專利名稱：在pcm調制解調器系統中用于獲得180°相位不變傳輸的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，并且更特殊地涉及一種方法與裝置，當利用一個PCM調制系統來發送數據時，用于消除在通信信道中的180°相位反轉問題。
等價類的使用已為人們所熟知，當利用這樣的等價類來發送信息時，若在信道中出現180°相位反轉(即，信道被“翻轉”或被求反)，則所發送的數據將會受到損壞，并且得不到有用的信息。
雖然相位反轉問題在美國是罕見的，但是在歐洲和其他地區，人們為了計費的目的，有意地將相位反轉插入到通信信道之中。實際上所做的就是通過周期性地(例如，每秒1次)切換傳輸線對，使信道發生相位反轉。然后，在中心局或者在終端用戶位置上對每一次相位反轉進行計數。已計數的相位反轉次數被用來作為一個“計量”，用于計費目的。
人們將理解，在一個PCM調制系統中，若信道每秒鐘被相位倒置一次，則數據的損失將是災難性的。這是因為涉及等價類的標識的信息將會丟失。解決信道中的180°相位反轉問題的一個方案就是利用過分大的等價類，使得若在等價類的傳輸期間出現相位反轉，則數據通過映射返回到相同的類，就如同沒有出現含糊一樣。
這種方案所存在的問題是，為了對付信道(相位)反轉，要使用多達兩倍的(構象)點。這種類型的解決方案還顯著地降低了傳輸速率。在一個實施例中，這種方案會使傳輸速率降低每個符號1比特，或者，對56kbit/sec的調制解調器來說，降低了8000bit/sec。
本發明的一項發現就是，在接收器一側，由于等價類的標識出現損壞引起各等價類的識別錯誤，才使得因通信信道的相位反轉而發生數據損壞。通過以本文所說明的方式重新標記各等價類，并且通過在發送器一側使用差分編碼器以及在接收器一側使用差分解碼器，使得即使由于信道反轉而在等價類標記中發生任何差錯，也仍然在接收器一側得到等價類的正確識別。
至于等價類對子，令對子中的一個成員的符號位為0，同時令對子中的另一個成員的符號位為1，并且通過利用差分編碼和解碼，若在信道中出現相位反轉，則在差分解碼之后，已解碼的等價類的符號位仍然匹配于原先期望的和編碼的等價類的符號位。此外，由于相位反轉不改變幅值大小，所以各數值位不受相位反轉的影響。因此，等價類的標識不會丟失。
更具體地說，在一個使用等價類從發送器向接收器交換信息的PCM調制解調器調制系統中，提供了一種方法，用以解決由于在通信信道中的180°相位反轉而引起的失真數據傳輸問題。通過將各等價類重新映射為一種能進行差分編碼與解碼的形式，使得當發生信道的相位反轉時，等價類的標識不受影響，來實現此方法。正是等價類的標識的丟失導致損壞傳輸。在一個實施例中，利用一個差分編碼器/解碼器對子，連同已重新標記的各等價類，允許識別沒有受到信道的相位反轉影響的各等價類。這是因為分配給各等價類的符號位可能受到信道的相位反轉的影響，當接收時，經過差分解碼就能跟原始的符號位相匹配。這樣一來，不管相位反轉是否出現，都能正確地接收所發送的信息。
要注意的是，各等價類按照兩個點集合形式成對出現，通過對一個集合的成員求反，就能得到另一個集合的成員。由于本等價類標記系統以及由于各對子的存在，若信道倒相，則對各類沒有影響。若出現相位反轉，則一個類被映射到它的對子中的伙伴。由于采用差分映射，各構象點都表示相同的數據，所以這是無害的。
在圖示的實施例中，所使用的映射格式以二進制編碼的形式提供等價類標記，其中包括一個符號位和多個數值位。原始發送的各等價類對子在每一個位的位置上都是相等的，但有一位例外，這就是符號位，它們是符號相反的。
換句話說，原始的各等價類被映射到以二進制表示法來表示的一個數，其中具有一個符號位和多個數值位。在映射之后，通過對每一個等價類的符號位進行差分編碼，不管信道的相位是正還是負，都能正確地對已接收的各等價類進行解碼。本方法的成功是由于，若以差分方式構建的各等價類的符號被全部“翻轉”或出現符號反轉，則接收的各等價類將在標識方面仍然匹配于原始發送的各等價類，由此避免了損壞或難以理解的數據。
