DE112007000123T5

DE112007000123T5 - Modem zum Kommunizieren von Daten über einen Sprachkanal eines Kommunikationssystems

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Publication number: DE112007000123T5
Application number: DE112007000123T
Authority: DE
Inventors: Barry L. Carlsbad Dorr
Original assignee: Solectron Invotronics Inc
Current assignee: Solectron Invotronics Inc
Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: WO2007080474A2; US20070160124A1; CA2636635C; CA2636635A1; DE112007000123B4; MX2008008881A; WO2007080474A3; US7864717B2

Abstract

Modulator zum Modulieren von Daten, wobei der Modulator aufweist:
eine elektronische Vorrichtung, die so ausgestaltet ist, dass sie wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt;
wenigstens einen Oszillator in Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung und dazu ausgelegt, jeweilige Oszillationssignale als Antwort auf das Empfangen der wenigstens eine Frequenz von der elektronischen Vorrichtung zu erzeugen; und
ein Rechenelement in Kommunikation mit dem wenigstens einen Oszillator und dazu ausgelegt, dass wenigstens eine Oszillationssignal zu empfangen und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem wenigstens einen Oszillationssignal zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Datenkommunikation über Kommunikationssysteme ist traditionell unter Verwendung eines Modems durchgeführt worden. Datenkommunikation über ein öffentliches Schalttelefonnetzwerk („PSTN” – Public Switch Telephone Network) wird über einen Sprachkanal durchgeführt, da es bei diesem Kommunikationssystem keine Datenkanäle gibt. Zellulare Netzwerke jedoch haben sowohl Daten- als auch Sprachkanäle, über die Daten kommuniziert werden können.
Datenkommunikation, im Gegensatz zu Sprachkommunikation, kann für eine Vielfalt von Zwecken eingesetzt werden. Ein solcher Zweck ist die Fahrzeug-Telematik. Fahrzeug-Telematik wird im Allgemeinen so betrachtet, dass sie unmittelbare Kommunikationsmöglichkeit benötigt, aufgrund verschiedener Sicherheits- und Sicherungsbetrachtungen für Treiber. Zum Beispiel kann es in einem Notfall sein, dass eine Kommunikation von einem Fahrzeug zu einer Anrufzentrale kommuniziert werden muss. Im Allgemeinen nutzen Systeme mit Fahrzeug-Telematik bidirektionale Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und Anrufzentralen.
Wegen der Kostenbeschränkungen bei der Ausstattung der Fahrzeuge verwenden Daten- und Sprachkommunikation für Fahrzeug-Telematik im Allgemeinen ein zellulares Kommunikationssystem. Da „Sicherheit und Sicherung" ein großer Teil dieser Systeme ist, sollte die Datenkommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Anrufzentrale schnell und zuverlässig besorgt werden. Zulieferer in Nordamerika für die Fahrzeug-Telematik stellen sich der Herausforderung, eine Reichweite über den gesamten Kontinent zur Verfügung zu stellen, was notwendigerweise ein Sendegebiet umfasst, in dem drei unterschiedliche vorliegende Zellular-Technologien verwendet werden, nämlich AMPS, GSM und CDMA. Zwei dieser zellularen Technologien, GSM und CDMA, stellen Datenkanäle zum Kommunizieren von Daten zur Verfügung, AMPS stellt keinen Datenkanal zur Verfügung, da AMPS ein analoges Kommunikationssystem ist. Die Datenkanäle von CDMA und GSM vertrauen auf IP-Protokolle, bei denen die Zeit zum Liefern einer Nachricht im Bereich von mehreren Sekunden bis mehreren Stunden liegen kann, so dass der Weg für die Datenkommunikation für die Sicherheits- und Sicherungszwecke der Fahrzeug-Telematik oder anderer Einsatzformen der Datenkommunikation, bei denen ein Bedürfnis oder ein Wunsch nach Kommunikation im Wesentlichen in Echtzeit besteht, weniger geeignet sein wird. Weiterhin verwenden verschiedene zellulare Technologien unterschiedliche Protokolle und Ausrüstung, was somit bei den Anrufzentralen zur Komplexität beiträgt. Als ein Ergebnis ist eine zeitgenaue Datenübertragung nicht möglich, wenn Datenkanäle vorhandener zellularer Technologien verwendet werden, und es gibt ein Bedürfnis nach Datenkommunikation, die Daten schnell und einfach über alle zellularen Technologien liefern kann.
Der Sprachkanal aller zellularen Kommunikationssysteme sorgt für einen Audioweg zwischen den Benutzern mit wenig Verzögerung, und Audio ist ein übliches Element bei allen zellularen Technologien. Es ist daher natürlich, diesen Weg für die Datenkommunikation, so wie die Fahrzeug-Telematik, zu verwenden, um die Komplikationen bei der Verwendung von Datenkanälen zu vermeiden, wegen der Aktualität der Datenkanäle und der Tatsache, dass AMPS keinen Datenkanal enthält.
