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


圖1中方塊圖代表根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同時(shí)傳送語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送電路；圖2中方塊圖代表圖1發(fā)送電路中對(duì)語音矢量信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重的電路；圖3中方塊圖代表根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的接收電路；圖4中方塊圖代表對(duì)從圖3接收電路所用的預(yù)編碼數(shù)字信號(hào)中分離出來的語音矢量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臑V波器；圖5表示出了映射器產(chǎn)生的信號(hào)；圖6表示出了預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；圖7表示出了依據(jù)本發(fā)明組合傳輸?shù)恼Z音和數(shù)據(jù)信號(hào)；圖8表示出了經(jīng)本發(fā)明接收電路接收并濾波后組合的語音和數(shù)據(jù)信號(hào)；下面將通過對(duì)附圖的詳細(xì)介紹使讀者對(duì)本發(fā)明有一個(gè)更加清楚的認(rèn)識(shí)。圖1描述了發(fā)送電路的結(jié)構(gòu)。這是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的同步語音/數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的一部分，用數(shù)字100來標(biāo)識(shí)。
模擬的語音信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)例如由用戶送入始發(fā)調(diào)制解調(diào)器中。在編碼器101中對(duì)模擬語音信號(hào)進(jìn)行處理，例如可以采用傳統(tǒng)的編碼技術(shù)產(chǎn)生語音矢量信號(hào)和數(shù)字語音控制信號(hào)，其中控制信號(hào)提供了與模擬語音信號(hào)編碼有關(guān)的信息。用戶輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)和語音控制信號(hào)被輸入到先入先出(FIFO)緩沖器102中，在這里兩種信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用處理，多路復(fù)用信號(hào)的某些預(yù)定數(shù)據(jù)位被分別送往外殼映射器104、差分編碼器106或映射器108。實(shí)際上，預(yù)先選擇哪些數(shù)據(jù)位送往哪個(gè)單元是無關(guān)緊要的，只要我們?cè)谏a(chǎn)中固定尋址路徑(routing)或統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(或至少相對(duì)于收/發(fā)端來說尋址路徑是固定的)，那么每一個(gè)調(diào)制解調(diào)器都會(huì)把相同的數(shù)據(jù)位定位到相同的單元?？梢灶A(yù)見，在上面的例子中，先(及時(shí))完成編碼的數(shù)據(jù)位將被送入外殼映射器104中，因?yàn)橥鈿び成淦鲗⒈绕渌鼏卧ǜ嗟臅r(shí)間處理數(shù)據(jù)。因此，外殼映射器104將用來處理高速傳輸下的分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，對(duì)它們進(jìn)行映射使數(shù)據(jù)傳輸以最有效的方式進(jìn)行。在高速傳輸?shù)那闆r下有可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，比如在3200Hz符號(hào)速率下(也就是每秒傳輸3200個(gè)符號(hào))。對(duì)于傳輸速率是14.4Kbps的調(diào)制解調(diào)器，那么每秒傳送3200個(gè)符號(hào)不能整除傳輸允許的14.4K每秒，在這種情況下將得到分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位，結(jié)果是用4比特傳輸一個(gè)符號(hào)。這時(shí)，外殼映射器104將在8個(gè)符號(hào)楨上相應(yīng)地映射該分?jǐn)?shù)位，這樣映射的數(shù)據(jù)在8個(gè)符號(hào)周期中傳送36比特或在每個(gè)符號(hào)周期中平均傳輸4個(gè)比特，如果傳輸過程中不需要分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)位映射，那么外殼映射器104將不起特別的作用，輸入數(shù)據(jù)直接被送往映射器108。
