CN1203718A - 数字－模拟通讯的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通讯装置,它位于一通过尤其是RNIS类型的数字接口(7),与中心站(3)相连的数字适配器(5)及一通过模拟接口(8)与中心站(4)相连的模拟适配器(6)之间,所述中心站(3,4)通过通讯网络(2)联接,其特征在于它有一在数字适配器(5)和模拟适配器(6)之间直接联接的装置(11,12;15,16),数字适配器(5)的数字信息被直接送到模拟适配器(6)而不仿真成模拟信号,反之亦然。

Description

数字-模拟通讯的装置和方法
本发明涉及一种在电话线上进行数字-模拟混合通讯的装置。
个人计算机安装数量的增长及远程信息网络服务的出现表明了在线通讯量的增长潜力。尽管现实情况对于那些能够通过高速率传输网或本地线路将内部网络连接到外部服务上的大用户来说是满意的，但是对于小公司或个人而言，这样的解决方案就太昂贵了。
看起来这种情况肯定还有增加的趋势，并且导致传输信息流量提高一直到达个人居所的服务分配需求将源自于普及的大带宽网络。但是这样的网络难于在几年之内，甚至十几年之内得到广泛应用。
直到这种高速率网络能够自由使用前，个人、学校、小企业必须通过电话线网络来传输数据。对此，可以在现有的两种技术种选择一种。最普遍的解决方法是使用传输速率为14.4kb/s或28.8kb/s的调制解调器。另一种比较昂贵的解决方法是使用综合服务数字网(RNIS)，它有两个64kb/s的数据信道和一个16kb/s的信号信道。但是，第二种解决方案不能随处自由应用，并且由于需要较高的先期投资及与其相适应的通讯器材，因此对于使用者来说，这需要很大的投资。
本发明提出了第三种解决方案，它能够利用如RNIS网的优点，尤其是能够达到64kb/s级的高传输速度，而与常规的14.4kb/s的解决方案相比较，并不会带来显著的费用增加。
为此，本发明涉及一种通讯装置，它位于一通过尤其是RNIS类型的数字接口与中心站相连的数字适配器及一通过模拟接口与中心站相连的模拟适配器之间，所述中心站通过通讯网络联接，其特征在于它有一在数字适配器和模拟适配器之间直接联接的装置，数字适配器的数字信息被直接送到模拟适配器而不仿真成模拟信号，反之亦然。
根据本发明的另一特征：
—所述的直接联接装置在数字适配器到模拟适配器的传输方向上有一位于数字适配器上的数字发射机，用于向位于模拟适配器上的模拟接收机发送模拟脉冲，其电平代表了从数字适配器到模拟适配器的传输信息；
—所述的直接联接装置在模拟适配器到数字适配器的传输方向上有一位于模拟适配器上的模拟发射机，用于向位于数字适配器上的数字接收机发送这样一模拟信号，其通过中心站的模拟接口的取样值为通过模拟适配器到数字适配器传输的数字信息所确定的量化值；
—模拟接收机有一线适配均衡器，其输入联接到模拟/数字转换器的输出，其输出联接到一与用户装置相连的输出均衡器的输入，使得自适应线性均衡器的输出响应达到IV级响应。
—所述的输出均衡器为判定反馈均衡器(egliseur a retour de decision)或维特比(Viterbi)均衡器。
—模拟适配器的发射机有一接于合成IV级部分响应的预失真滤波器的线编码器。
—所述的装置自数字适配器的一端有一n级选择器，在N＝256级可能的量化级中，n特别地等于64，并以字节的方式表示，所述的级别选择器的输入与用户装置相连，输出与数字接口相连；
—数字适配器有一线路和信道解码器，其输入与一使用A类转换规则的线性转换器的输出相连，其输出与用户装置相连。
本发明还涉及了一种在模拟适配器和数字适配器间双向直接传输的方法。在数字适配器到模拟适配器的传输方向上，本方法的特征在于它由下述步骤构成：