人們將理解，各數值位將不受信道的相位反轉的影響。各數值位實際上表示電壓幅值，其大小跟符號無關。因此，在接收一側，不管是否出現相位反轉，通過檢測振幅(例如，絕對值)，就能得出相同的數值。例如，+10幅值和-10幅值是相同的。
另一方面，若數值+10處于等價類A，而數值-10處于等價類B，則一次相位反轉，在不改變振幅的同時，使一個等價類的成員變成另一個，即，它的“相位對子伙伴”。在這種情況下，各等價類在它們的標識方面被混淆。其結果是，已接收的數據被檢測為一種不同的、不希望有的數據模式。
詳細說明為了設計一個V.92的180°(相位)不變的構象，有必要以這樣一種方式來映射等價類標記，使得若信道的極性被反轉，則各信息位的序列保持不變。
如

圖1所示，假定有M個等價類要被分配到一個構象的各個點。分配等價類標記的一種方法被規定如下將標記“0”分配給最小的正數值點，“1”分配給下一個較大的點，如此類推，直至到達最大的正數值點，或者最大的等價類標記“M-1”被分配出去為止。若最大的等價類標記在最大點之前到達，則下一個較大的點就分配給類“0”，并且該過程繼續進行。以相似的方式將負數分配給各等價類標記，但是最接近0的負數值點被分配類標記“M-1”，并且下一個更負的點被標記為“M-2”，余類推。這種標記方式被用來保證介于一個等價類各成員之間的一個大的距離。
使用這個方案來獲得180°(相位)不變的困難在于，信道中的極性改變將導致，例如，剛好在0(原點)的上方或下方的各點(它們大小相等而符號相反)發生交換。這將導致等價類“0”和“M-1”發生交換，并且這兩類可以統稱為一個“相位對子”。緊接更靠外的點，即，被映射為“1”和“M-2”(在本例中，假定M≥2)的那些點也是一個相位對子。這樣一來，每一個等價類“m”都跟類“M-1-m”進行交換。在M為奇數的情況下，類(M-1)/2映射為它本身。為了討論起見，把這一類自身映射相位對子稱為“相位自身對子”。請注意在圖1中的下列相位對子(0，4)，(1，3)和2(自身對子)。
為了緩解這個問題，需要一種方法，使用這種方法，可以對各等價類進行差分編碼。下面是一個示例性的實施例。向每一個相位對子分配一個不同的位圖。針對圖1中的每一點，將這些位圖表示為在逗號后面的圖。每一個等價類都有一個與它相關的位圖，該位圖繼承了它的相位對子，并且不同于任何其他相位對子。對每一個相位對子的一個等價類，在其位圖中添加一個0，而對該對子的另一個成員，則添加一個1。在自身對子的情況下，向該類添加一個0或1。這個被添加的位可被稱為“類位”。在圖1中，類位被表示為在逗號之前的位。
如上所述，已經分配這些位之后，每一個相位對子都包括兩個等價類，其位圖僅在一個位置上有差別，并且對在所有類中每一個位圖來說，這個位置是相同的(例如，最左邊的一位)。上述映射關系規定了圖2中映射到比特方框14的操作，以模轉換器MC輸出的各等價類作為輸入，將這些等價類轉換為類(或符號)位，即，相位對子(或幅值)位格式。隨著各等價類的序列從模轉換器中出現，這些類被轉換為上述形式，并且對類位流進行差分編碼，如圖2中的DE方框16所示。二進制數據流的差分編碼和解碼在本技術領域是眾所周知的。已進行差分編碼的各類位跟已定義的相位對子備比特組合在一起，并且逆映射到各等價類標記，如圖2的映射到符號方框18所示。這也能在不對發送器作進一步的改動的前提下，使示例性的實施例得以實現。
在接收器一側，等價類解碼器32輸出各等價類，如圖3所示。這些等價類可能已經受到或沒有受到相位反轉的影響。這些等價類被映射到由發送器所說明相同的(或等價的)形式，即，圖3中的映射到比特方框34跟圖2的對應方框相同或等價。來自映射到比特方框34的類位流輸出被差分解碼后，得到所需的類位流。在相位自身對子的情況下，由于這種特定的等價類已經是相位不變的，所以該類位被忽略。這些已被恢復的類位被重新組合為接收器的其余部分可識別的各等價類，正如在發送器中那樣。因此，圖3中的映射到符號方框36跟圖2的方框18相同或等價。