通過在編碼器101中對(duì)模擬語音信號(hào)進(jìn)行處理而獲得的語音控制信號(hào)，被通過先入先出(FIFO)緩沖器102直接送到映射器108中。映射器108對(duì)接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行映射和旋轉(zhuǎn)，并從中選出四個(gè)預(yù)定數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4。這四個(gè)數(shù)據(jù)位定義了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)控制符號(hào)或標(biāo)志(token)，用來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的旋轉(zhuǎn)量。R1、R2定義了第一個(gè)兩位旋轉(zhuǎn)符號(hào)，它們是從通過差分編碼器106的數(shù)據(jù)中選出的。R3代表的旋轉(zhuǎn)位是從由FIFO緩沖器102傳到映射器108的數(shù)據(jù)中選出的。旋轉(zhuǎn)位R4是從網(wǎng)格編碼器(trellis encoder)32送來的反饋符號(hào)，用來完成對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的預(yù)編碼(參見下文)。這種映射方法是目前被廣泛采用的，本文無需贅述。數(shù)據(jù)位R3與R4定義了第二個(gè)旋轉(zhuǎn)符號(hào)。
所述的由R1、R2、R3、R4定義的旋轉(zhuǎn)控制符號(hào)被從映射器108送往旋轉(zhuǎn)器112中，對(duì)模擬語音信號(hào)編碼產(chǎn)生的語音矢量信號(hào)也被送入旋轉(zhuǎn)器112中。在這里，語音矢量信號(hào)的旋轉(zhuǎn)根據(jù)所選的位R1、R2、R3、R4的旋轉(zhuǎn)信息進(jìn)行的。就象上文提到的，這四個(gè)數(shù)據(jù)位記載了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)在映射器108中的旋轉(zhuǎn)量。因此，語音矢量信號(hào)的旋轉(zhuǎn)完全依據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的旋轉(zhuǎn)；如果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)不旋轉(zhuǎn)，那么旋轉(zhuǎn)器112對(duì)語音矢量信號(hào)也不作旋轉(zhuǎn)。
經(jīng)映射器108映射旋轉(zhuǎn)后的代碼化數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被送往預(yù)編碼器20，與高頻脈動(dòng)信號(hào)在這里組合。圖5顯示了映射后數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)集(constellation)，包括映射器108輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)和語音控制信號(hào)；該信號(hào)在圖1中用“1”標(biāo)志。圖中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被表示為離散的點(diǎn)集。
在預(yù)編碼器20電路中，從映射器108送來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被送入濾波器22中，該濾波器可以是有限脈沖響應(yīng)(FIR，F(xiàn)inite ImpulseResponse)濾波器和舍入單元(round-off device)的組合。濾波器22的輸出被送入舍入單元24中，在這里，濾波器的輸出經(jīng)舍入處理成為有預(yù)定數(shù)據(jù)位的整數(shù)值。這為發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器提供了對(duì)稱性有助于接收端調(diào)制解調(diào)器以正確的順序來解碼。如果信號(hào)在濾波器22中已經(jīng)進(jìn)行了舍入處理，那么舍入單元24將不對(duì)濾波器輸出起作用。舍入單元24的輸出被送往量化器26和減法器28的負(fù)(反相)輸入端。在量化器26中，舍入單元24的輸出經(jīng)量化生成一個(gè)高頻脈動(dòng)矢量(dither vector)。這個(gè)脈動(dòng)矢量被送加法器30與送入預(yù)編碼器20的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)相加。加法器30的輸出將被送往減法器28的正相輸入端，與舍入單元24的輸出信號(hào)相減，產(chǎn)生預(yù)編碼器20的輸出信號(hào)x(n)，該信號(hào)在圖1中被標(biāo)識(shí)為“2”，并在圖6進(jìn)行圖示。當(dāng)然，減法器28的輸出也被送入濾波器22。
預(yù)編碼器20的作用是使信號(hào)傳輸功率保持一個(gè)平滑的功率譜分布，這樣在通信信道的接收端就可以得到更高的信號(hào)電平。預(yù)編碼器20把量化器26產(chǎn)生的脈動(dòng)矢量信號(hào)組合到傳輸信號(hào)上，這樣可以控制信號(hào)的幅度在正常或需要的功率允許范圍內(nèi)。量化器26進(jìn)而可以限制高頻脈動(dòng)矢量的幅度，從而減小傳輸信號(hào)的失真，并使數(shù)據(jù)能以較高的功率傳輸。
量化器26的輸出也被送到模數(shù)編碼器36中，它能對(duì)預(yù)編碼信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行校正。加法器30的輸出也被輸入到符號(hào)-比特轉(zhuǎn)換器38中。預(yù)編碼器在操作的不同階段中產(chǎn)生的中間信號(hào)被送入模數(shù)編碼器36和符號(hào)-比特轉(zhuǎn)換器38中，經(jīng)處理后送到網(wǎng)格編碼器32。網(wǎng)格編碼技術(shù)是大家所熟悉的，產(chǎn)生的網(wǎng)格輸出信號(hào)，被反饋到映射器108作為旋轉(zhuǎn)符號(hào)R4。