Obwohl andere Datenkommunikationen versucht haben, den Sprachkanal zu verwenden, um Daten über ein zellulares Netzwerk zu kommunizieren, sind diese Versuche problematisch gewesen oder werden problematisch sein, aufgrund der Beschränkungen in der Ausgestaltung der Sprachkanäle, die bei der zellularen Kommunikation ebenso wie bei anderen Kommunikationssystemen inhärent sind. Nahezu allen zellularen Telefone, die heute verwendet werden, verwenden digitale Sprachkompression, um ihr zugeordnetes Funkspektrum in effektiver Weise zu nutzen. Die Komponente des zellularen Systems, welches die Sprache vor dem Senden komprimiert und dann nach dem Empfang expandiert, wird ein Sprachkompressor oder ein Vocoder genannt. Wie es auf dem Gebiet selbstverständlich wird, befinden sich Vocoder innerhalb mobiler Telefongeräte und Basisstationen zum Senden und Empfangen. Das Senden modulierter Daten durch einen Vocoder, wobei herkömmliche Magnituden- und Phasenmodulation verwendet wird, ist unpraktisch, weil der Vocoder keines davon schützt, da Magnituden- und Phasenmodulation für den psycho-akustischen Prozess der menschlichen Sprachkommunikation nicht kritisch sind. Weiterhin wird die herkömmliche Magnituden- und Phasenmodulation für Datenkommunikation oftmals von dem sendenden Vocoder als ein Nicht- Sprachen-Signal erkannt und vor dem Senden herausgefiltert, so dass das Daten tragende Signal am Empfänger nicht verfügbar sein wird.
Herkömmliche Modeme verwenden verschiedene Kombinationen der Amplituden- und Phasenmodulation, um Daten zu senden. Beispiele sind die binäre Phasenverschiebung (BPSK – Binary Phase Shift Keying), Vierphasen-Modulation (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying), Quadraturamplitudenmodulation (QAM – Quadrature Amplitude Modulation), Frequenzumtastung mit Modulationsindex 0.5 (MSK – Minimum Shift Keying), Frequenzumtastung mit Modulationsindex 0.5 mit Gauss-Kurve (GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying), Frequenzumtastung (FSK – Frequency Shift Keying) und Amplitudenumtastung (ASK – Amplitude Shift Keying). Ein Nachteil dieser Techniken besteht darin, dass sie Information codieren, wobei Amplitude und Phase verwendet werden. Da der psycho-akustische Prozess des menschlichen Hörens für diese beiden Parameter relativ unempfindlich ist, schützen Sprachkompressoren (d. h. Vocoder) Amplitude und Phase nicht, und daher wird die Information über Amplitude und Phase nicht in zuverlässiger Weise übertragen.
Eine weitere Klasse von Modemen verwendet die orthogonale Frequenzmultiplexierung (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Diese Modulation sendet mehrere Träger gleichzeitig, wobei jeder Träger mit der QAM-Modulation moduliert wird. Diese Modulation sendet weiter mit gleichzeitigem Einschalten aller Träger. OFDM ist zum Senden durch Vocoder nicht geeignet, da die QAM-Modulation auf jedem Träger durch den Vocoder nicht geschützt wird.
Doppelton-Mehrfachfrequenz (DTMF – Dual Tone Multi Frequency) kann verwendet werden, um Daten über Audiokanäle zu senden. Diese Modulation verwendet zwei Gruppen aus vier Tönen, und jedes Symbol besteht aus einem Ton aus jeder Gruppe, was zu vier Informationsbits pro Symbol führt. Die Tonfrequenzen des DTMF wurden speziell gestaltet, um harmonische Beziehungen zu vermeiden. Ein Nachteil des DTMF ist, dass, da die Frequenzen in keiner harmonischen Beziehung stehen, es für den Pitch-Prediktor in dem Vocoder schwierig ist, sie darzustellen. Ein zweiter Nachteil ist, dass die Frequenzen des DTMF einen relativ engen (697–1633 Hz) Frequenzbereich belegen und durch den Rauschenlöscher in den Vocoder gedampft oder beseitigt werden können.
Ein im Handel erhältliches Modem nutzt das Vorliegen oder Fehlen eines Satzes aus vier Kandidaten-Tonen, um vier Bit pro Symbol zu codieren. Dieses Modem ist herkömmlich, da es einfach vier Träger der Amplitudenumtastung (ASK) verwendet. Ein Nachteil dieses Modems ist, dass die Amplituden der Töne nicht genau durch den Vocoder dargestellt werden, was es für den Demodulator schwierig macht, zu erfassen, ob ein Ton geschickt worden ist oder nicht. Einzelne Töne werden von dem Vocoder basierend auf der Verbundstruktur des Signals gedämpft, und auf die Geschichte vergangener Signale und die Zukunft einlaufender Signale kann nicht vertraut werden, da die Amplitude ungenau ist. Der Empfänger, der eine Schwellenwerterfassung verwendet, um das Vorliegen oder Fehlen eines Tones zu erfassen, ist, da die Amplitude ungenau ist, in gleicher Weise ungenau.