—取一组来自数字数据源的比特组，比如6比特一组；
—在N级(特别地N＝256)电平中预先选择的n级(n＝64)电平选择一个电平，每一级电平被一个字节的数字型式所表示；
—通过数字网向模拟适配器连续发送这些在n级电平中所选择出的对应字节，以便在模拟适配器中产生一信号，其幅度基本上等于每一字节所表示的电平，这些与连续字节相对应的信号相互干扰以在模拟适配器中产生合成模拟信号；
—均衡所述合成模拟信号以消除干扰；
—测量合成模拟信号的幅度并得出字节的数字值；
—从字节的数字值重构比特组并发向数字数据接收机。
在通讯系统中由模拟适配器向数字适配器的发送方法，其特征在于包括下述步骤：
—在与通讯系统相连的数据源中取一比特组；
—选择一幅度与比特组数字值相对应的模拟信号，与连续组相对应的信号相互干扰并且具有这样的幅度，使得模拟信号在中心站的模拟接口处时被取样，其值基本上等于预定的量化电平值N中的一个量化电平，在模拟信号取样之后，在数字适配器中就会出现一表示所述量化电平的字节；
—处理连续的字节，以消除连续信号间干扰并找到比特组的值。
—向用户装置上发送恢复的比特组的数字值。
在下面的说明书中将结合实施例和附图详细描述发明，但本发明并不仅限于此，在附图中：
—图1示出了应用本发明的通讯装置的原理图；
—图2示出了对于A类量化规则的最大传输速率作为与所选择的n个量化电平间最小距离的函数的图示；
—图3示出了适于应用本发明装置的数字适配器的原理图；
—图4示出了适于应用本发明装置的模拟适配器的原理图；
参照图1。图中示出了通讯装置1的结构总图，它使用公共通讯网2，在一边连有通过数字接口7连接的数字适配器5，另一边连所述的模拟适配器6的中心站3，4之间传输，也就是说通过简单的8类电话接口连接。
数字服务器9，例如可以是以高速率驻留应用的服务器，通过线路7和服务器9的数字适配器5与数字中心站3相连。
终端35一般是个人计算机，与模拟适配器6相连。适配器和电话10通过简单的电话线8连接到中心站4。因而在模拟线路8上传输的是模拟信息：电话机的用户话音或数字信息来自或发向模拟适配器6。
由于这样一种结构，这种结构常见于模拟适配器是常规调制解调器的情况，可以自服务器9呼叫常规模拟线8，反之亦然。这种可能性已经可以用于传输话音或数据。当通过网络2的传输后直到电话中心站4的来自数字适配器的数字到达后，数字信号字节通过由集成在中心站4的数字/模拟转换器转为电平，其采样率一般为每秒8000次。这种数/模转换是按照转换规则进行，如欧洲的规则“A”或世界其它国家的规则《μ》。在另一方向，也就是说在模拟适配器6到数字适配器5的方向，中心站4接收的模拟电平通过取样器数字化并以字节表示。这些字节通过网络2的传输被传送到数字适配器5。
总的来说，上述连接可以使得数字适配器5与模拟适配器6相互通讯。常规上讲，数字适配器5发送一字节序列，在应用前述规则转换后，可对应一话音信号或一常规调制解调器信号。该信号因而进行常规处理，在打电话的情况下，它可被直接传送到电话机10的耳机收听器上。相似地，模拟适配器6可由常规的调制解调器构成。在传输的另一个方向，操作与此相反。
本发明还为在模拟适配器6和数字适配器5间传输提供了另一种方法及与其相对应的装置。
本发明的原理结合图2进行解释，它表示了存在于传输速度(在纵轴尺度上以千比特/秒表示)和噪声抑制间的折衷关系。如果希望在64kb/s下传输，那么就必须使用从8比特(28＝256)开始的所有256级可能的取样电平。然而，对于在高斯(Gaussien)噪声下的传输来说，传输中的误差概率决定于量化刻度的两邻接值之间的最小间距dmin(图2的横坐标)，对于类型A的转换规则，此相互关系在图2中表示。可以明显地看出，增加级间最小间距从2到4，不会损失量化级的一半，但仅是256级上的33级。相似地可以得出，在仅使用从一个dmin＝128间距分出的64级量化时，传输可达到约48kb/s。