值得一提的是，在反饋環(huán)路中設(shè)置預(yù)編碼器20和網(wǎng)格編碼器32可以減小信號(hào)在數(shù)據(jù)集上的擴(kuò)展，并減小組合到數(shù)據(jù)信號(hào)上的高頻脈動(dòng)矢量的幅度。此外，網(wǎng)格編碼器32還向映射器提供冗余位選作旋轉(zhuǎn)位R4，以改善性能，并且加入到外殼映射器104所處理的發(fā)送的分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)中。
圖6顯示了預(yù)編碼器20的輸出信號(hào)x(n)的數(shù)據(jù)集，該信號(hào)即圖1中標(biāo)為“2”的信號(hào)。預(yù)編碼器能有效地填充該發(fā)送的數(shù)據(jù)集，并組合上高頻脈動(dòng)矢量(用一個(gè)矢量來描述)以減小和補(bǔ)償傳輸信道中的噪聲。這樣能有效地削弱信道噪聲，在較差的信道中將能獲得1-2dB的信號(hào)改善。
經(jīng)過預(yù)編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)x(n)被送往加法器114，在這里，它與編碼器101產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)語音矢量信號(hào)組合。圖7表示了加法器114輸出的組合的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和語音矢量信號(hào)，在圖1中標(biāo)識(shí)為“3”。如圖所示，語音矢量的起點(diǎn)被平移到所組合的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)矢量上。在傳統(tǒng)的語音/數(shù)據(jù)傳輸中，語音信號(hào)的功率是受到限制的，如圖所示，語音信號(hào)矢量的末端不能超出它起始端所在的象限，這減小了接收端的解碼誤差。在語音矢量信號(hào)與預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)組合的同時(shí)，脈動(dòng)矢量也被組合上去，它可以有效地移動(dòng)語音矢量信號(hào)；但是，這種移動(dòng)使語音矢量信號(hào)的末端有可能進(jìn)入另一個(gè)象限，在傳統(tǒng)的同步語音/數(shù)據(jù)傳輸中將在接收端造成一個(gè)解碼錯(cuò)誤；但是在本發(fā)明中，這種錯(cuò)誤不會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵诮獯a前將從語音矢量信號(hào)中減去脈動(dòng)矢量，使語音矢量信號(hào)移位回到原來的象限和幅度。無論怎樣，加法器114產(chǎn)生的語音和數(shù)據(jù)的組合信號(hào)都將依次通過非線性編碼器116和調(diào)制器117，信號(hào)依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)編碼或調(diào)制后傳輸給遠(yuǎn)地接收端的調(diào)制解調(diào)器。
圖2表示出了預(yù)加重電路111，它可以有選擇地引入到圖1的發(fā)送電路中，用以對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼或預(yù)加重，當(dāng)然，這是在語音矢量信號(hào)與預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)組合之前進(jìn)行的。實(shí)際上，它與上文提到的數(shù)據(jù)預(yù)編碼器具有相似的功能，可以用來改善在接收電路中濾波和解碼之后得到的語音矢量信號(hào)的頻率響應(yīng)。在圖2中，預(yù)加重電路連接為反饋環(huán)路，位于旋轉(zhuǎn)器112和加法器114之間。在電路111中，從旋轉(zhuǎn)器112傳來的語音矢量信號(hào)被輸入到加法器113中，其輸出將被送往加法器114和濾波器115，例如有限脈沖響應(yīng)濾波器和舍入單元的組合。濾波器115對(duì)旋轉(zhuǎn)語音矢量信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的信號(hào)反饋到加法器113以與旋轉(zhuǎn)語音矢量信號(hào)相加，這樣就完成了對(duì)旋轉(zhuǎn)語音矢量信號(hào)的預(yù)加重處理?？梢栽跒V波器115的輸出和加法器113之間插入一個(gè)語音矢量調(diào)制器117，接收濾波器115的濾波信號(hào)，并對(duì)旋轉(zhuǎn)的語音矢量信號(hào)提供進(jìn)一步的調(diào)制和預(yù)加重。在圖1發(fā)送電路中加入預(yù)加重電路111的負(fù)效應(yīng)是會(huì)使傳輸信號(hào)的功率有所增加，但是，由于預(yù)加重顯著地改善了接收器中接收信號(hào)的頻率響應(yīng)，因此我們完全可以忽略這點(diǎn)小小的影響。
在遠(yuǎn)地或接收調(diào)制解調(diào)器中(見圖3)，從通信信道傳輸來的信號(hào)依次通過均衡器118和非線性解碼器120，接收調(diào)制解調(diào)器采用現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)技術(shù)和相應(yīng)的發(fā)送電路使用的編碼方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行均衡和解碼。非線性解碼器120的輸出信號(hào)在圖3中標(biāo)識(shí)為“3”，圖7顯示出了該輸出信號(hào)，它與發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器100中非線性編碼器116的輸入信號(hào)相同。