Gegenwärtige Vocoder komprimieren Sprache mit Bitraten zwischen 2.000 und 14.000 Bit pro Sekunde („BPS"). Die Entropie oder der Informationsgehalt von menschlicher Sprache in Fernsprechqualität ist viel geringer (z. B. zwischen 100 und 200 Bit pro Sekunde), was nahelegt, das zukünftige Vocoder bei sehr viel geringeren Geschwindigkeiten arbeiten werden. Es gibt gegenwärtig mehrere Modeme, die zur Verwendung mit der zellularen Telefonie verfügbar sind. Diese Modeme nutzen herkömmliche Modem-Wellenformen, die durch den menschlichen Sprachtrakt nicht erzeugbar sind, und sie senden Daten mit Geschwindigkeiten, die gut oberhalb der Entropiegeschwindigkeiten liegen. Dies legt nahe, dass diese herkömmlichen Modeme einen Vorteil aus der Ineffizienz der Vocoder des Standes der Technik ziehen, und sie werden wahrscheinlich nicht richtig arbeiten, wenn die zellularen Operatoren neuere Vocoder mit geringerer Geschwindigkeit einführen. Der Einsatz dieser herkömmlichen Modeme ist aus diesem Grunde beschränkt gewesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Überwinden der Probleme herkömmlicher Datenkommunikation über Sprachkanäle von Kommunikationssystemen, insbesondere denjenigen, die Kompressionstechnologien, so wie Vocoder, einsetzen, codieren die Grundsätze der vorliegenden Erfindung Daten in ein moduliertes Audiosignal, das in seiner Struktur der menschlichen Sprache ähnlich ist. Das modulierte Audiosignal kann eine harmonische Struktur eines beabstandeten (pitched) Sprachsignals umfassen, eine Formant-Struktur, die ähnlich der ist, die von einem menschlichen Sprachtrakt erzeugt wird, und ein sich mit der Zeit änderndes Spektrum ähnlich dem, wie es von einem menschlichen Sprachsignal erzeugt wird. Indem die Daten in ein Signal codiert werden, das in seiner Struktur der menschlichen Sprache ähnlich ist, kann das Signal über Sprachkanäle eines Kommunikationssystems kommuniziert werden, welches Kompressionstechnologie nutzt, ohne die Daten zu verlieren oder in negativer Weise zu beeinflussen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Grundsätze der vorliegenden Erfindung einen Modulator zum Modulieren von Daten. Der Modulator kann eine elektronische Vorrichtung umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt. Wenigstens ein Oszillator kann mit der elektronischen Vorrichtung kommunizieren und ist so ausgelegt, dass er jeweilige Oszillationssignale als Antwort auf den Empfang der Frequenz(en) von der elektronischen Vorrichtung erzeugt. Ein Rechenelement kann mit dem/den Oszillator(en) kommunizieren und so ausgelegt sein, dass es das/die Oszillationssignal(e) empfängt und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem/den Oszillationssignal(en) erzeugt.
Eine weitere Ausführungsform gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung kann ein Modem umfassen, das einen Modulator enthält, welcher eine elektronische Vorrichtung aufweist, die so ausgestaltet ist, das sie wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt. Wenigstens ein Oszillator kann mit der elektronischen Vor richtung kommunizieren und so ausgelegt sein, dass er jeweilige Oszillationssignale als Antwort auf den Empfang der Frequenz(en) von der elektronischen Vorrichtung erzeugt. Ein Rechenelement kann mit dem/den Oszillator(en) kommunizieren und so ausgelegt sein, dass es das/die Oszillationssignal(e) empfangt und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem/den Oszillationssignal(en) erzeugt.
Eine weitere Ausführungsform gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Kommunizieren von Daten über einen Sprachkanal. Das System kann einen Modulator umfassen, der so ausgelegt ist, dass er digitale Daten empfängt und ein moduliertes Audiosignal erzeugt, das die digitalen Daten enthält und Eigenschaften hat, die eine harmonische Struktur und eine Formant-Struktur umfassen. Das System kann weiter einen Sender umfassen, der so ausgestaltet ist, dass er das modulierte Audiosignal über einen Sprachkanal sendet. Das modulierte Audiosignal kann aus wenigstens drei Frequenzen zusammengesetzt sein. Das System kann weiter einen Paket-Codierer in Kommunikation mit dem Modulator umfassen, der so ausgelegt ist, dass er Pakete digitaler Daten erzeugt, die von dem Modulator verwendet werden, um das modulierte Audiosignal zu erzeugen. Ein Vocoder kann das modulierte Audiosignal komprimieren, bevor der Sender das modulierte Audiosignal sendet. Ein Empfänger kann das komprimierte modulierte Audiosignal empfangen und ein Demodulator kann so ausgelegt werden, dass er das modulierte Audiosignal demoduliert, um die darin enthaltenen digitalen Daten zu bestimmen.
