專利名稱：話音和數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)淖詣佣ㄋ俾实姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信設(shè)備，例如，調(diào)制解調(diào)器。特別是，本發(fā)明涉及在同一通信設(shè)備在同一時間傳輸?shù)脑捯艉蛿?shù)據(jù)信號。
如今，在大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器中的標(biāo)準(zhǔn)特性是“自動定速率”的特性。尤其是每一數(shù)據(jù)通信線的調(diào)制解調(diào)器連續(xù)地檢驗通信信道的質(zhì)量，以使在各調(diào)制解調(diào)器之間調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，即比特率。舉例來說，如果數(shù)據(jù)信號開始增加差錯，即，較高的差錯率，那么各調(diào)制解調(diào)器將在它們之間通過較低的數(shù)據(jù)速率。相反地，如果在一時間期間，差錯率低于預(yù)定的門限，則各調(diào)制解調(diào)器將在它們之間通過較高的數(shù)據(jù)速率。
在一些美國的專利中，對許多已有的自動定速率技術(shù)作了說明，如1988年7月5日授予Qureshi等人的4，756，007號美國專利，1990年2月15日授予Hashimoto的4，991，184號美國專利;和1991年4月9日授予Sridhar等人的5，007，047號美國專利。一般地講，已有技術(shù)的方法按下述方式操作。接收調(diào)制解調(diào)器在每個接收的信號點進行“限幅”工作。此限幅工作僅僅根據(jù)已知的符號群集估計最接近于所接收的信號點的符號。這也就是公知的“硬判定”。所接收的信號點偏離最接近符號的大小假設(shè)是與通信信道的環(huán)境噪聲狀況成正比。當(dāng)該信道的環(huán)境噪聲狀況在任何一個方向上都超過一組預(yù)定極限時，各調(diào)制解調(diào)器在它們之間通過數(shù)據(jù)率的變化，適應(yīng)通信信道的估計的環(huán)境噪聲。
特此引用1993年6月14日共同待批、通常轉(zhuǎn)讓的GordonBremer和KennethD.KD的美國專利申請“同時模擬和數(shù)字通訊”作為參考，該專利序號為08/076505，它公開了一種同時話音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中話音信號同時被加到數(shù)據(jù)信號上，用來在一個通信信道上傳輸給接收調(diào)制解調(diào)器。一般地，在每個信令的時間間隔T中，數(shù)據(jù)信號是用參考信號點數(shù)值的數(shù)據(jù)符號來表示。該數(shù)據(jù)符號加到代表話音信號的話音信號矢量上。話音信號矢量與該數(shù)據(jù)符號的相加結(jié)果形成所選擇的信號點，這是在每個信令時間間隔中T中的數(shù)據(jù)信號和話音信號的函數(shù)。
遺憾的是，由于所選擇的信號點不同于所選擇的數(shù)據(jù)符號，已有技術(shù)自動定速率的方法導(dǎo)致接收調(diào)制解調(diào)器錯誤地計算差錯信號，它與所傳輸?shù)脑捯粜盘柍烧龋皇桥c通信信道的環(huán)境噪聲成正比。因此，已有技術(shù)自動定速率的方法在同時話音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中是不適合的。
按照本發(fā)明，公開了一種自動定速率的方法和裝置，在通信信道上環(huán)境噪聲的計算只發(fā)生在話音信號的靜噪期間。當(dāng)檢測出靜噪期間時，才收集通信信道的噪聲統(tǒng)計值。
在包含兩個調(diào)制解調(diào)器的同時話音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，在一個說明性的實施例中，自動定速率的特性是采用將靜噪檢測器加到至少一個調(diào)制解調(diào)器的接收機電路中的辦法實現(xiàn)的。靜噪檢測器以只在靜噪的時間段內(nèi)累積噪聲統(tǒng)計值的方式提供一個啟動信號。如果所得到的噪聲統(tǒng)計值超過預(yù)定的門限，例如，通信信道噪聲太大，接收調(diào)制解調(diào)器以較低數(shù)據(jù)速率與發(fā)送調(diào)制解調(diào)器通信，相反地，如果所得到的噪聲統(tǒng)計值低于預(yù)定的門限，則接收調(diào)制解調(diào)器以較高數(shù)據(jù)速率與發(fā)送調(diào)制解調(diào)器通信。
