CN100499613C

CN100499613C - 用gsm语音信道或pstn信道传输数据的调制解调方法及装置

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Publication number: CN100499613C
Application number: CNB2005101264667A
Authority: CN
Inventors: 傅岳; 马建文; 高正
Original assignee: FU YUE MA JIANWEN GAO ZHENG
Current assignee: FU YUE MA JIANWEN GAO ZHENG
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: CN1866941A

Abstract

本发明涉及一种用GSM语音信道与PSTN信道传输数据的调制解调方法及其调制解调装置，该调制解调方法包括将要传输的数据比特流调制为类语音信号和将接收的类语音信号解调为数据比特流两个程序；该调制解调装置包括发送装置和接收装置，其中，发送装置包括数据输入接口、数据分配器、子带信道编码器、子带调制器、信号合成器、信号输出接口；接收装置包括：模拟信号输入接口、子带滤波器、子带解调器、子带信道解码器、数据合成器、数据输出接口。本发明方法和装置可以在不改变GSM网络体制和协议的前提下，使数据在GSM语音信道和PSTN信道之间互相实时、可靠传送。

Description

用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法及装置

技术领域

本发明涉及一种语音通信技术领域传输数据的调制解调方法及其调制解调装置，特别是一种用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法及其调制解调装置。

背景技术

GSM移动通信系统采用频分多址和时分多址相结合的技术传送语音信号，是目前使用最为广泛的语音移动通信系统。然而随着数据通信的广泛开展，在GSM移动通信系统上传输数据也成为亟待解决的问题之一。

目前被广泛采用的解决方案是GSM系统借助GPRS网络，按照数据交换协议，将数据信号以数据包方式通过GPRS网络，使用数据信道为用户传输数据信号。但由于GPRS采用的网络协议与GSM不同，增加了通信系统的复杂程度，同时GPRS采用的数据包交换协议存在易拥堵、延迟较大等缺陷，对一些需要实时连贯传输的数据信号适应性不好。

为了降低系统复杂程度，人们试图在不改变GSM网络现有协议的前提下利用GSM语音信道传输数据。一种尝试方案是在GSM语音信道上直接加装通用调制解调设备对待传送数据进行调制，将得到的调制后基带信号通过GSM语音信道传输。但这种方案的稳定性和还原率均达不到要求。这是因为：

GSM信道是数字化语音信道，对接收到的语音信号要进行语音压缩编码后再做传输，当直接使用通用调制解调设备传送数据时，GSM语音信道将通用调制解调设备对数据进行调制后得到的信号仍当作语音看待，用RPE-LTP或EFR算法对其进行编解码，而通用调制解调设备对数据进行调制后得到的信号不能很好的模拟自然语音。其原因如下：

1.GSM用到的RPE-LTP或EFR技术只适合于参量变化较慢的自然语音。人的基音一般在几十到几百赫兹.，共振峰包络的变化速率更低。而通用调制解调器的速率均在1000BPS以上。低速的RPE-LTP和EFR跟踪速度赶不上通用调制解调器基带信号变化速率。

2.RPE-LTP或EFR技术只对语音低频部分进行严格的匹配，而对语音高频部分只进行一般模拟，所以要求调制解调器的载频不能太高。而通用调制解调器的载频都较高，RPE-LTP或EFR技术不能很好对其模拟。

因此采用通用调制解调器来传输数据不适应GSM信道，不可能可靠传输数据。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是为了解决在不改变GSM或PSTN网络现有体制和协议的前提下，提供一种调制解调方法及其调制解调装置，将要传输的数据变换为类似自然语音的类语音信号，利用GSM语音信道稳定、连贯的传输数据。

本发明所采用的技术方案是：利用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，该方法包括以下两个程序：

程序一.将要传输的数据比特流调制为类语音信号：

将GSM或PSTN网语音信道的带宽划分成多个子带；把要传送的总数据速率按设定的比例分配给各个子带，得到子带数据；对每个子带的数据分别进行子带载波调制，形成类语音子带信号；类语音子带信号合成，形成类语音信号；