經(jīng)解碼器120解碼后的信號(hào)被送入一個(gè)噪聲均化(白化)濾波器122(noise whitening filter)，例如一個(gè)FIR濾波器和舍入單元組合，它把高頻脈動(dòng)矢量去掉，輸出含有一群特征點(diǎn)集的信號(hào)，這些點(diǎn)代表預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和語音矢量信號(hào)，該信號(hào)在圖3中標(biāo)識(shí)為“4”，圖8顯示了這些點(diǎn)的分布。噪聲均化濾波器122接成前饋(feed-forward)方式，它的濾波輸出信號(hào)與非線性解碼器120的輸出在加法器123中相加。圖8比圖5出現(xiàn)了更多的點(diǎn)，而圖5是信號(hào)在傳輸預(yù)編碼前的數(shù)據(jù)集，這說明預(yù)編碼過程中預(yù)編碼器往數(shù)據(jù)集中填入了“人造”的信號(hào)點(diǎn)。預(yù)編碼器恢復(fù)電路能識(shí)別并移去圖8數(shù)據(jù)集中的人造點(diǎn)，有關(guān)移去這些多余點(diǎn)的技術(shù)在現(xiàn)行的采用預(yù)編碼和預(yù)編碼器恢復(fù)的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中是成熟的，從圖8還可以看到，語音矢量信號(hào)被移入單一象限中，而不會(huì)再進(jìn)入第二個(gè)象限。這應(yīng)歸功于該濾波器成功地移去或減掉了高頻脈動(dòng)矢量。上文曾經(jīng)提到，在圖1的發(fā)送電路中加入預(yù)加重電路111平滑了傳輸信號(hào)，因而補(bǔ)償了噪聲均化濾波器122的影響。如果發(fā)送端沒有預(yù)加重，那么濾波器122將會(huì)對(duì)沒有加重(或沒有編碼)的語音矢量信號(hào)進(jìn)行去加重或解碼，這將對(duì)結(jié)果造成一定的影響。
濾波器122的輸出被送往維特比(Viterbi)解碼器124和均衡延遲線126。維特比解碼器124檢測(cè)和識(shí)別出語音/數(shù)據(jù)信號(hào)的旋轉(zhuǎn)量，即發(fā)送電路用來旋轉(zhuǎn)語音矢量信號(hào)的所選數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4，所定義的旋轉(zhuǎn)量并產(chǎn)生相應(yīng)的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)。延遲線126與維特比解碼器124是并聯(lián)的，它有效地補(bǔ)償了在維特比解碼器中處理和生成反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)所帶來的延遲。上文曾提到，發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器對(duì)信號(hào)矢量進(jìn)行正常旋轉(zhuǎn)變換是為了有效地抵抗傳輸信道的噪聲干擾；如果發(fā)送端沒有對(duì)信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，那么信號(hào)將很容易受到傳輸信道的干擾；輸入發(fā)送端旋轉(zhuǎn)器112的數(shù)據(jù)位R1、R2、R3、R4將不對(duì)語音信號(hào)產(chǎn)生影響，維特比解碼器124將不對(duì)信號(hào)作任何修改而直接傳給限幅器128(slicer)。
限幅器128的兩個(gè)輸入分別來自維特比解碼器124以及經(jīng)過均衡延遲線126的延遲信號(hào)，該信號(hào)與發(fā)送電路中加法器123的輸出是相同的。限幅器128由語音矢量信號(hào)中分離出數(shù)據(jù)信號(hào)，并將分離出的數(shù)據(jù)信號(hào)送往預(yù)編碼重建電路130和減法器132的負(fù)反相輸入端。
圖8中數(shù)據(jù)集中的離散點(diǎn)集代表由限幅器128分離出的數(shù)據(jù)信號(hào)，該信號(hào)被送到預(yù)編碼恢復(fù)電路130-它采用現(xiàn)有的現(xiàn)有技術(shù)重新恢復(fù)送到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器預(yù)編碼器20的數(shù)據(jù)信號(hào)，圖8的數(shù)據(jù)集與圖5相比多了一些“人造”信號(hào)點(diǎn)，如前所述，恢復(fù)電路能識(shí)別出這些點(diǎn)。更具體來說，輸入到恢復(fù)電路130的信號(hào)，在通過了減法器156后，被輸入到濾波器154中，該濾波器可以是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器和舍入單元的組合，其輸出被反饋到減法器156與限幅器128的輸出信號(hào)相減。同時(shí)濾波器154的輸出被依次送入模數(shù)解碼器158(modulo decoder)和加法器160中，在加法器160中，它與減法器156的輸出信號(hào)組合。加法器的輸出被送入限幅器140中，該限幅器將移去被預(yù)編碼器恢復(fù)電路130所識(shí)別出的“人造”信號(hào)點(diǎn)，并補(bǔ)償維特比解碼器124產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)。