Noch weiter umfassen die Grundsätze der vorliegenden Erfindung einen Demodulator zum Demodulieren eines modulierten Audiosignals. Der Demodulator kann einen Prozessor umfassen, der so ausgestaltet ist, dass er ein moduliertes Audiosignal empfangt, das wenigstens ein Oszillationssignal umfasst, welches bei wenigstens einer jeweiligen Frequenz arbeitet, die aus wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen ausgewählt ist, und feststellt, welche der wenigstens einen Frequenz aus den wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen das modulierte Audiosignal umfasst. Die Bestimmung, welche der Frequenz(en) kommuniziert wird, kann dadurch getroffen werden, dass bestimmt wird, welche der Frequenz(en) das stärkste Signal unter den Kandidaten-Frequenz(en) hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Kommunikationssystems zum Kommunizieren von Daten, welches die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verwendet;
1B ist ein Blockschaubild eines Modems, das gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, außerhalb eines drahtlosen Gerätes;
1C ist ein Blockschaubild eines Modems, das gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, innerhalb eines drahtlosen Gerätes;
2 ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Paket-Codierers zur Verwendung beim Codieren von Datenpaketen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockschaubild, das ein beispielhaftes Datenpaket darstellt, welches von dem Paket-Codierer der 2 erzeugt worden ist;
4 ist ein Blockschaubild, das einen beispielhaften Modulator zum Erzeugen eines modulierten Audiosignals gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine grafische Darstellung, die mehrere Töne oder Frequenzen zeigt, welche zum Erzeugen des modulierten Audiosignals ausgewählt sind, welches von dem Modulator der 4 erzeugt wird;
6 ist eine grafische Darstellung, die einen beispielhaften Nyquist-Puls zur Verwendung beim Erzeugen von Modulationssignalen innerhalb des Modulators der 4 zeigt;
7 ist eine grafische Darstellung, die ein moduliertes Audiosignal mit einer Anzahl von Symbolen zeigt;
8 ist ein Blockschaubild, das einen Teil des Kommunikationssystems der 1A zeigt;
9 ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Demodulators zur Verwendung beim Demodulieren eines modulierten Audiosignals, das über einen Sprachkanal eines Kommunikationssystems kommuniziert wird, so wie dem Kommunikationssystem der 1A; und
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zum Bestimmen von Daten, welche in dem modulierten Audiosignal der 7 enthalten sind, zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
1A ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Kommunikationssystems 100, das die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verwenden kann. Das Kommunikationssystem 100 dient der Datenübertragung über einen Sprachkanal zwischen einem drahtlosen Gerät, so wie einem mobilen Telefon, und einem festen Ort, so wie einer Anrufzentrale, die für die Fahrzeug-Telematik verwendet werden kann, in der Lage. Eine Datenquelle 102 erzeugt digitale Daten 103. Ein Modem 104 kann (i) einen Paket-Codierer 106, der Datenpakte 107 erzeugt, und (ii) einen Modulator 108, der ein moduliertes Audiosignal 109 basierend auf den Datenpaketen 107 erzeugt, umfassen. Das Trennen langer Nachrichten in Datenpakete ist auf dem Gebiet selbstverständlich und ist eine übliche Technik für unzuverlässige Umgebungen bei der Datenübertragung. Zum Beispiel werden Datenpakete oftmals bei der öffentlichen Sicherheits-Funkkommunikation, im Amateurfunk, bei zellularer Kommunikation und im Internet verwendet.
Das modulierte Audiosignal 109 ist so strukturiert, das es eine harmonische Struktur eines beabstandeten Sprachsignals und eine Formant-Struktur ähnlich der, die von dem menschlichen Sprachtrakt erzeugt wird, aufweist. Zusätzlich hat das modulierte Audiosignal 109 ein sich zeitlich änderndes Frequenzspektrum, so dass es Sprachsignalen besser ähnelt, die inhärent ein sich kontinuierlich änderndes Frequenzspektrum haben. Ein drahtloses Gerät 110, so wie ein zellularer Handapparat, kommuniziert das modulierte Audiosignal 109. Das drahtlose Gerät 110 kann einen Vocoder (siehe 1B) umfassen, der zum Komprimieren von Sprachsignalen eingesetzt wird, um die Bandbreite des Kommunikationssystems 100 zu maximieren. Das drahtlose Gerät 110 kommuniziert ein drahtloses Signal 112, welches das modulierte Audiosignal 109 umfasst, wie es von dem drahtlosen Gerät 110 über einen Sprachkanal verarbeitet wird.