其中，子带载波调制过程包括以下五个步骤：

(1)信道编码；

(2)生成I路、Q路信号；

(3)对I路、Q路信号分别进行插值；

(4)将插值后的I路、Q路信号进行成型滤波；

(5)载波调制，得到类语音子带信号；

类语音子带信号合成步骤是：作各个已调制的类语音子带信号的代数和，得到类语音信号；

程序二.将接收的类语音信号解调为数据比特流：

将接收的类语音信号通过与调制时子带个数相同的多个带通滤波器，得到与调制时相同个数的类语音子带信号；分别对每个类语音子带信号进行解调，形成子带数据；子带数据综合，得到总的数据比特流；

其中，类语音子带信号解调过程包括以下步骤：

(1)同步脉冲提取：步骤包括对类语音子带信号进行整流，带通滤波，放大得到同步脉冲；

(2)解出子带信号：步骤包括分别用cos(ω.n.T)和sin(ω.n.T)乘以子带信号；低通滤波得到I路、Q路信号；

(3)用同步脉冲分别对I路、Q路信号采样得到数字信号；

(4)对数字信号作均衡，得到带纠错码的子带数据；

(5)子带数据分别进行信道解码，得到解码后子带数据；

子带数据综合步骤是：按调制时总数据速率分配比例对解码后子带数据进行综合，解调出总数据比特流。

与本发明用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法相适应的调制解调装置，包括发送装置和接收装置。

发送装置包括：

数据输入接口，用于接收输入数据流；

数据分配器，用于将输入数据分为若干子带数据；

子带信道编码器，由交织编码器、CRC校验器、编码器组成，用于完成对子带数据的信道编码；

子带调制器，用于对子带数据进行调制，将其换为类语音子带信号；

信号合成器，做类语音子带信号的代数和，得到类语音信号；

模拟信号输出接口，用于输出类语音信号。

接收装置包括：

模拟信号输入接口，用于输入类语音信号；

子带滤波器，将输入的类语音信号通过一组带通滤波器，得到类语音子带信号；

子带解调器，用于将类语音子带信号解调，还原成带纠错码的子带数据；

子带信道解码器，由信道解码器、CRC校验器、交织解码器组成，用于完成子带数据信道解码，得到子带数据；

数据合成器，用于完成对子带数据的合成，得到输出数据流；

数据输出接口，用于输出数据流。

本发明采用划分多个低载频子带和进行低速率传输相结合的调制解调方法，使用特制的用于实现本方法的调制解调装置，可以达到在不改变GSM网络体制和协议的前提下，使数据在GSM语音信道和PSTN信道之间互相实时、可靠传送。

本发明适应GSM语音信道的特点，按照本发明的方法，用本发明的调制装置调制输出的类语音信号适合GSM用RPE-LTP或EFR技术，在接受端经过本发明的解调装置解调后恢复的数据信号可以保证质量，满足用户的使用要求。

附图说明

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明调制解调方法程序一的方框图。

图2是本发明调制解调方法程序二的方框图。

图3是本发明调制解调装置发送装置的结构框图。

图4是本发明调制解调装置接收装置的结构框图。

图中：1.数据输入接口，2.数据分配器，3.子带信道编码器，4.子带调制器，5.信号合成器，6.信号输出接口，7.模拟信号输入接口，8.子带滤波器，9.子带解调器，10.子带信道解码器，11.数据合成器，12.数据输出接口。

具体实施方式

本发明实施例，用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法包括以下两个程序：

参照图1的流程可以看到：

程序一.将要传送的数据比特流调制为类语音信号：

1.将GSM或PSTN网语音信道的带宽划分成多个子带；

2.把要传送的总数据速率按设定的比例分配给各个子带，得到子带数据；该设定的比例包括均匀分配、非均匀分配以及他们的组合。语音信道划分的子带数量为至少一个子带，总带宽为2800Hz，频率范围为200Hz到3000Hz；子带速率不超过800bps，总速率不超过4800bps。