經(jīng)均衡延遲線126的延遲信號(hào)被輸入到減法器132的正向或非反相輸入端，與由限幅器128送入負(fù)(反相)端的數(shù)據(jù)信號(hào)相減。相減后的語音矢量信號(hào)與經(jīng)限幅器140補(bǔ)償后的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)一起被送入反向旋轉(zhuǎn)電路150中，該電路有效地對(duì)語音矢量信號(hào)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)處理。使用經(jīng)限幅器140補(bǔ)償后的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)，能有效地補(bǔ)償反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)-影響已由恢復(fù)電路130所識(shí)別出來的信號(hào)的“人造”位。
圖4中的濾波電路129可以有選擇性地被插入到圖3中的減法器132和反向旋轉(zhuǎn)器150中間，它可以補(bǔ)償噪聲均化濾波器122對(duì)語音矢量信號(hào)的影響。當(dāng)發(fā)送電路中不包含預(yù)加重電路111時(shí)(參見圖2)，則應(yīng)使用該濾波電路。這兩個(gè)電路在傳輸信道的兩端起著相同的作用，兩者的相互替換只是設(shè)計(jì)上的選擇，比如可以在工業(yè)上制定標(biāo)準(zhǔn)來確定它。濾波電路129包括一個(gè)濾波器133，它可以是有限頻率響應(yīng)(FIR)濾波器和舍入單元的組合，它接收并過濾送往旋轉(zhuǎn)器150的語音矢量信號(hào)，經(jīng)濾波后的輸出信號(hào)在減法器131中，與減法器132的輸出信號(hào)相減。補(bǔ)償后的信號(hào)被送往濾波器133和旋轉(zhuǎn)器150。
讓我們?cè)倩氐綀D3，在反向旋轉(zhuǎn)器150中根據(jù)限幅器140輸出的補(bǔ)償過的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)，對(duì)語音矢量信號(hào)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)處理。然后，語音矢量信號(hào)被送往解碼器152，采用傳統(tǒng)的語音信號(hào)解碼技術(shù)進(jìn)行解碼，可以復(fù)原得到輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始模擬語音信號(hào)。
限幅器40輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)被送往逆映射器142、外殼逆映射器或差分編碼器146，最后通過一個(gè)先入先出FIFO緩沖器148，輸出復(fù)原得到的輸入發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。
如上所述，按本發(fā)明構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器能同時(shí)接收和傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào)。在使用中，模擬語音信號(hào)被輸入到調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送電路100中，經(jīng)傳統(tǒng)的語音信號(hào)編碼技術(shù)處理，產(chǎn)生語音矢量信號(hào)和表示或代表對(duì)語音信號(hào)編碼所用編碼表的控制信號(hào)。同時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)也被從另一輸入端輸入到調(diào)制解調(diào)器，采用傳統(tǒng)高速調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)編碼方式進(jìn)行處理，當(dāng)然，在本發(fā)明中還應(yīng)進(jìn)行預(yù)編碼。語音控制信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)在先入先出FIFO緩沖器102中進(jìn)行多路復(fù)用處理，然后依次進(jìn)行映射、旋轉(zhuǎn)和預(yù)編碼。
映射器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射旋轉(zhuǎn)以便傳輸，并從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)中預(yù)先選出4個(gè)數(shù)據(jù)位來定義數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的旋轉(zhuǎn)量。選中的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)位被送往旋轉(zhuǎn)器112，用于將語音矢量信號(hào)和原數(shù)據(jù)信號(hào)按相同的方式旋轉(zhuǎn)。沒有被選中或余下數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)位被送往預(yù)編碼器進(jìn)行預(yù)編碼處理，這可以減小或補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過程中可能引入的噪聲。然后，旋轉(zhuǎn)后的語音信號(hào)與預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)組合，組合信號(hào)依次被送往常規(guī)的非線性編碼器116和調(diào)制器117，進(jìn)行編碼和調(diào)制處理后，采用常規(guī)信號(hào)傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸。在與數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行組合之前，語音矢量信號(hào)應(yīng)先進(jìn)行預(yù)編碼或預(yù)加重以平滑，并補(bǔ)償接收端調(diào)制解調(diào)器的濾波影響。