應當注意的是，以上所述僅僅是準備使用的規則的一種實施方式。一般來說，僅需要定義一個“0集合”和一個“1集合”，使得若一個等價類處于一個集合之中，則其相位對子中的伙伴就處于另一個集合之中。一個相位自身對子可以處于任何一個集合(或兩個集合)之中，但是必須建立一個規則，用以確定在每次出現中分配給它的數值。一個這樣的規則就是，為來自一個相位自身對子的一個符號的每一次出現指定一個數值(0或1)，使得差分編碼器的輸出為0。這要求在編碼器那里進行一次判斷，但是允許接收器簡單地將標記“0”分配給相位自身對子，作為送往差分解碼器的輸入。
因此，這里敘述一種方法，用于將一般化的Tomlinson-Harashima(TH)前置編碼跟4D格編碼組合在一起，為PCM上行(模擬調制解調器到數字調制解調器方向)信道提供180°相位不變。
再次參看圖2，更詳細地觀察發送一側，一個到來的比特流10被施加到模轉換器MC12，后者又被連接到映射方框14，后者將模轉換器的輸出映射為圖1所示的結構的類型，在其中，每一個等價類都被提供一個標記，該標記含有一個符號位和各數值位。人們將理解，方框14的輸出包括一個符號位，它被連接到一個差分編碼器16，使得它僅僅是被差分編碼的符號位。此后，差分編碼器的輸出以及單元14的輸出被連接到采用圖1所示結構的逆映射單元18，并且令它返回到原始的等價標記，后者被連接到一個前置編碼器20，再連接到一個前置濾波器22。要注意的是，前置濾波器22的輸出被發送到接收器。
將要引起注意的是，作為單元14、16和18的輸入，有一個參數Mi，它指的是在時序指數i的等價類的數目。在被連接到卷積編碼器26的逆映射24之后，提供輸出冗余編碼，卷積編碼器26的用途是，當被連接至前置編碼器20時，提供差錯保護以及其他發送器要求。
差分編碼器是常規的，但有一點例外，這就是它如何處理一個相位自身對子的類位。相位自身對子是在相位反轉時映射到它本身而不是其他的等價類的一種等價類。僅當等價類的數目M為奇數時，它才會出現。差分編碼器取一個輸入比特流x(i)，其中i為時序指數，并根據方程式d(i)＝d(i-1)x(i)將其轉換成差分形式d(i)，其中，假定初始狀態d(0)為已知(比方說，0)，并且“”表示模2相加。若x(i)為從映射到比特方框14輸出的類比特流，則正是這個序列d(i)跟相位對子的各比特重新組合，以形成180°相位不變的各等價類。
一個相位自身對的例外處理如下。如上所述，使用數值Mi來標識一個相位自身對子。若類位來自一個相位自身對子，則在一個實施例中，不管x(i)為何值，都簡單地令差分位數值d(i)為0。當遇到一個相位自身對子時，這就使得在接收器一側的差分解碼器自動地為該類位設一個已知的數值。
現在轉到圖3，在被連接到等價類解碼器32的一個格解碼器30那里，已接收的信號被解碼。然后，等價類解碼器32又被連接到與在發送器中的方框14相同類型的映射方框34。方框34的輸出，除了被連接到逆映射36以外，還被連接到一個差分解碼器38，后者對各等價類的符號位進行差分解碼。此后，方框36的輸出被連接到一個模轉換MC解碼器40，以恢復原始數據。
差分解碼器是常規的，但有一點例外，就是它如何處理針對一個相位自身對子的類位。差分解碼器取一個輸入差分比特流d′(i)，其中i為時序指數，并根據方程式x(i)＝d′(i-1)d′(i)，將其轉換為非差分形式x(i)(等于在發送器中的x(i))。若d′(i)為圖3中映射到比特方框34輸出的類比特流，則正是這個與相位無關恢復的序列x(i)跟相位對子的各比特重新組合，以恢復原始的各等價類。