3.子带载波调制，形成类语音子带信号；

4.类语音子带信号合成，形成类语音信号。

其中，子带载波调制过程包括以下几个步骤：

(1)信道编码；

(2)生成I路、Q路信号；

(3)对I路、Q路信号分别进行插值，形成每秒8000个样点的信号；

(4)将插值后的I路、Q路信号分别经过成型滤波；

(5)载波调制；将I路、Q路信号按以下公式调制成类语音子带信号：

公式：cos(ω.n.T+θj)＝cosθj.cos(ω.n.T)-sinθj.sin(ω.n.T)

其中cosθj为I路信号，sinθj为Q路信号；

类语音子带信号合成步骤是：作各个类语音子带信号的代数和，得到总的类语音信号。

参照图2的流程可以看到：

程序二.将类语音信号解调成数据比特流：

将类语音信号通过与调制时子带个数相同的多个带通滤波器，得到与调制时相同个数的类语音子带信号；分别对每个类语音子带信号进行子带解调，形成子带数据；子带数据综合，得到总的数据流。

子带解调过程包括以下步骤：

(1)同步脉冲提取，步骤包括对类语音子带信号进行整流，再通过一中心频率为200Hz，带宽为10Hz的带通滤波器，经放大限幅得到同步脉冲；

(2)解出子带信号，步骤包括分别用cos(ω.n.T)和sin(ω.n.T)乘以类语音子带信号；低通滤波得到I路、Q路信号；

(3)用程序二中解调过程的步骤(1)得到的同步脉冲对I路、Q路信号分别进行采样，得到I路、Q路的数字信号；

(4)对数字信号作均衡，得到带纠错码的子带数据；

(5)对每个子带数据分别进行信道解码，得到子带数据；

子带综合的步骤是：按调制时总数据速率分配比例对解码后子带数据进行综合，解调出总数据比特流。

程序一和程序二中所述的子带调制解调方法至少包括ASK、FSK、PSK、QPSK等调制解调方法之一或其组合。

在本实施例中，将语音信道的带宽划分成2个子带，把要传送的总数据速率也平均分为2份，每份分给一个子带。每个子带速率为800bps，总速率为1600bps；其程序一和程序二中所述的子带调制解调方法为QPSK；其程序一和程序二所述的子带调制解调均衡方法为有训练的均衡。

本发明的另一个实施例，将语音信道的带宽划分成n个子带，n为等于3～6的自然数；其程序一中要传送的总数据速率按非均匀分配的比例分配给各个子带；程序一中调制过程的步骤(4)和程序二中解调过程的步骤(4)，采用的均衡方法是盲均衡；其他各步骤与上一实施例相同。

图3提供了本发明用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置的一个实施例，该装置包括发送装置和接收装置。其中，发送装置包括：

数据输入接口1，用于接收输入数据流；

数据分配器2，用于将输入数据分为若干子带数据；

子带信道编码器3，由交织编码器、CRC校验器、编码器组成，用于完成对子带数据的信道编码；

子带调制器4，用于对子带数据进行调制，将其转换为类语音子带信号；

信号合成器5，做类语音子带信号的代数和，得到类语音信号；

信号输出接口6，用于输出类语音信号。

接收装置包括：

模拟信号输入接口7，用于输入类语音信号；

子带滤波器8，将输入的类语音信号通过一组带通滤波器，得到类语音子带信号；

子带解调器9，用于将类语音子带信号解调，还原成带纠错码的子带数据；

子带信道解码器10，由信道解码器、CRC校验器、交织解码器组成，用于完成子带数据信道解码，得到子带数据；

数据合成器11，用于完成对子带数据的合成，得到输出数据流；

数据输出接口12，用于输出数据流。

本发明用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置，其中子带信道编码器3、子带调制器4、子带滤波器8、子带解调器9、子带信道解码器10的数量分别为1～6个。在本实施例中，子带信道编码器3、子带调制器4、子带滤波器8、子带解调器9、子带信道解码器10的数量均为2个。

本实施例中的发送装置，数据输入接口1的输出端连接数据分配器2的输入端，数据分配器2的每个输出端分别连接每个子带信道编码器3的输入端，每个子带信道编码器3的输出端分别连接每个子带调制器4的输入端，信号合成器5的每个输入端分别连接每个子带调制器4的输出端，信号合成器5的输出端连接信号输出接口6的输入端。