發(fā)送的語音/數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)遠(yuǎn)地接收調(diào)制解調(diào)器后，依次通過均衡器118和非線性解碼器120(見圖3)。然后被送往噪聲均化濾波器122，去掉發(fā)送端對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)預(yù)編碼時(shí)加入的高頻脈動(dòng)矢量，同時(shí)減小和補(bǔ)償在傳輸信道中的噪聲影響。濾波后的信號(hào)被同時(shí)送往維特比解碼器124和均衡延遲線126。信號(hào)在延遲線上的預(yù)定延時(shí)恰好等于它通過維特比解碼器的處理或延時(shí)。維特比解碼器以輸入信號(hào)的旋轉(zhuǎn)量為基礎(chǔ)生成一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)與通過均衡傳輸延遲線126的輸出在限幅器128中組合，以從組合的信號(hào)中分離出預(yù)編碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。
被分離出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被送往預(yù)編碼恢復(fù)電路130，它能有效地對(duì)預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，并識(shí)別出發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器預(yù)編碼器20所加入的“人造” 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。恢復(fù)后的信號(hào)被送往限幅器140，該限幅器從中移去被恢復(fù)電路130所識(shí)別出的“人造”數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，并補(bǔ)償維持比解碼器產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)。
從組合信號(hào)中減去經(jīng)限幅器128分離出的預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，就可以得到語音矢量信號(hào)。該信號(hào)和從限幅器140出來的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)姆聪蛐D(zhuǎn)信號(hào)一起被送入反向旋轉(zhuǎn)電路150中，對(duì)語音矢量信號(hào)進(jìn)行有效的反向旋轉(zhuǎn)處理。然后該語音矢量信號(hào)被送往解碼電路152，采用常規(guī)的技術(shù)進(jìn)行解碼，復(fù)原出輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始模擬語音信號(hào)。
類似的，限幅器140出來的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)解碼后，復(fù)原出輸入到發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器的原始數(shù)據(jù)信號(hào)。
因此，按本發(fā)明構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送和接收電路部分或單元，可以對(duì)同步語音和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行高速接收和發(fā)送，它對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼，并對(duì)模擬語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重或預(yù)編碼處理。對(duì)數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的預(yù)編碼使傳輸或通信信道中噪聲的影響達(dá)到最小，并允許信號(hào)在高傳輸功率的情況下保持低失真。而在以前，在如此高速率、高功率、低失真的條件下同時(shí)發(fā)送語音和數(shù)據(jù)信號(hào)是不可能的。
當(dāng)然，本發(fā)明的調(diào)制解調(diào)器，其發(fā)送和接收電路應(yīng)分別做成獨(dú)立的電路單元，這比把它們集成為一整塊能同步發(fā)/收語音和數(shù)據(jù)信號(hào)的電路要好。這些相似的變化對(duì)于熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的人來說是顯而易見的，它們也都包含在本發(fā)明預(yù)期的范圍之內(nèi)。
