CN1652486A - 在pcm调制解调器系统中用于获得180°相位不变传输的方法与装置 - Google Patents

Abstract

在一个PCM调制解调器系统中，其中各等价类被用来从发送器到接收器发送信息，提供了一种用于解决会导致传输失真的通信信道180°相位反转问题的方法。通过将各等价类重新映射为一种能进行差分编码与解码的形式，使得当发生信道相位反转时，等价类的标识不致丢失，从而实现该方法。参看图2，一个到来的比特流(10)被施加到模转换器(12)，后者又被连接到映射方框(14)，后者将模转换器的输出映射为图1所示的结构类型，在其中，每一个等价类都被提供一个标记，该标记含有一个符号位和各数值位。

Description

在PCM调制解调器系统中用于获得180° 相位不变传输的方法与装置

本申请是申请号为01804678.9、申请日为2001年2月1日、发明名称为“在PCM调制解调器系统中用于获得180°相位不变传输的方法与装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及通信领域，并且更特殊地涉及一种方法与装置，当利用一个PCM调制系统来发送数据时，用于消除在通信信道中的180°相位反转问题。

发明背景

在PCM调制系统中，数据从一个模拟调制解调器经由模拟环路和中心局，被发送到一个数字调制解调器。在这样的系统中所使用的调制方案包括，把到来的数据映射到所谓的各等价类。这些等价类被用来在对到来的数据流进行编码的各构象点之间，允许有更大的最小距离。各等价类通常跟前置编码配合使用，正如在题为“在PCM传输中用于对数据信号进行前置编码的装置与方法”的美国专利申请系列号第08/999,249号中所描述的那样，该项专利已转让给本发明的受让人，并且在此作为参考。“构象点”指的是，在所用的数据传输方案的PCM信道的模拟环路中，最终转换到用以表示特定的输入各符号的电压电平的数目。通过在各构象电平之间设置较大的距离，人们就能以最小的误码率，或者换一种说法，以一种更稳妥可靠的方式进行通信。要注意的是，若与构象相关的各电平互相靠拢在一起，则各电平彼此之间就更加难以区分，这将导致检测差错。

等价类的使用已为人们所熟知，当利用这样的等价类来发送信息时，若在信道中出现180°相位反转(即，信道被“翻转”或被求反)，则所发送的数据将会受到损坏，并且得不到有用的信息。

虽然相位反转问题在美国是罕见的，但是在欧洲和其他地区，人们为了计费的目的，有意地将相位反转插入到通信信道之中。实际上所做的就是通过周期性地(例如，每秒1次)切换传输线对，使信道发生相位反转。然后，在中心局或者在终端用户位置上对每一次相位反转进行计数。已计数的相位反转次数被用来作为一个“计量”，用于计费目的。

人们将理解，在一个PCM调制系统中，若信道每秒钟被相位倒置一次，则数据的损失将是灾难性的。这是因为涉及等价类的标识的信息将会丢失。解决信道中的180°相位反转问题的一个方案就是利用过分大的等价类，使得若在等价类的传输期间出现相位反转，则数据通过映射返回到相同的类，就如同没有出现含糊一样。

这种方案所存在的问题是，为了对付信道(相位)反转，要使用多达两倍的(构象)点。这种类型的解决方案还显著地降低了传输速率。在一个实施例中，这种方案会使传输速率降低每个符号1比特，或者，对56kbit/sec的调制解调器来说，降低了8000bit/sec。

发明内容

为了使PCM调制系统免受相位反转的影响，在本发明中，为各等价类提供了一种编码方案，在其中，向等价类对提供在数值上符号相反的“符号位”。因此，对每一个等价类来说，有一个符号位，并且有一个数值位或数值位的集合。

本发明的一项发现就是，在接收器一侧，由于等价类的标识出现损坏引起各等价类的识别错误，才使得因通信信道的相位反转而发生数据损坏。通过以本文所说明的方式重新标记各等价类，并且通过在发送器一侧使用差分编码器以及在接收器一侧使用差分解码器，使得即使由于信道反转而在等价类标记中发生任何差错，也仍然在接收器一侧得到等价类的正确识别。

至于等价类对子，令对子中的一个成员的符号位为0，同时令对子中的另一个成员的符号位为1，并且通过利用差分编码和解码，若在信道中出现相位反转，则在差分解码之后，已解码的等价类的符号位仍然匹配于原先期望的和编码的等价类的符号位。此外，由于相位反转不改变幅值大小，所以各数值位不受相位反转的影响。因此，等价类的标识不会丢失。