一個相位自身對子的例外處理如下。如上所述，使用數值Mi來標識一個相位自身對子。若差分類位來自一個相位自身對子，則在一個實施例中，不管任何相位反轉，都簡單地令差分位數值d(i)為已知(比方說，0)。由于在發送器中事實上差分類位被令取這個已知數值，所以這種假設是可能的。
人們將理解，通過將原始各等價類重新映射為一個二進制代碼表示或標記，同時僅以差分編碼或解碼處理符號位，如從圖1的說明中所看到的那樣，在發送器與接收器之間的通信中所遇到的任何相位反轉將變為可忽略的。如前所述，至少就符號位而言，可以忽略相位反轉的理由是由于通過映射返回到它本身，即使在通信信道中存在相位反轉也是如此。
因此，已經解決的問題是，在通信信道中消除了180°相位反轉問題，不管它是否產生。不管180°相位反轉是因為計費原因而有意地產生，或者是非故意的，本系統都通過允許忽略相位反轉的影響而使相位反轉得以補償。
現在已經說明了本發明的幾個實施例，以及它們的某些修改和變更，專業人士應當理解，以上所述僅僅是說明性的而不是限制性的，僅借助于實例加以表示。多種修改和其他各實施例都在普通專業人士的意料之中，并且被認為落在僅由所附權利要求書及其等價物所限定的本發明的范圍之內。
權利要求
1.在一個PCM調制解調器系統中，其中利用各等價類將信息從一個發送器發送到一個接收器，其中各數據點表示為構象電平，一種用于消除發送器與接收器之間的通信信道中相位反轉的影響的方法，包括下列各步驟用符號位來標記等價類對子，使得一個具有正值而另一個具有負值；在發送器一側對所述符號位進行差分編碼；以及在接收器一側對所述符號位進行差分解碼，由此，不管信道的相位反轉如何，所述標記方法以及差分編碼器和解碼器的使用都導致對等價類的明確的識別，從而避免了數據的損壞。
2.根據權利要求1所述方法，其中，針對各等價類的標記為二進制符號。
3.根據權利要求2所述方法，其中，用一個符號位以及至少一個數值位分別對等價類的標識及其數值進行編碼。
4.根據權利要求3所述方法，其中，對一個等價類對子來說，所述符號位的值是符號相反的。
5.根據權利要求3所述方法，其中，差分編碼步驟包括從一個先前的符號位減去一個當前的符號位，將其差值從發送器送往接收器。
6.在一個PCM調制解調器系統中，其中各等價類被用來從發送器到接收器發送信息，一種用于克服會導致傳輸失真的通信信道相位反轉的影響的方法，包括將各等價類重新映射為一種能被差分編碼與解碼的形式，使得當發生信道的相位反轉時，等價類的標識不致丟失。
7.根據權利要求6所述方法，其中，所述重新映射包括給每一個等價類指配一個符號位。
8.根據權利要求7所述方法，還包括以下步驟在發送器一側對符號位進行差分編碼，以及在接收器一側對符號位進行差分解碼。
9.在具有一個發送器和一個接收器的一個PCM調制解調器系統中，一種使該系統免受通信信道相位反轉的影響的方法，包括為各等價類提供一種編碼方案，其中，向各等價類對子提供符號相反的符號位。
10.根據權利要求9所述方法，其中，該編碼方案還給一個等價類分配至少一個數值位，該數值位不受相位反轉的影響。
11.根據權利要求10所述方法，還包括以下步驟在發送器一側對符號位進行差分編碼，以及在接收器一側對符號位進行差分解碼。
全文摘要
在一個PCM調制解調器系統中，其中各等價類被用來從發送器到接收器發送信息，提供了一種用于解決會導致傳輸失真的通信信道180°相位反轉問題的方法。通過將各等價類重新映射為一種能進行差分編碼與解碼的形式，使得當發生信道相位反轉時，等價類的標識不致丟失，從而實現該方法。參看圖2，一個到來的比特流(10)被施加到模轉換器(12)，后者又被連接到映射方框(14)，后者將模轉換器的輸出映射為圖1所示的結構類型，在其中，每一個等價類都被提供一個標記，該標記含有一個符號位和各數值位。
文檔編號H04M11/00GK1398464SQ01804678
公開日2003年2月19日 申請日期2001年2月1日 優先權日2000年2月7日
發明者帕特里克·莫爾, 金大勇, 瑟博爾·莫拉班扎德 申請人:摩托羅拉公司