通信鏈路從第二調制解調器收到數(shù)據(jù)信號的變化頻譜特性的方法，其中所述數(shù)據(jù)信號包含至少一個載波信號的振幅和相位調制，所述振幅和相位調制在所述第二調制解調器處形成信號星座，其中在所述信號星座上的預定義點代表二進制數(shù)據(jù)的組合，所述信號星座在所述第二調制解調器和所述第一調制解調器間的所述通信鏈路的非理想頻譜特性時，包括具有不同于所述預定義點相位和振幅的變化相位和振幅的點，所述非理想頻譜特性包括所述數(shù)據(jù)信號部分的非線性振幅限幅，所述方法包含如下步驟在所述第一調制解調器中生成所述數(shù)據(jù)信號星座，以提供一具有相應振幅和相位的第一多個數(shù)據(jù)點；檢測包括在具有完全不同于所述預定義點的振幅的所述第一多個點的第二多個點，以指示生成所述第二多個點的數(shù)據(jù)信號的振幅已經(jīng)被非線性限幅；使用來自包括在所述第一多個點但不包括在所述第二多個點中的第三多個點的振幅測量計算所述第一調制解調器的頻譜成形特性；和修改所述第一調制解調器的所述頻譜成形特性，以使第三多個點具有更接近于所述預定義點的相應相位和振幅的相位和振幅。
33.權利要求32中定義的方法，其中所述計算頻譜成形特性的步驟進而包括，用一按照第二多個點之一和上一個點間的相位變化改變的因子乘以第二多個點之一，以生成一修改的振幅的步驟，所述修改后的振幅被用于計算所述頻譜成形特性。
34.在通過一模擬通信鏈路從第二調制解調器接收數(shù)據(jù)信號的第一調制解調器的數(shù)據(jù)信號星座中確定振幅門限的方法，其中所述數(shù)據(jù)信號包含至少一載波信號的振幅和相位調制，所述振幅和相位調制在所述第一調制解調器處形成所述數(shù)據(jù)信號星座，其中在所述數(shù)據(jù)信號星座上的預定義點代表二進制數(shù)據(jù)的組合，所述第一調制解調器建立具有相象相位和不同振幅的點間所述數(shù)據(jù)信號星座上多個振幅門限，其中具有小于所述門限之一振幅的點被所述調制解調器認為是第一數(shù)據(jù)組合，且其中具有大于所述門限之一的振幅的點被認為是第二數(shù)據(jù)組合，所述多個振幅門限基本上處于在相似相位處相臨點的振幅中間，所述數(shù)據(jù)信號星座在所述通信鏈路呈現(xiàn)非理想頻譜特性時，包括具有不同于所述預定義點的相位和振幅的變化相位和振幅的點，所述非理想頻譜特特性包括所述數(shù)據(jù)信號部分的非線性振幅限幅，所述方法包含如下步驟測量具有可預測的預定振幅和相位變化的已知數(shù)據(jù)組合的振幅和相位變化；確定每個相位變化的每個可預測振幅的測量振幅的范圍，每個范圍具有一上限和一下限；為每個可預測的預定義振幅建立一相應的新門限值，以使所述新的門限值在所述可預測的預定義振幅的測量振幅的所述范圍的下限之下，及在一較低可預測的預定義振幅處的一相鄰點的測量振幅的所述范圍的上限之上；和每當從所述第二調制解調器接收未知數(shù)據(jù)時，使用所述新門限值確定那一個所述預定義點被所述未知數(shù)據(jù)表示。
35.在信號星座中辨別數(shù)據(jù)點的方法，所述信號星座具有在各種相位和振幅處的理想點，所述星座具有一依賴發(fā)送調制解調器和接收調制解調器間數(shù)據(jù)交換速率的配置，所述發(fā)送調制解調器和所述接收調制解調器通過具有導致所述數(shù)據(jù)點與所述理想點的振幅偏差的非理想特性的通信鏈路進行通信，所述方法包含如下步驟確定一具有在各種相位角處分別相應于較小和較大振幅的內和外理想點的信號星座配置；從所述發(fā)送調制解調器向所述接收調制解調器發(fā)送具有相位和振幅特性的數(shù)據(jù)；根據(jù)所述相位和振幅特性向所述數(shù)據(jù)分配在所述信號星座中的數(shù)據(jù)點位置；測量所述數(shù)據(jù)點與所述理想點的所述振幅偏差；根據(jù)測得的所述數(shù)據(jù)點與所述內點和外點的振幅偏差，動態(tài)調整所述內和外點間振幅門限值，以生成調整后的門限；和根據(jù)所述動態(tài)調整的門限將輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點分配到理想星座。
36.權利要求35中定義的方法，其中所述動態(tài)調整后的門限的每一個被選擇，以使一相應理想內點和所述門限間的振幅差與所述門限和相應理想外點間的振幅差間的比率基本上等于所述測得內數(shù)據(jù)點與所述理想內點間的標準偏差和所述測得外數(shù)據(jù)點所述理想外點間的標準差的比率。
37.權利要求35中定義的方法，其中測量所述振幅偏差的該步驟包含，從所述發(fā)送調制解調器向所述接收調制解調器發(fā)送已知數(shù)據(jù)的步驟，因此所述理想內點和所述理想外點是可預測的。
38.補償?shù)谝徽{制解調器通過一模擬通信鏈路從第二調制解調器收到的數(shù)據(jù)信號的變化的頻譜特性的方法，其中所述數(shù)據(jù)信號包含至少一個載波信號的振幅和相位調制，所述振幅和相位調制形成了該第一調制解調器處的信號星座，其中在所述信號星座上的預確定點代表二進制數(shù)據(jù)的組合，所述信號星座包含外點和內點，所述外點具有大于所述內點的振幅，所述信號星座在所述第二調制解調器和該第一調制解調器間的該通信鏈路呈現(xiàn)非理想頻譜特性時，包括具有不同于所述預確定點的相位和振幅的變化相位和振幅的點，所述非理想頻譜特性包括所述數(shù)據(jù)信號部分的非線性振幅限幅，所述方法包含如下步驟在所述第一調制解調器中生成所述數(shù)據(jù)信號星座，以提供具有相應振幅和相位第一多個數(shù)據(jù)點，所述第一多個點包含所述內點和外點；識別所述第一多個點的第二多個點，所述第二多個點包含由于比選定的相位變化大的相位變化而引起的所述外點中的選定點，所述第二多個點具有近似已被限制的振幅；識別第三多個點，所述第三多個點包含被包括在所述第一多個點但不包括在所述第二多個點中的點；和在第三多個點上執(zhí)行自動均衡，所述自動均衡這樣被執(zhí)行而基本上未被第二多個點的振幅影響。
全文摘要
一個降低通過蜂窩模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號的振幅失真的系統(tǒng)和方法以幾種形式被具體實現(xiàn)。在一個實施例中，蜂窩系統(tǒng)的預加重(130)和去加重(170)功能被互補的預加重(320)和后加重(370)功能抵消以用限幅器(150)排除數(shù)據(jù)信號的高頻成分削波。可選地，限幅器電路(150)在發(fā)送數(shù)據(jù)信號時可選擇被旁路。
文檔編號H04L27/36GK1131496SQ94193440
公開日1996年9月18日 申請日期1994年7月14日 優(yōu)先權日1993年7月28日
發(fā)明者M·G·多蘭 申請人:塞勒里塔斯技術有限公司