更具体地说，在一个使用等价类从发送器向接收器交换信息的PCM调制解调器调制系统中，提供了一种方法，用以解决由于在通信信道中的180°相位反转而引起的失真数据传输问题。通过将各等价类重新映射为一种能进行差分编码与解码的形式，使得当发生信道的相位反转时，等价类的标识不受影响，来实现此方法。正是等价类的标识的丢失导致损坏传输。在一个实施例中，利用一个差分编码器/解码器对子，连同已重新标记的各等价类，允许识别没有受到信道的相位反转影响的各等价类。这是因为分配给各等价类的符号位可能受到信道的相位反转的影响，当接收时，经过差分解码就能跟原始的符号位相匹配。这样一来，不管相位反转是否出现，都能正确地接收所发送的信息。

要注意的是，各等价类按照两个点集合形式成对出现，通过对一个集合的成员求反，就能得到另一个集合的成员。由于本等价类标记系统以及由于各对子的存在，若信道倒相，则对各类没有影响。若出现相位反转，则一个类被映射到它的对子中的伙伴。由于采用差分映射，各构象点都表示相同的数据，所以这是无害的。

在图示的实施例中，所使用的映射格式以二进制编码的形式提供等价类标记，其中包括一个符号位和多个数值位。原始发送的各等价类对子在每一个位的位置上都是相等的，但有一位例外，这就是符号位，它们是符号相反的。

换句话说，原始的各等价类被映射到以二进制表示法来表示的一个数，其中具有一个符号位和多个数值位。在映射之后，通过对每一个等价类的符号位进行差分编码，不管信道的相位是正还是负，都能正确地对已接收的各等价类进行解码。本方法的成功是由于，若以差分方式构建的各等价类的符号被全部“翻转”或出现符号反转，则接收的各等价类将在标识方面仍然匹配于原始发送的各等价类，由此避免了损坏或难以理解的数据。

人们将理解，各数值位将不受信道的相位反转的影响。各数值位实际上表示电压幅值，其大小跟符号无关。因此，在接收一侧，不管是否出现相位反转，通过检测振幅(例如，绝对值)，就能得出相同的数值。例如，+10幅值和-10幅值是相同的。

另一方面，若数值+10处于等价类A，而数值-10处于等价类B，则一次相位反转，在不改变振幅的同时，使一个等价类的成员变成另一个，即，它的“相位对子伙伴”。在这种情况下，各等价类在它们的标识方面被混淆。其结果是，已接收的数据被检测为一种不同的、不希望有的数据模式。

附图简要说明

通过以下结合诸附图的详细说明，将能更好地理解本发明的这些和其他特征，在诸附图中：

图1是M＝5且具有等价类标记的一个示例性构象的图示，表示等价类对子以及每一个等价类的符号位和各数值位；

图2是一份方框图，表示针对通信信道发生180°相位反转进行保护的发送器结构，并示出利用一个等价类差分映射器；以及

图3是一份方框图，表示利用一个等价类差分去映射器的接收器结构。

详细说明

为了设计一个V.92的180°(相位)不变的构象，有必要以这样一种方式来映射等价类标记，使得若信道的极性被反转，则各信息位的序列保持不变。

如图1所示，假定有M个等价类要被分配到一个构象的各个点。分配等价类标记的一种方法被规定如下：将标记“0”分配给最小的正数值点，“1”分配给下一个较大的点，如此类推，直至到达最大的正数值点，或者最大的等价类标记“M-1”被分配出去为止。若最大的等价类标记在最大点之前到达，则下一个较大的点就分配给类“0”，并且该过程继续进行。以相似的方式将负数分配给各等价类标记，但是最接近0的负数值点被分配类标记“M-1”，并且下一个更负的点被标记为“M-2”，余类推。这种标记方式被用来保证介于一个等价类各成员之间的一个大的距离。

使用这个方案来获得180°(相位)不变的困难在于，信道中的极性改变将导致，例如，刚好在0(原点)的上方或下方的各点(它们大小相等而符号相反)发生交换。这将导致等价类“0”和“M-1”发生交换，并且这两类可以统称为一个“相位对子”。紧接更靠外的点，即，被映射为“1”和“M-2”(在本例中，假定M≥2)的那些点也是一个相位对子。这样一来，每一个等价类“m”都跟类“M-1-m”进行交换。在M为奇数的情况下，类(M-1)/2映射为它本身。为了讨论起见，把这一类自身映射相位对子称为“相位自身对子”。请注意在图1中的下列相位对子：(0，4)，(1，3)和2(自身对子)。