当模拟信号被相对于n＝64级量化，允许48kb/s信息流量时，在两个方向上的传输步骤如下。
对于数字适配器向模拟适配器的传输过程，传输步骤如下：
—取一组来自数字数据源的比特组，例如一6比特组；
—在N(一般N＝256)级电平中预选的n(一般n＝64)级中选择一级，每一级被表示成每秒钟传送8000次字节的数字形式。
—通过数字网络向模拟适配器连续发送对应于n级所选择的字节，以在模拟适配器上产生一幅度基本上等于每一字节所表示的级的信号，这些与连续诸字节对应的信号彼此间相互干扰，以在模拟适配器上产生一合成模拟信号；
—均衡所述合成信号以消除干扰；
—测量合成模拟信号的幅度并得出字节的数字值；
—由此字节的数字值重构比特组并将其发向数字数据的接收机。
在一通讯系统中从模拟适配器到数字适配器的传输过程由下列步骤构成：
—从与通讯系统相连的数据源中每秒8000次取比特组；
—选择一幅值与比特组数值相对应的模拟信号，与连续组相对应的信号彼此相互干扰，并且具有这样的形式，使得在中心站4的模拟接口处被取样，其值基本上等于预先确定的量化级N中的一个量化级，在模拟信号的取样之后，一个表示所示量化级的字节就会出现在数字适配器中；
—以消除连续级之间的干扰的方式处理这些连续字节，并恢复比特组的值。
—向数字终端的用户装置9发送这些恢复的比特组的数字值。
总之，对于在线路上向模拟适配器的传输过程不是要力图重构模拟信号。与此相反，表示数字信息的字节以电平的型式直接传送，如对应于图3上部分的装置所示，该装置涉及到数字适配器5的发送部分。例如，对于在48kb/s的通讯下，数字适配器5变换自用户接收的、表示电平的、每秒发送8000次的、成6比特一组(即26＝64种可能性)的比特，每一组表示转换规则的256级中的一级。在本例中，如此选择所使用的64级是为了能够按照提供一种最好的噪声抑制可能来使它们彼此分开。这种分割被称作序列中的最小间距dmin。这种方式的好处是消除由于转换规则所带来的量化噪声。
要注意到，同样可以以公知的方式考虑采用格式(treillis)编码调制以获得最好的噪声抑制。
为与接口7衔接，数字适配器5主要包括一由数字发射机11构成的上部分(在水平虚线之上)，及一由数字接收机构成的下部分12。数字发射机的输入端由一数字数据源馈入，比如由服务器9(图1)。用来传送表示来自服务器9的数字信息的字节的数字发射机11的输入端连接到级选择器14的输入端，如果为适应需要的流量可通过一缓冲器13，级选择器14的输出端就构成了数字适配器5的数字发射机的输出端。此数字适配器5的数字发射机11的输出端，通过网络2连接到模拟适配器6的接收部分的输入端，它由图4中上面部分15表示，模拟适配器6的发送部分由图4的下面部分16所表示。
模拟适配器的接收机在其输入端(图4的上面)接收一系列模拟脉冲，其电平值代表图3的数字适配器所发送的信息。电话中心站4中的滤波器的存在，导致连续脉冲间的相互干扰。因此难于识别和测量其级值。
在图4上部分示出的本发明的模拟接收机15包括两个主要部分：“均衡”信号的自适应数字线性滤波器17，它变换来自网络并经滤波器18的失真脉冲，及模拟/数字转换器19，在脉冲被很好地控制时，干扰只发生在连续偶数级(或奇数级)之间。精确地说，在时间n时均衡滤波器17的输出Yn由下述表达式给出：Yn＝Xn-Xn-2
这里Xn是数字适配器5传送来的级数。
该均衡系统本身是公知的，如“IV类部分相应”。本发明允许将这样的响应直接应用在数字适配器5和模拟适配器6之间的通讯上。
为避免接收机中误差的扩散，最好应用公知的微分编码。
另外，如果均衡线性滤波器17必需是自适应的，其选择也是所属技术领域的技术人员所知道的。