上文對(duì)本發(fā)明應(yīng)用于最佳實(shí)施方案的基本新功能給出了具體的描述，有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明主旨的前提下，對(duì)其中某些單元電路的形成、細(xì)節(jié)及其功能操作進(jìn)行許多改動(dòng)、替換或刪除。任何與本文所介紹電路本質(zhì)上具有相同功能以相同方式產(chǎn)生相同結(jié)果的電路單元與/或方法步驟均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。并且應(yīng)該注意到，本發(fā)明的任何公開形式或?qū)嵤┓桨钢斜硎九c/或描述的結(jié)構(gòu)與/或單元與/或方法可以作為設(shè)計(jì)選擇的整體形式體現(xiàn)在任何其他公開、敘述或建議的形式或?qū)嵤┓桨钢小Ｒ虼?，只能以后面所附的?quán)利要求說明的范圍來限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制解調(diào)器，它能在單條通信信道上同時(shí)將語音和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給遠(yuǎn)地目標(biāo)，并且還能由遠(yuǎn)地設(shè)備經(jīng)單條通信信道同時(shí)傳來的信號(hào)中獲得模擬語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)，所述調(diào)制解調(diào)器包括發(fā)送器，包括數(shù)據(jù)處理裝置，它可以映射輸入到發(fā)送器的時(shí)變用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生由多個(gè)數(shù)據(jù)位來定義的映射數(shù)據(jù)信號(hào)；語音信號(hào)處理裝置，它可以對(duì)輸入到發(fā)送器中的時(shí)變語音信號(hào)進(jìn)行編碼；對(duì)映射后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼的裝置；將預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)與編碼后的語音信號(hào)組合起來的裝置；通過通信信道將組合在一起的編碼語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)地目標(biāo)的裝置；和接收器，包括從通信信道接收由遠(yuǎn)地設(shè)備同時(shí)傳送來的組合在一起的編碼語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)，作為該接收器的輸入的裝置；對(duì)上述接收的組合信號(hào)進(jìn)行濾波的裝置；分離裝置，與所述的濾波裝置連接，以從濾波后的組合信號(hào)中分離出編碼語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)；對(duì)分離出的編碼語音信號(hào)解碼以得到來自遠(yuǎn)地發(fā)送端設(shè)備的模擬語音信號(hào)的裝置；對(duì)預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)恢復(fù)以限定恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置。
2.對(duì)恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，得到來自發(fā)送端設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置。
3.如權(quán)利要求1的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的數(shù)據(jù)處理裝置包括選擇裝置，用于從所述的多個(gè)數(shù)據(jù)位中選出代表映射數(shù)據(jù)信號(hào)旋轉(zhuǎn)量的預(yù)定位；所述的組合裝置包括接收所述預(yù)定位，并在語音信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)組合之前根據(jù)所述預(yù)定位所定義的旋轉(zhuǎn)量對(duì)所述編碼后的語音信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的裝置；所述的接收 器還包確定旋轉(zhuǎn)量并對(duì)分離的編碼語音信號(hào)和恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)的裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的預(yù)編碼裝置包括一個(gè)反饋編碼器，它耦合于前述的數(shù)據(jù)處理裝置并向其發(fā)送一個(gè)反饋位，該反饋位包括所述的預(yù)定位中的一位。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的發(fā)送器還包括一個(gè)用于編碼的非線性編碼器以及一個(gè)調(diào)制器，在編碼語音和預(yù)編碼數(shù)據(jù)的組合信號(hào)送到通信信道之前對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。
6.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中每一位所述的預(yù)定位包括輸入到發(fā)送器的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的組合裝置還包括對(duì)所述的編碼語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重的裝置。
8.如權(quán)利要求2的調(diào)制解調(diào)器，其中所述的接收器包括在分離出的編碼語音信號(hào)反向旋轉(zhuǎn)之前先進(jìn)行去加重的裝置。