在本發(fā)明的另一個實施例中，發(fā)送調(diào)制解調(diào)器在靜噪的時間期間提供啟動信號給接收調(diào)制解調(diào)器。特別是，該啟動信號是在輔助通信信道上傳送給接收調(diào)制解調(diào)器的控制信息。為響應(yīng)啟動信號的接收，接收調(diào)制解調(diào)器累積差錯統(tǒng)計值，以便決定是否改變通信信道上的數(shù)據(jù)速率。


圖1表示實現(xiàn)本發(fā)明的原理的接收機;
圖2表示圖1所示的自動定速率方塊280的方框圖;
圖3說明話音信號的頻譜;
圖4表示實現(xiàn)本發(fā)明的原理的另一個接收機;
圖5表示在圖4中所示的自動定速率方塊380的方框圖;
圖6說明用于圖4的實施例的方法。
本發(fā)明的概念的實施方式示于圖1。如在上面提到的共同待批的專利申請中所披露的那樣，已調(diào)制的同時話音和數(shù)據(jù)輸入信號由通信信道接收并加到解調(diào)器210，由其產(chǎn)生同向和正交分量。這些分量加到限幅器220上，限幅器220識別各符號，也就是，將所接收的信號點從目前所選擇的符號群集(未畫出)映象到最接近的數(shù)據(jù)符號上。假設(shè)限幅器220存儲著許多或一組符號群集，其中的一個符號群集是目前所選擇的群集，它受CPU290(下面討論)的控制。限幅器220將所識別的符號提供給2-1逆映象程序器(de-mapper)230。此外，圖1包含1-2映象程序器240，它對由限幅器220所產(chǎn)生的符號進行響應(yīng)。映象程序器240的輸出是一組用于識別符號的同向和正交分量。在減法器250和260中，以解調(diào)器210的輸出中減去映象程序器240的輸出以在線路251和261上提供一對模擬樣值，這些輸出加到2-1逆映象程序器270上，它將模擬樣值重新組合以在271線上形成原始的模擬信號，例如，話音信號。
如圖1所示，限幅器220在221線上提供差錯信號給自動定速率單元280，此差錯信號代表在每個所接收的信號點和目前所選擇的群集的最接近的符號之間的差錯距離。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了更為詳細的自動定速率單元280的方框圖。來自限幅器220的差錯信號加給濾波器110，它對差錯信號進行平方和平均，以在111線上產(chǎn)生與均方誤差(MSE)成正比的信號。此MSE信號加給門限檢測器115。后者當(dāng)按照本發(fā)明工作時(下面說明)將MSE信號與預(yù)定的低門限和預(yù)定的高門限比較。門限檢測器115提供兩個輸出信號給計數(shù)器120，在117線上的信號代表何時MSE信號高于高門限，而在118線上的信號代表何時MSE信號低于低門限。計數(shù)器120對MSE信號高于或低于這些預(yù)定門限的次數(shù)進行計數(shù)，并在281和282線上分別提供兩個速率變化信號。當(dāng)存儲在計數(shù)器120中的目前計數(shù)超過預(yù)定的高差錯數(shù)時，計數(shù)器120經(jīng)281線向CPU290發(fā)信號通知將數(shù)據(jù)比特率向“降低”方向改變。另一方面，當(dāng)存儲在計數(shù)器120中的目前計數(shù)超過預(yù)定的低差錯數(shù)時，計數(shù)器120經(jīng)281線向CPU290發(fā)信號通知將數(shù)據(jù)比特率向“上升”方向改變。為響應(yīng)任何一個速率改變信號，CPU290經(jīng)291線上的信號使計數(shù)器120復(fù)位，并且按照CC1TT標(biāo)準(zhǔn)開始與遠處的調(diào)制解調(diào)器(未畫出)通信以便以適當(dāng)?shù)姆较蚋淖償?shù)據(jù)比特率。此外，一旦數(shù)據(jù)比特率改變了，CPU290提供一個信號給限幅器220，以便將所選擇的群集改變?yōu)樘峁┬聰?shù)據(jù)比特率即比特符號的群集上。