Ein drahtloser Empfänger 114, so wie eine zellulare Basisstation, kann das drahtlose Signal 112 über den Sprachkanal empfangen und das drahtlose Signal 112 an ein PSTN 116 kommunizieren. Ein quantisiertes Audiosignal 117, welches die codierten Daten in dem modulierten Audiosignal 109 enthält, wird an einen Demodulator 118 kommuniziert. Der Demodulator 118 demoduliert das quantisierte Audiosignal 117, um ein demoduliertes Signal 119 zu bilden, das durch einen Paket-Decodierer 120 geleitet wird, um die Daten zu decodieren, welche in dem demodulierten Signal 119 gespeichert sind, um Daten 121 zu erzeugen. Die Daten 121, die dieselben sind wie die digitalen Daten 103, können an einen Datenempfänger 122, so wie eine Anrufzentrale, für die zeitgenaue Lieferung der Nachricht kommuniziert werden.
1B ist ein Blockschaubild eines Modems, das gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, außerhalb eines drahtlosen Gerätes. Die Datenquelle 102 kann mit dem Modem 104 verbunden werden, um an dieses digitale Daten 103 zu kommunizieren. Das Modem 104 kann so ausgestaltet sein, wie es in 1A gezeigt ist, um das modulierte Audiosignal 109 zu erzeugen, das an das drahtlose Gerät 110a kommuniziert werden soll. Wie gezeigt befindet sich das Modem 104 physikalisch außerhalb des drahtlosen Gerätes 110a. Bei einer Ausführungsform ist das drahtlose Gerät 110a ein mobiles Telefon oder ein anderes Gerät, das so ausgestaltet ist, dass es Sprachsignale über ein zellulares oder ein anderes drahtloses Kommunikationssystem kommuniziert. Da es zum Kommunizieren von Sprachsignalen ausgestaltet ist, umfasst das drahtlose Gerät 110a einen Vocoder 124 zum Komprimieren von Sprachsignalen. Wie gezeigt, ist das Modem 104 mit einem externen Verbinder 126 verbunden, der einen internen Signalweg 128 hat, der direkt oder indirekt zu dem Vocoder 124 führt. In dem Fall, dass das Modem 104 mit einem mobilen Telefon verbunden ist, kann die Verbindung zwischen dem Modem 104 und dem drahtlosen Gerät 110a einen externen Verbinder 126 umfassen, der typischerweise für einen externen Audiohandapparat verwendet wird, wie er auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, dass das Modem 104 bei einer großen Vielfalt mobiler Telefone verwendet wird, da die Schnittstelle des Audio-Handapparates unter den Mobiltelefonherstellern nahezu identisch ist. Der Vocoder 124 steht mit einem Transceiver 130 zum Kommunizieren des modulierten Audiosignals 109 von dem drahtlosen Gerät 110a in Verbindung.
1C ist ein Blockschaubild eines Modems, das gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist und innerhalb eines drahtlosen Gerätes 110b angeordnet ist. Die Datenquelle 102 kommuniziert mit dem drahtlosen Gerät 110b. Bei dieser Ausführungsform des drahtlosen Gerätes 110b ist ein Digitalsignalprozessor („DSP") 132 oder ein anderer Prozessor vorgesehen, der Software ausführt, um die Funktion eines Vocoders 134 und eines Modems 136 auszuführen. Diese Ausgestaltung führt zu einem kostengünstigeren System, da das Modem in die Praxis umgesetzt wird, indem Software auf den DSP 132 aufgeschaltet wird, der bereits in dem drahtlosen Gerät 110b vorliegt. Bei dieser Ausgestaltung werden die digitalen Daten 103 zu dem drahtlosen Gerät 110b über einen geschützten Verbinder in dem drahtlosen Gerät 110b oder über eine drahtlose Datenverbindung mittels Bluetooth weitergeleitet. Jedenfalls ist das Modem 136 in der Lage, dieselbe Funktion auszuüben, wie das Modem 104 der 1B. Ähnliche Konfigurationsarbeitsgänge, abhängig von der gewünschten Ebene der Integration, liegen für die Verbindung zu einem PSTN vor. Bei einer alternativen Ausgestaltung kann das Modem und/oder das drahtlose Gerät in einem Controller enthalten sein. Bei einer Ausführungsform kann der Controller in einem Transportbetrieb ausgestaltet sein, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug.
2 ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Paket-Codierers 106 zur Verwendung beim Codieren von Datenpaketen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Ein Paketgenerator 202 arbeitet so, dass er das digitale Signal 103, das einen Datenstrom bildet, von der Datenquelle 102 (1A) in Datenpakete 204 auftrennt. Bei einer Ausführungsform enthalten die Datenpakete 204 ungefähr 1000 Bit. Ein Generator 206 für einen zyklischen Redundanzcode („CRC” – Cyclic Redundancy Code) empfangt die Datenpakete 204 und fügt Redundanzinformation hinzu, die von einem Empfänger verwendet wird, um nicht korrigierbare Sendefehler nach dem Demodulieren und der Fehlerkorrektur bei dem Empfänger 114 (1A) zu erfassen, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Als Alternative könnten andere Fehlercodes verwendet werden.