为了缓解这个问题，需要一种方法，使用这种方法，可以对各等价类进行差分编码。下面是一个示例性的实施例。向每一个相位对子分配一个不同的位图。针对图1中的每一点，将这些位图表示为在逗号后面的图。每一个等价类都有一个与它相关的位图，该位图继承了它的相位对子，并且不同于任何其他相位对子。对每一个相位对子的一个等价类，在其位图中添加一个0，而对该对子的另一个成员，则添加一个1。在自身对子的情况下，向该类添加一个0或1。这个被添加的位可被称为“类位”。在图1中，类位被表示为在逗号之前的位。

如上所述，已经分配这些位之后，每一个相位对子都包括两个等价类，其位图仅在一个位置上有差别，并且对在所有类中每一个位图来说，这个位置是相同的(例如，最左边的一位)。上述映射关系规定了图2中映射到比特方框14的操作，以模转换器MC输出的各等价类作为输入，将这些等价类转换为类(或符号)位，即，相位对子(或幅值)位格式。随着各等价类的序列从模转换器中出现，这些类被转换为上述形式，并且对类位流进行差分编码，如图2中的DE方框16所示。二进制数据流的差分编码和解码在本技术领域是众所周知的。已进行差分编码的各类位跟已定义的相位对子各比特组合在一起，并且逆映射到各等价类标记，如图2的映射到符号方框18所示。这也能在不对发送器作进一步的改动的前提下，使示例性的实施例得以实现。

在接收器一侧，等价类解码器32输出各等价类，如图3所示。这些等价类可能已经受到或没有受到相位反转的影响。这些等价类被映射到由发送器所说明相同的(或等价的)形式，即，图3中的映射到比特方框34跟图2的对应方框相同或等价。来自映射到比特方框34的类位流输出被差分解码后，得到所需的类位流。在相位自身对子的情况下，由于这种特定的等价类已经是相位不变的，所以该类位被忽略。这些已被恢复的类位被重新组合为接收器的其余部分可识别的各等价类，正如在发送器中那样。因此，图3中的映射到符号方框36跟图2的方框18相同或等价。

应当注意的是，以上所述仅仅是准备使用的规则的一种实施方式。一般来说，仅需要定义一个“0集合”和一个“1集合”，使得若一个等价类处于一个集合之中，则其相位对子中的伙伴就处于另一个集合之中。一个相位自身对子可以处于任何一个集合(或两个集合)之中，但是必须建立一个规则，用以确定在每次出现中分配给它的数值。一个这样的规则就是，为来自一个相位自身对子的一个符号的每一次出现指定一个数值(0或1)，使得差分编码器的输出为0。这要求在编码器那里进行一次判断，但是允许接收器简单地将标记“0”分配给相位自身对子，作为送往差分解码器的输入。

因此，这里叙述一种方法，用于将一般化的Tomlinson-Harashima(TH)前置编码跟4D格编码组合在一起，为PCM上行(模拟调制解调器到数字调制解调器方向)信道提供180°相位不变。

再次参看图2，更详细地观察发送一侧，一个到来的比特流10被施加到模转换器MC 12，后者又被连接到映射方框14，后者将模转换器的输出映射为图1所示的结构的类型，在其中，每一个等价类都被提供一个标记，该标记含有一个符号位和各数值位。人们将理解，方框14的输出包括一个符号位，它被连接到一个差分编码器16，使得它仅仅是被差分编码的符号位。此后，差分编码器的输出以及单元14的输出被连接到采用图1所示结构的逆映射单元18，并且令它返回到原始的等价标记，后者被连接到一个前置编码器20，再连接到一个前置滤波器22。要注意的是，前置滤波器22的输出被发送到接收器。

将要引起注意的是，作为单元14、16和18的输入，有一个参数M_i，它指的是在时序指数i的等价类的数目。在被连接到卷积编码器26的逆映射24之后，提供输出冗余编码，卷积编码器26的用途是，当被连接至前置编码器20时，提供差错保护以及其他发送器要求。

差分编码器是常规的，但有一点例外，这就是它如何处理一个相位自身对子的类位。相位自身对子是在相位反转时映射到它本身而不是其他的等价类的一种等价类。仅当等价类的数目M为奇数时，它才会出现。差分编码器取一个输入比特流x(i)，其中i为时序指数，并根据方程式d(i)＝d(i-1)x(i)将其转换成差分形式d(i)，其中，假定初始状态d(0)为已知(比方说，0)，并且“”表示模2相加。若x(i)为从映射到比特方框14输出的类比特流，则正是这个序列d(i)跟相位对子的各比特重新组合，以形成180°相位不变的各等价类。

一个相位自身对的例外处理如下。如上所述，使用数值M_i来标识一个相位自身对子。若类位来自一个相位自身对子，则在一个实施例中，不管x(i)为何值，都简单地令差分位数值d(i)为0。当遇到一个相位自身对子时，这就使得在接收器一侧的差分解码器自动地为该类位设一个已知的数值。