另外，即使經(jīng)281線沒有信號去改變數(shù)據(jù)速率，CPU290不時地經(jīng)291線上的信號將計數(shù)器120復(fù)位。這種不時的復(fù)位計數(shù)器120是必要的，否則計數(shù)器120將繼續(xù)累積噪聲統(tǒng)計值，并且即使在通信信道的質(zhì)量是可接受的情況下，可能發(fā)生發(fā)出數(shù)據(jù)速率改變的信號。例如，能夠事前確定在一秒的時間間隔內(nèi)累積噪聲統(tǒng)計值，在這一秒時間間隔中，在46線上啟動信號是有效的(下面討論)。如果在一秒之后CPU290沒有接收到數(shù)據(jù)速率改變信號，那么CPU290使計數(shù)器120復(fù)位。反之，如果在一秒期滿之前CPU290接收到數(shù)據(jù)速率改變信號，CPU290于是重新起動一秒時間間隔的測量。如以上所述，當(dāng)在146線上的啟動信號是有效的，CPU290僅測量這一秒時間間隔。換句話說，計數(shù)器120能用“開縫”的(leaky)方式增加或減少，特別是當(dāng)MSE信號是在預(yù)定門限以上時，計數(shù)器120遞增數(shù)值K。然而當(dāng)MSE信號是在預(yù)定值之下時，計數(shù)器120遞減數(shù)值J，這里J＜K。這就保證在長時間期間盡管在通信信道上有脈沖噪聲，計數(shù)器120還將遞減。
如上面所指出的并按照本發(fā)明，門限檢測器115只在特定的時間間隔內(nèi)將MSE信號與預(yù)定的低門限和預(yù)定的高門限比較。門限檢測器115工作的特定時間間隔是受話音能量檢測器145控制的。后者接收逆映象程序器270的輸出，并估算話音信號是否被收到。話音信號的典型頻譜示于圖3。舉例來說，話音能量檢測器145是由簡單的帶通濾波器組成的，如果在200-500赫芝頻率范圍內(nèi)話音信號的能量低于預(yù)定的能量值，它在圖3中用148線表示，那么它在146線上提供一個信號。換句話說，門限檢測器115只在所接收的話音信號的能量例如在靜噪期間是低的時候起作用。結(jié)果，自動定速率單元280只在所接收到的話音信號包括少量能量時才估算在通信信道上所存在的噪聲大小。因此，在所接收的信號中的任何差錯被認為是噪聲信號的結(jié)果所造成的，而不是人的談話的結(jié)果所造成。
本發(fā)明的另一個實施例示于圖4中。在此實施例中，沒有話音信號加到自動定速率單元380上。代之以，CPU390按已有技術(shù)中公知的方式經(jīng)289線上的信號從遠處的調(diào)制解調(diào)器(未畫出)接收控制信道信息。特別是，控制信道或者輔助信道提供在兩個調(diào)制解調(diào)器之間的控制和信令信息。此輔助信道可能是用數(shù)據(jù)流時分多路復(fù)用的，或者可使用頻譜的一部分。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，輔助信道允許該發(fā)送調(diào)制解調(diào)器向接收調(diào)制解調(diào)器發(fā)信號通知在何時沒有話音與數(shù)據(jù)信號同時發(fā)送(下面討論)。
特別是，當(dāng)CPU390從未發(fā)送話音信號的發(fā)送調(diào)制解調(diào)器接收消息或者啟動信號時，CPU390經(jīng)在294線上信號啟動自動定速率單元380。自動定速率單元380更詳細地示于圖5之中，并且以與上述的自動定速率單元280相似的方式工作，除了門限檢測器315的操作是受CPU390控制之外，所述CPU390對來自遠處的調(diào)制解調(diào)器的上面提到過的啟動信號作出響應(yīng)。否則CPU390按以上所說明的方式工作。
與圖4實施例一起應(yīng)用的示例性的方法示于圖6中。圖6所示的方法假設(shè)在發(fā)送同時的話音和數(shù)據(jù)信號的遠端解調(diào)制解調(diào)器和接收該同時的話音和數(shù)據(jù)信號的近端調(diào)制解調(diào)器之間有數(shù)據(jù)連接。還假設(shè)，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣存在著輔助信道，用來在遠端調(diào)制解調(diào)器和近端調(diào)制解調(diào)器之間傳遞信令和控制信息。如在上面所提到的GordomBremer和KennethD.Ko的共同待批的專利申請中公開的那樣，遠端或發(fā)送調(diào)制解調(diào)器已存取所有的信息，以便確定話音信號是否傳送到近端或接收調(diào)制解器。舉例來說，在上面提到的GordonBremer和kennethD.K的共同待批的專利申請中，話音信號是加到所選擇的數(shù)據(jù)符號的信號點坐標(biāo)系上。所以，如果僅發(fā)送相應(yīng)于所選擇的數(shù)據(jù)符號的信號點，則發(fā)送調(diào)制解調(diào)器知道沒有話音信號出現(xiàn)。