Die Ausgabe des CRC-Generators 206 wird an einen Randomisierer 208 kommuniziert. Der Randomisierer 208 invertiert ausgewählte Bits entsprechend einer pseudozufälligen Sequenz, die sowohl dem Sender als auch dem Empfänger des Kommunikationssystems bekannt ist, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Ein Codierer 210 für die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC – Forward Error Correction) empfängt die Ausgabe von dem Randomisierer 208 und fügt dem Datenpaket weitere Redunanzinformation hinzu. Bei einer Ausführungsform kann ein Reed-Solomon-Code (31, 21) verwendet werden, so dass bestimmte Muster an Übertragungsfehlern an dem Empfänger 114 korrigiert werden können, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Es sollte verstanden werden, dass andere FEC-Codiertechniken verwendet werden können. Der FEC-Codierer 210 erzeugt FEC-Codewörter 211, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist.
Ein Verschachteler 212 kann so ausgestaltet werden, dass er Gruppen aus Bits zeitlich umordnet, so dass Übertragungsfehlerpulse über mehrere FEC-Coderwörter 211 verstreut werden, was somit weiter die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Fehlerkorrektur am Empfänger erhöht. Der Verschachteler 212 gibt ein Datenpaket aus, das Inhalts- und Redundanzinformation umfasst. Das Datenpaket 213 kann ungefähr 1500 Bit lang sein und Inhalt umfassen, das sowohl Daten- als auch Redundanzinformation enthält. Es sollte verstanden werden, dass die Größe der Datenpakete 213 langer oder kürzer sein kann, abhängig von der bestimmten Implementierung des Paket-Codierers 106.
Eine Nachrichtenkopf-Rechenfunktion 214 wird verwendet, um einen Nachrichtenkopf zu berechnen, der von dem Empfänger verwendet wird, um bestimmte Aspekte des Pakets für die Demodulation vor dem Decodieren zu bestimmen. Der Nachrichtenkopf kann Information über das Paket umfassen, einschließlich der Paketlänge und des Typs der Vorwärtsfehlerkorrektur, die verwendet wird, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich. Die Information über den Nachrichtenkopf, die von der Nachrichtenkopf-Rechenfunktion 214 bestimmt wird, kann vorn an die Datenpakete 213 angehängt werden. Eine Sync-Wort-Zusatzfunktion 216 kann ein Synchronisations (Sync)-Wort an das Datenpaket anhängen, das von dem Empfänger verwendet wird, um den Beginn des Datenpaketes zu markieren. Bei einer Ausführungsform hängt die Sync-Wort-Zusatzfunktion 216 das Sync-Wort vorn an das Datenpaket 107 an, an dem auch ein Nachrichtenkopf vorn an das Datenpaket angehängt sein kann.
3 ist ein Blockschaubild, welches ein beispielhaftes Datenpaket 107 darstellt, das von dem Paket-Codierer 106 der 2 erzeugt worden ist. Wie gezeigt, umfasst das Datenpaket 107 drei Hauptabschnitte, ein Sync-Wort 304, einen Nachrichtenkopf 302 und Daten- und Redundanzinformation 213. Es sollte verstanden werden, dass sich das Sync-Wort 304 und der Nachrichtenkopf 302 anderswo befinden werden können, oder irgendeine andere Ausgestaltung haben können und dieselbe oder eine ähnliche Funktionalität gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stellen. Indem jedoch das Sync-Wort 304 vom an das Datenpaket 107 gebracht wird, kann ein Empfänger den Beginn des Datenpaketes 107 bestimmen. Die Daten- und Redundanzinformation umfasst Daten von dem digitalen Signal 103 (1 und 2), bei dem weitere Arbeitsgänge ausgeführt worden sind, um das Datenpaket 107 für die Lieferung an den Modulator 108 (1A) vorzubereiten. Bei einer Ausführungsform ist das Sync-Wort 304 21 Bit lang, und der Nachrichtenkopf ist 23 Bit lang. Es sollte verstanden werden, dass die Länge des Sync-Wortes 304 und des Nachrichtenkopfes 302 unterschiedlich sein kann, wobei sie weiter dieselbe oder eine ähnliche Funktionalität zur Verfügung stellen, als ob sie das Sync-Wort 304 mit 21 Bit und den Nachrichtenkopf 302 mit 23 Bit haben. Während die Daten- und Redundanzinformation ungefähr 1500 Bit umfassen kann, können andere Längen auch dieselbe oder eine ähnliche Funktionalität zur Verfügung stellen, wie sie durch die Grundsätze der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
4 ist ein Blockschaubild, das einen beispielhaften Modulator 108 zum Erzeugen eines modulierten Audiosignals gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung darstellt. Die codierten Pakete 107 werden von dem Paket-Codierer 106 (1A) ausgegeben und in den Modulator 108 eingegeben. Der Modulator 108 wandelt Bits des Datenpakets 107 in modulierte Signale um, die von einem drahtlosen Gerät 110 gesendet werden können. Das Datenpaket 107 wird als eine Gruppe einzelner Bits betrachtet, die in eine Eingangsleitung 402 des Modulators 108 gespeist werden. Die Datenpakete 107 werden zu dem Modulator 108 mit einer Bitrate von FB (Frequenz der Bits) Bits pro Sekunde kommuniziert. Aufeinanderfolgende Bits des codierten Paketes 107 werden mit einem Seriell-Parallel-Wandler 404 in parallele Wörter umgewandelt. Der Seriell-Parallel-Wandler 404 kann ein 8-Bit-Wandler sein. Als Alternative kann der Seriell-Parallel-Wandler 404 kleiner oder größer sein.