现在转到图3，在被连接到等价类解码器32的一个格解码器30那里，已接收的信号被解码。然后，等价类解码器32又被连接到与在发送器中的方框14相同类型的映射方框34。方框34的输出，除了被连接到逆映射36以外，还被连接到一个差分解码器38，后者对各等价类的符号位进行差分解码。此后，方框36的输出被连接到一个模转换MC解码器40，以恢复原始数据。

差分解码器是常规的，但有一点例外，就是它如何处理针对一个相位自身对子的类位。差分解码器取一个输入差分比特流d′(i)，其中i为时序指数，并根据方程式x(i)＝d′(i-1)d′(i)，将其转换为非差分形式x(i)(等于在发送器中的x(i))。若d′(i)为图3中映射到比特方框34输出的类比特流，则正是这个与相位无关恢复的序列x(i)跟相位对子的各比特重新组合，以恢复原始的各等价类。

一个相位自身对子的例外处理如下。如上所述，使用数值M_i来标识一个相位自身对子。若差分类位来自一个相位自身对子，则在一个实施例中，不管任何相位反转，都简单地令差分位数值d(i)为已知(比方说，0)。由于在发送器中事实上差分类位被令取这个已知数值，所以这种假设是可能的。

人们将理解，通过将原始各等价类重新映射为一个二进制代码表示或标记，同时仅以差分编码或解码处理符号位，如从图1的说明中所看到的那样，在发送器与接收器之间的通信中所遇到的任何相位反转将变为可忽略的。如前所述，至少就符号位而言，可以忽略相位反转的理由是由于通过映射返回到它本身，即使在通信信道中存在相位反转也是如此。

因此，已经解决的问题是，在通信信道中消除了180°相位反转问题，不管它是否产生。不管180°相位反转是因为计费原因而有意地产生，或者是非故意的，本系统都通过允许忽略相位反转的影响而使相位反转得以补偿。

现在已经说明了本发明的几个实施例，以及它们的某些修改和变更，专业人士应当理解，以上所述仅仅是说明性的而不是限制性的，仅借助于实例加以表示。多种修改和其他各实施例都在普通专业人士的意料之中，并且被认为落在仅由所附权利要求书及其等价物所限定的本发明的范围之内。

Claims (14)

1.在一个PCM调制解调器系统中，其中利用各等价类将信息从一个发送器发送到一个接收器，各数据点按照构象电平位于所述各等价类中，一种用于防止所述发送器与接收器之间的通信信道中相位反转的影响的方法，包括以下步骤：

用符号位来标记等价类对子，所述符号位中一个具有正值，一个具有负值，其中对所述等价类的标记采用二进制记数法；

在发送器一侧对所述符号位进行差分编码；以及

在接收器一侧对所述符号位进行差分解码。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，不管信道的相位反转如何，所述标记以及差分编码器和解码器的使用都导致对等价类的明确的识别，从而避免数据损坏。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，用一个符号位以及至少一个数值位分别对等价类的标识及其数值进行编码。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，用于一个等价类对子的所述符号位的值是符号相反的。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，差分编码步骤包括从一个先前的符号位减去一个当前的符号位，其差值从所述发送器发送到接收器。

6.在一个PCM调制解调器系统中，其中各等价类被用来从发送器传达信息到接收器，一种用于克服会导致传输失真的通信信道相位反转的影响的方法，包括：

将各等价类重新映射为一种能被差分编码与解码的形式，使得在信道的相位反转期间等价类的标识不丢失，并使得所发送的用于所述等价类的标记采用二进制记数法。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述重新映射包括给每一个等价类分配一个符号位。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：

在发送器一侧对所述符号位进行差分编码；以及

在接收器一侧对所述符号位进行差分解码。

9.在一个具有发送器和接收器的PCM调制解调器系统中，一种使该系统免受通信信道相位反转的影响的方法，包括：

为各等价类提供二进制格式的多个可发送的标记位；以及

给一个等价类分配至少一个数值位，该数值位不受相位反转的影响。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述提供多个可发送的标记位的步骤还包括提供符号位。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

在发送器一侧对所述符号位进行差分编码；以及

在接收器一侧对所述符号位进行差分解码。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个可发送的标记位之一是符号位。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，各等价类对子具有符号相反的符号位。

14.一种用于改善PCM调制解调器系统的性能的方法，包括：

为各等价类提供二进制格式的多个可发送的标记位；以及

利用所述多个可发送的标记位中至少一个，以使该PCM调制解调器系统免受通信信道相位反转的影响。

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