这时，还需要消除由关系式Yn＝Xn-Xn-2所表示的符号间的干扰。实际上，可以应用两种公知的技术：判定反馈均衡(DFE)和维特比算法，它们由功能块20表示。
由电话中心站4产生的级Xn不总是等于其由量化规则预定的标称值。模拟接收机15因而必需估算Xn的实际值，并且这些实际值必需被用在判定反馈均衡器或维特比均衡器20中。设置在功能块21中的估算通过应用最小平方算法的变型之一进行。
要注意到，Xn的实际值也必须被用到数字适配器的回声消除器22中(图3)。因此，数字适配器5自身也要借助于一个类似于图4的功能块21的功能块来处理实际值，或者使用由模拟适配器6发送来的对应控制信息。由于简化，图中未示出对应连接。
在数据发送的另一个方向上，也就是说从模拟适配器6到数字适配器5，图4下部所示的模拟适配器的发射机16使用终端6的时钟23，它在接收部分15恢复。模拟适配器6的发送部分的目的是产生一模拟信号，它在取样时将等于量化规则的标称级之一，所提到的级由来自数字适配器5的数字信息而定。
本发明可以见到，模拟适配器6和中心站4间的脉冲响应可由数字适配器5测量到，并通过控制信息来与模拟适配器6通讯。在此测量的基础上，模拟适配器6综合一个数字滤波器24以使得总响应(线8+滤波器)是IV级的部分响应级。此技术被称作“预失真”。滤波器24也起辅助作用，它产生一按16kHz节拍的信号，特别是自一由模拟适配器6来的8kHz的输入端开始，以简化续自数/模转换器26的模拟滤波器25的设计，模拟适配器6用于从数字信号产生一模拟信号。
由于预失真滤波器24的应用，等式Yn＝Xn-Xn-2有了新的应用，此时这里的Yn表示在中心站的信号，Xn是模拟发射机16输出的电平级。Yn必须对应于量化规则级中的一级Sj以减小噪声干扰。因此必须检验下述关系：Xn＝Xn-2+Sj
如果不预先注意，按此关系可能对于Xn会产生太大的值。在众多技术中，已知的名为《线性编码》的技术可以用于解决此问题，例如采用线性编码器27的形式。对于此点，所属技术领域的技术人员可非常容易的选择其中之一。
模拟适配器也必须以数字适配器5同样的方法消除自身的回响。对于此项的技术也是公知的，图4中应用的是回响滤波器22的形式。
在中心站4，信号Yn(如果出现噪声混杂时)被量化并按字节编码，字节在数字适配器5的接收部分12被发送，如图3的下部所示。在这里，字节由线性转换块28(例如使用转换规则A)以线性级的形式被变换，由数字发射机11发送的信号回响被在29处减去，如图3中所示。所形成的信号再由功能块30中的维特比算法或由判定反馈系统所处理，功能块30的输出可以通过缓冲器31来发送到数字适配器5的用户。
如图3中所示，在维特比算法块30或判定反馈系统中的误差信号(接收的信号与理想信号间的差)被用于匹配回响消除器，及被用于估算由模拟适配器6中预失真滤波器24的较差综合所带来的误差。校正信息(以低速率编码)在级选择器14中与来自连接于数字适配器5的输入(服务信道)的用户信息多路复用，并发送到模拟适配器6。它在模拟适配器中应用以匹配预失真滤波器24。
如图4中所示，在对应于维特比算法或判定反馈系统的块30中的误差信号由匹配算法34所应用，以调整回响滤波器22，自适应线性均衡器17和本地时钟23。
显然，如同在常规的调制解调器通信中，当通讯建立起来时，识别和学习顺序必需要交换。它们用于初始化时钟和自适应滤波器。还必需预计到电话中心站3，4之一或另一个也能使用规则A或规则μ，并且要相互匹配。
由前述可知本发明达到了其目的，并允许将数字线路连接到模拟线路上进行直接地和经济地传送数字信息，而不用仿真一个模拟信号。这可以使得实现速率近乎等于数字线路上相对较高速率的传输，并且可以利用普通的电话线进行传输。

Claims (10)