Wenn ein Seriell-Parallel-Wandler 404 mit 8 Bit verwendet wird, werden Bytes mit einer Symbolrate FS (Frequenz der Symbole) erzeugt, die genau 1/8 der Bitrate FB beträgt. Die Ausgaben des Seriell-Parallel-Wandlers 404 werden auf dem Bus 406 zu einer Codiertabelle 408 kommuniziert. Die Codiertabelle 408 kann von einem Prozessor betrieben werden, so wie einem DSP oder einer anderen unterschiedlichen Hardware. Ein Prozessor, der die Codiertabelle 408 betreibt, kann für andere Zwecke innerhalb des Modems verwendet werden, einschließlich zum Betreiben des Paket-Codierers 106. Die Codiertabelle 408 bildet Datenbytes, die von dem Seriell-Parallel-Wandler 404 ausgegeben werden, in eindeutige Kombinationen aus drei Tonfrequenzen ab, die einem Satz aus 13 möglichen Kandidaten-Tonen oder -frequenzen entnommen sind, welche in der Codiertabelle 408 gespeichert sind. Da es 286 mögliche Kombinationen aus 13 Größen gibt, wenn man jeweils drei nimmt, und es nur 256 eindeutige binäre Muster für ein Byte gibt, bleiben dreißig Kombinationen unbenutzt. Mit anderen Worten werden 256 Einträge in der Codiertabelle 408 gespeichert. Die Codiertabelle hat drei Ausgänge 410a, 410b und 410c (gemeinsam als 410 bezeichnet). Die Ausgänge 410 stellen drei unterschiedliche Frequenzen F1, F2 und F3 dar, die ausgewählt sind, um das modulierte Audiosignal 109 zu erzeugen (1A). Jede der Frequenzen F1–F3 wird in Oszillatoren 412a, 421b bzw. 412c über Eingangsleitungen 414a, 414b bzw. 414c eingegeben. Die Oszillatoren 412a–412c empfangen die Frequenzsignale F1–F3 jeweils auf Eingangsleitungen 414a–414c.
Bei dieser Ausführungsform sind die Kandidaten-Tonfrequenzen:
wobei k = 3, 5, 7, ...27, die eine harmonische Beziehung haben, bei der die Kandidaten-Tone ungradzahlige Vielfache der Basisfrequenz von 119.403 Hz sind, was somit die genaue Darstellung von dem Pitch-Prediktor in dem Vocoder erlaubt. Als Alternative könnten andere Basisfrequenzen verwendet werden. Es sollte verstanden werden, dass gradzahlige Vielfache oder eine Kombination aus gradzahligen und ungradzahligen Vielfachen der Basisfrequenz als Alternative verwendet werden könnten. Die Basisfrequenz wird bei dieser Ausführungsform nicht benutzt, da sie zufällig außerhalb des Frequenzbereichs des PSTN liegt.