9.一種用在調(diào)制解調(diào)器中的發(fā)送器，在單條通信信道上同時(shí)發(fā)送編碼語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，所述的發(fā)送器包括數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)輸入發(fā)送器的時(shí)變用戶數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行映射，產(chǎn)生由多個(gè)數(shù)據(jù)位定義的映射和旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)信號(hào)；選擇裝置從上述多個(gè)數(shù)據(jù)位中選出表示所述映射數(shù)據(jù)信號(hào)旋轉(zhuǎn)量的預(yù)定位；語音信號(hào)處理裝置接收并對(duì)輸入發(fā)送器的時(shí)變用戶語音信號(hào)進(jìn)行編碼，產(chǎn)生編碼后的語音信號(hào)；預(yù)編碼裝置對(duì)映射數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼處理；旋轉(zhuǎn)裝置接收所述預(yù)定位和所述編碼語音信號(hào)，并根據(jù)由所述預(yù)定位定義的旋轉(zhuǎn)量對(duì)所述編碼語音信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理；組合裝置對(duì)預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)和旋轉(zhuǎn)后的編碼語音信號(hào)進(jìn)行組合處理，產(chǎn)生組合的語音/數(shù)據(jù)信號(hào)；和傳送裝置通過單條通信信道將組合的語音/數(shù)據(jù)信號(hào)傳送出去。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)送器，其中所述預(yù)編碼裝置包括一個(gè)反饋編碼器，它耦合于所述的選擇裝置并向其傳送一個(gè)反饋位，該反饋位包括所述預(yù)定位中的一位。
11.如權(quán)利要求8中所述的發(fā)送器，其中所述發(fā)送器包括一個(gè)用于編碼的非線性編碼器和一個(gè)調(diào)制器，在向通信信道上傳送組合的語音/數(shù)據(jù)信號(hào)之前對(duì)其進(jìn)行編碼和調(diào)制。
12.權(quán)利要求8中的發(fā)送器，其中所述的組合裝置還包括對(duì)所述編碼語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重的裝置。
13.一種用在調(diào)制解調(diào)器中的接收器能從遠(yuǎn)地設(shè)備通過單條通信信道傳來的組合語音/數(shù)據(jù)信號(hào)中分離出模擬語音信號(hào)和用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，遠(yuǎn)地設(shè)備在傳送前對(duì)所述模擬語音信號(hào)進(jìn)行編碼并對(duì)所述用戶數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼，該接收器包括接收裝置從通信信道上接收所述的組合信號(hào)作為該接收器的輸入；濾波裝置對(duì)所述接收的組合信號(hào)進(jìn)行濾波；分離裝置與所述濾波裝置連接從濾波后的組合信號(hào)中分離出編碼語音信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)。
14.反向旋轉(zhuǎn)和解碼裝置對(duì)分離的編碼語音信號(hào)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)和解碼處理，得到來自遠(yuǎn)地設(shè)備的模擬語音信號(hào)。
15.恢復(fù)裝置對(duì)預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，得到來自遠(yuǎn)地設(shè)備的用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。
16.如權(quán)利要求12中所述的接收器，還包括在反向旋轉(zhuǎn)之前對(duì)所述分離后的編碼語音信號(hào)進(jìn)行去加重處理的裝置。
全文摘要
一種高速調(diào)制解調(diào)器能在單條通信信道上同時(shí)傳輸語音和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。語音信號(hào)采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生編碼后的語音信號(hào)和控制信號(hào)。對(duì)控制信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用和映射處理，并從多路復(fù)用數(shù)據(jù)中選出預(yù)定比特來定義數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的旋轉(zhuǎn)量，并對(duì)語音矢量信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼以便減小和補(bǔ)償通信信道引入的噪聲。旋轉(zhuǎn)后的語音矢量信號(hào)和預(yù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)組合后進(jìn)行傳輸。
文檔編號(hào)H04L27/00GK1154616SQ9611270
公開日1997年7月16日 申請(qǐng)日期1996年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月9日
發(fā)明者威廉姆·萊維斯·彼特斯 申請(qǐng)人:美國電報(bào)電話公司