在步驟605中，遠端調(diào)制解調(diào)器監(jiān)視著它的傳輸，以便檢測出靜噪間隔。如果檢測出靜噪間隔，在步驟610中，遠端調(diào)制解調(diào)器在輔助信道上發(fā)送一個“靜噪標(biāo)記”信息給近端調(diào)制解調(diào)器。然而，如果未檢測出靜噪間隔，在步驟615中，遠端調(diào)制解調(diào)器不發(fā)送靜噪標(biāo)記信息。
在近端調(diào)制解調(diào)器中，在步驟640中，CPU390監(jiān)視著用于靜噪標(biāo)記信息的輔助信道。如果未接收到靜噪標(biāo)記信息，在步驟645中，CPU390使自動定速率單元380不能動作。但是，如果接收到靜噪標(biāo)記信息，在步驟650中，CPU390使得自動定速率單元380啟動。換句話說，靜噪標(biāo)記信息可使得估算通信信道的環(huán)境噪聲的任何裝置或者方法啟動和不能工作。
上文僅僅說明了本發(fā)明的原理，并且由此將理解到，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將能設(shè)出許多其他可能的裝置，雖然這里沒有明確地說明，但它包含有本發(fā)明的原理，并且是在其精神和范圍內(nèi)。
例如，雖然在這里對本發(fā)明的說明是以分立的功能性方塊，例如，自動定速率單元280等等來完成的，但是這些方塊的任何一個或多個功能可應(yīng)用一個或多個適當(dāng)?shù)某绦蛱幚砥鱽韺崿F(xiàn)。此外，門限值的差錯數(shù)可以隨所選擇的群集，即數(shù)據(jù)速率變化，并且它不限于應(yīng)用MSE估算。還有，可以采用其它形式的話音信號檢測器，例如，在話音信號中尋找間隔時間。最后，其它形式的輔助信道也是可能的，例如，采用將信號點加在群集上的方法使信號點群集高頻振動(dithering)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)通信設(shè)備使用的自動定速率的方法，該數(shù)據(jù)通信設(shè)備通過通信信道與遠程終端連接，該方法包含以下步驟從通信信道接收信號，此處信號代表信號點序列；產(chǎn)生差錯信號，它是在每一個所接收到的信號點序列和來自信號間隔的許多信號點的相應(yīng)的一個信號點之間差別的函數(shù)；在至少一個時間間隔中估算差錯信號以提供通信信道的環(huán)境噪聲的估計，這里至少一個時間間隔的出現(xiàn)是啟動信號的函數(shù)；和隨所述環(huán)境噪聲估算數(shù)的變化在通信信道上改變數(shù)據(jù)比特率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于估算步驟包括以下步驟將差錯信號與第一門限進行比較;對差錯信號超過第一門限的次數(shù)進行計數(shù);和在差錯信號超過第一門限的次數(shù)大于預(yù)定的第二門限時，提供環(huán)境噪聲的估算。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于計數(shù)步驟包括如果在超過預(yù)定的第二門限之前預(yù)定的時間間隔期滿，則復(fù)位計數(shù)器的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于執(zhí)行計數(shù)的步驟為的是在長的時間間隔上所述差錯信號超過第一門限的次數(shù)的計數(shù)在計數(shù)超過預(yù)定的第二門限之前，偶爾地遞減。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所接收的信號包括數(shù)據(jù)信號和至少一個其它信號的部分，并且啟動信號是以這樣的方式在任何時間隔中存在至少一個其它信號的估計只當(dāng)啟動信號提供至少一個其它信號不存在的估計時才對差錯信號進行估算。