本实施例中的接收装置，模拟信号输入接口7的输出端分别连接每个子带滤波器8的输入端，每个子带滤波器8的输出端分别连接每个子带解调器9的输入端，子带解调器9的输出端连接每个子带信道解码器10的输入端，数据合成器11的输入端分别连接每个子带信道解码器10的输出端，数据合成器10的输出端连接数据输出接口12的输入端。

本发明用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置为全双工通信设备。

按照本发明的方法，用本发明的调制装置调制的数据可以达到在不改变GSM网络体制和协议的前提下，使数据在GSM语音信道和PSTN信道之间互相实时、可靠传送。该调制解调装置适合REP-LTP、EFR编解码器频率响应，在子带个数、波特率、载波间隔等设置上模拟自然语音谐波结构，得到良好的传输质量。

Claims

1.一种用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：该方法包括以下两个程序：

程序一.将要传输的数据比特流调制为类语音信号：

其中，子带载波调制过程包括以下五个步骤：

(1)信道编码；

(2)生成I路、Q路信号；

(3)对I路、Q路信号分别进行插值；

(4)将插值后的I路、Q路信号进行成型滤波；

(5)载波调制，得到类语音子带信号；

程序二.将接收的类语音信号解调为数据比特流：

其中，类语音子带信号解调过程包括以下步骤：

(1)同步脉冲提取：步骤包括对类语音子带信号进行整流、带通滤波，得到同步脉冲；

(2)解出子带信号：步骤包括分别用cos(ω.n.T)和sin(ω.n.T)乘以子带信号，低通滤波得到I路、Q路信号；

(3)用同步脉冲分别对I路、Q路信号采样得到数字信号；

(4)对数字信号作均衡，得到带纠错码的子带数据；

(5)信道解码，得到解码后子带数据；

2.根据权利要求1所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：程序一和程序二所述总数据的速率按设定的比例分配到各个子带中的比例分配方法包括：均匀分配、非均匀分配以及它们的组合。

3.根据权利要求1所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：程序一和程序二所述子带划分数量为至少一个子带，总带宽为2800Hz，频率范围为200Hz到3000Hz。

4.根据权利要求1所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：程序一和程序二所述子带速率不超过800bps，总速率不超过4800bps。

5.根据权利要求1所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：程序一和程序二所述子带调制解调方法至少包括ASK、FSK、PSK、QPSK之一或其组合。

6.根据权利要求1所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调方法，其特征在于：所述子带调制解调均衡方法包括有训练的均衡和盲均衡。

7.一种用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置，包括发送装置和接收装置，其特征在于：

所述发送装置包括：

数据输入接口，用于接收输入数据流；

数据分配器，用于将输入数据分为若干子带数据；

子带调制器，用于对子带数据进行调制，将其转换为类语音子带信号；

信号输出接口，用于输出类语音信号；

所述接收装置包括：

模拟信号输入接口，用于输入类语音信号；

子带信道解码器，由解码器、CRC校验器、交织解码器组成，用于完成子带数据信道解码，得到子带数据；

数据输出接口，用于输出数据流。

8.根据权利要求7所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置，其特征在于：所述的子带信道编码器、子带调制器、子带滤波器、子带解调器、子带信道解码器的数量分别为1～6个。

9.根据权利要求7或8所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置，其特征在于：

所述发送装置中，数据输入接口的输出端连接数据分配器的输入端，数据分配器的每个输出端分别连接每个子带信道编码器的输入端，每个子带信道编码器的输出端分别连接每个子带调制器的输入端，信号合成器的每个输入端分别连接每个子带调制器的输出端，信号合成器的输出端连接信号输出接口的输入端；

所述接收装置中，模拟信号输入接口的输出端分别连接每个子带滤波器的输入端，每个子带滤波器的输出端分别连接每个子带解调器的输入端，子带解调器的输出端连接每个子带信道解码器的输入端，数据合成器的输入端分别连接每个子带信道解码器的输出端，数据合成器的输出端连接数据输出接口的输入端。

10.根据权利要求7或8所述的用GSM语音信道或PSTN信道传输数据的调制解调装置，其特征在于：所述调制解调装置为全双工通信设备。