1.一种通讯装置，它位于一通过尤其是RNIS类型的数字接口(7)，与中心站(3)相连的数字适配器(5)及一通过模拟接口(8)与中心站(4)相连的模拟适配器(6)之间，所述中心站(3，4)通过电信网络(2)联接，其特征在于它有一在数字适配器(5)和模拟适配器(6)之间直接联接的装置(11，12；15，16)，数字适配器(5)的数字信息被直接送到模拟适配器(6)而不仿真成模拟信号，反之亦然。
2.根据权利要求1所述的通讯装置，其特征在于所述的直接联接装置(11，12；15，16)在数字适配器(5)到模拟适配器(6)的传输方向上有一位于数字适配器(5)上的数字发射机(11)，用于向位于模拟适配器(6)上的模拟接收机(15)发送模拟脉冲，脉冲电平代表了从数字适配器(5)到模拟适配器(6)的传输信息。
3.根据权利要求1或2所述的通讯装置，其特征在于所述的直接联接装置(11，12；15，16)在模拟适配器(6)到数字适配器(5)的传输方向上有一位于模拟适配器(6)上的模拟发射机(16)，用于向位于数字适配器(5)上的数字接收机(12)发送这样一种模拟信号，其通过中心站(4)模拟接口的取样值为通过模拟适配器(6)到数字适配器(5)传输的数字信息所确定的量化值。
4.根据权利要求2或3所述的通讯装置，其特征在于模拟接收机(6)有一自适应线性均衡器(17)，其输入联接到模拟/数字转换器(19)的输出，其输出联接到一与用户装置相连的输出均衡器(20)的输入，使得自适应线性均衡器(17)的输出响应达到IV级响应。
5.根据权利要求4所述的通讯装置，其特征在于所述的输出均衡器(20)为判定反馈均衡器或维特比均衡器。
6.根据权利要求2所述的通讯装置，其特征在于模拟适配器(6)的发射机(16)有一接于综合IV级部分响应的预失真滤波器(24)的线性编码器(27)。
7.根据权利要求1所述的通讯装置，其特征在于所述的装置(11，12)在数字适配器(5)的一端有一n级选择器(14)，在N＝256级可能的量化级中，n一般等于64，并以字节的方式表示，所述的级选择器(14)的输入与用户装置相连，输出与数字接口相连。
8.根据权利要求7所述的通讯装置，其特征在于数字适配器(5)有一输入与数字适配器(6)的数字接口的输出相连的线路和信道解码器(30)，所述的线路和信道解码器(30)的输出于用户装置(9)相连。
9.在数字通讯网络中从数字适配器(5)到模拟适配器(6)的传输方向上的传输方法，其特征在于它包括下列步骤：
—取一组来自数字数据源(5)的比特组，比如6比特一组；
—在N级(通常N＝256)电平中预先选择的n级(n＝64)电平中选择一个电平，每一级电平被一个字节的数字型式所表示；
—通过数字网向模拟适配器(6)连续发送这些在n级电平中所选择出的对应字节，以便在模拟适配器(6)中产生一信号，其幅度基本上等于每一字节所表示的电平，这些与连续字节相对应的信号相互干扰以在模拟适配器中产生合成模拟信号；
—均衡所述合成模拟信号以消除干扰；
—测量合成模拟信号的幅度并得出字节的数字值；
—从字节的数字值重构比特组并发向数字数据接收机(12)。
10.在数字通讯网络中从模拟适配器(6)到数字适配器(5)的传输方向上的传输方法，其特征在于它包括下列步骤：
—在与通讯系统相连的数据源(6)中取一比特组；
—选择一幅度与比特组数字值相对应的模拟信号，与连续诸组相对应的信号相互干扰并且具有这样的形式，使得模拟信号在中心站(4)的模拟接口(8)处被取样时，其值基本上等于预定的量化电平值N中的一个量化电平，在模拟信号取样之后，在数字适配器(5)中就会出现一表示所述量化电平的字节；
—处理连续的字节，消除连续级间干扰并找到比特组的值。
—向用户装置上发送恢复的比特组的数字值。
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