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于采用將至少一個其它信號的能級與預(yù)定的門限進行比較的方法，啟動信號提供存在至少一個其它信號的估計。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于至少一個其它信號是話音信號，并且啟動信號表示在話音信號中出現(xiàn)靜噪間隔。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該方法進一步包含以下步驟濾除至少一個其它信號，以便在第一頻率范圍中估計至少一個其它信號的能量分布;和當(dāng)在第一頻率范圍中能量分布低于預(yù)定的門限時產(chǎn)生啟動信號。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于第一頻率范圍是在話音信號的頻譜之內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于啟動信號是從遠程終端接收到的信息的結(jié)果。
11.一種數(shù)據(jù)通信設(shè)備應(yīng)用的裝置，包括用來對從通信信道來的接收的信號進行解調(diào)以提供信號點的序列的裝置;用來處理信號點的序列以提供數(shù)據(jù)信號、第二信號和差錯信號的裝置，這里的差錯信號代表序列的每個信號點偏離許多數(shù)據(jù)符號之一的估計，這里，每個數(shù)據(jù)符號代表許多參考信號點的相應(yīng)的一個;處理差錯信號以提供自動定速率信號的裝置;和響應(yīng)自動定速率信號，用來改變在通信信道上傳遞的數(shù)據(jù)比特率的裝置;處理裝置隨第二信號的變化在許多時間間隔的至少一個間隔K中被啟動。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于處理差錯信號的裝置包括用來濾除差錯信號以提供代表所述偏離的均方誤差的信號的裝置;以這樣的方式將代表均方誤差的信號與門限進行比較的裝置，即在均方誤差超過該門限時自動定速率信號表示在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的預(yù)定的次數(shù);和響應(yīng)第二信號用來控制次數(shù)比較裝置的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于第二信號是話音信號，并且響應(yīng)的裝置在話音信號的靜噪時間間隔中啟動比較的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于當(dāng)話音信號的能量在預(yù)先規(guī)定的頻率范圍內(nèi)低于預(yù)定值時，響應(yīng)的裝置啟動比較的裝置。
全文摘要
在包含兩個調(diào)制解調(diào)器的同時話音和數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)中，在一個示例性的方法中，借助將靜噪檢測加到至少一個調(diào)制解調(diào)器的接收機電路中，以在靜噪間隔期間僅累加通信信道的噪聲統(tǒng)計值這樣的方式實現(xiàn)自動定速率特性。如果所得到的噪聲統(tǒng)計值超過一個預(yù)定的門限，也就是通信信道噪聲太大，則接收調(diào)制解調(diào)器以低數(shù)據(jù)速率與發(fā)送調(diào)制解調(diào)器通信。在另一個示例性的方法中，發(fā)送調(diào)制解調(diào)器將代表靜噪時間間隔的信號提供給接收調(diào)制解調(diào)器。在收到該信號時，為了確定通信信道是否噪聲太大，接收調(diào)制解調(diào)器累加噪聲統(tǒng)計值。
文檔編號H03M13/35GK1111861SQ94108870
公開日1995年11月15日 申請日期1994年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月14日
發(fā)明者高頓·布雷莫, 肯尼斯·戴維·考, 盧克·J·斯密斯威克, 愛德華·西格芒·祖蘭斯基 申請人:美國電報電話公司