Die Frequenzen F1–F3 stellen drei individuelle Tonfrequenzen dar, die in die jeweiligen Oszillatoren 412a–412c eingegeben werden. Diese Oszillatoren werden als „frequenzagil" dahingehend betrachtet, dass die in der Lage sind, jedwede der Kandidaten-Tonfrequenzen zu erzeugen. Die Oszillatoren sind auch phasenkohärent, was bedeutet, dass Frequenzübergänge keine sofortigen Phasenübergänge hervorrufen, welche das Erzeugen eines unerwünschten harmonischen Inhalts hervorruft. Ein Taktgenerator 416 wird verwendet, um ein Taktsignal 418 zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform kann das Taktsignal verwendet werden, um die Datenquelle 102 (1A) zu takten und um einen Nyquist-Pulsgenerator 420 zu steuern. Obwohl sich das Modem nicht an die genaue Bitrate der Datenquelle anpasst, können Ratenanpassungs- und „elastische" Speichervorrichtungen, so wie die, die bei Pulscodemodulation („PCM” – Pulse Coded Modulation)-Telefonverbindungen verwendet werden, eingesetzt werden, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Der Nyquist-Pulsgenerator 420 erzeugt einen Nyquist-Puls 422, der in die Oszillatoren 412a–412c jeweils auf den Eingangsleitungen 424a–424c eingegeben wird. Beim Erzeugen des Nyquist-Pulses 422 kann der Nyquist-Pulsgenerator 420 einen vollen Nyquist-Filter umfassen, der eine Bandbreite von 25 Hz und ein Alpha (a) = 1.0 hat. Das Nyquist-Pulssignal 422 wird in Amplitudensteuereingänge der Oszillatoren 412a–412c eingegeben. Die Funktion des Nyquist-Pulses ist ein gut bekannter Arbeitsgang des Glättens von Pulsen. In diesem Fall verwenden wir die Amplitudeneinhüllende des Nyquist-Pulses, so dass Oszillationssignale 426a, 426b und 426c, die von den Oszillatoren 412a–412c ausgegeben werden, gleichzeitig zeitlich und spektral beschränkt werden können. Es sollte verstanden werden, dass andere Arten von Pulsen verwendet werden könnten, einschließlich der Gauss'schen oder irgendeiner anderen Funktion, die in der Lage ist, ein Signal zeitlich und spektral zu beschränken. Die Ausgangs-Oszillationssignale 426a, 426b und 426c der Oszillatoren 412a, 412b und 412c sind Eingansleitungen 428a, 428b und 428c in einen Summierer 430. Der Summierer arbeitet so, dass er die drei Oszillationssignale 426a–426c aufsummiert, um ein moduliertes Audiosignal 109 auf der Ausgangsleitung 423 zu erzeugen. Es sollte verstanden werden, dass der Summierer 430 als Alternative ein unterschiedliches Rechenelement sein kann, um ein moduliertes Audiosignal zu erzeugen, das mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung konsistent ist. Bei einer Ausführungsform kann Rauschen (z. B. weißes Rauschen) in den Summierer 430 eingegeben werden, während das Modem arbeitet, um den Betrieb eines Vocoders zu verbessern, der innerhalb eines drahtlosen Gerätes arbeitet. Es sollte verstanden werden, dass ein derartiges Rauschen keine Daten (d. h. Bits) darstellt, sondern statt dessen Signalrauschen, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Rauschen außerhalb des Modems, jedoch vor dem Vocoder aufgegeben werden. Wenn das Modem außerhalb des drahtlosen Gerätes liegt, kann das modulierte Audiosignal 109 nun in ein drahtloses Gerät 110 (1A), so wie einen zellularen Handapparat, zum Senden des modulierten Audiosignals 109 über einen Sprachkanal an einen drahtlosen Empfänger 114, so wie eine zellulare Basisstation, eingegeben werden.
Als eine beispielhafte Arbeitsweise des Modulators 108 kann das Datenpaket 107 einen binären Wert 10110101 haben. Der Seriell-Parallel-Wandler 404 wandelt das Datenpaket 107 in ein Byte aus Daten um, das über den Bus 406 kommuniziert wird. Der binäre Wert 10110101 wird in das Byte 0×B5 umgewandelt, was die hexadezimale Darstellung von binären Daten ist. Die drei Tabelleneinträge für 0×B5 sind 2 in der Zeile 414a, 5 in der Zeile 414b und 9 in der Zeile 414c. Die Eingabe von 2 in den Oszillator 412a ruft bei ihm hervor, dass er ein Oszillationssignal 426a erzeugt, das eine Frequenz von 835.8 Hz hat. Der Nyquist-Puls auf der Eingangsleitung 424a formt die Einhüllende der Sinusfunktion, so dass sie mit der Amplitude Null beginnt, die Vollamplitude in der Mitte des Symbols verwirklicht und mit der Amplitude Null endet. In ähnlicher Weise erzeugen die Oszillatoren 412b und 421c Oszillationssignale 426b und 426c mit Frequenzen von 1552.2 Hz bzw. 2507.5 Hz, und ihre Einhüllenden sind in ähnlicher Weise geformt. Die drei geformten Oszillationssignale 426a, 426b und 426c werden von dem Summierer 430 aufaddiert, was zu dem modulierten Audiosignal 109 auf der Ausgangsleitung 432 führt.

5 ist eine graphische Darstellung, die mehrere Töne oder Frequenzen zeigt, welche zum Erzeugen des modulierten Audiosignals ausgewählt werden, das von dem Modulator der 4 erzeugt wird. Wie gezeigt, gibt es dreizehn Kandidaten-Tone oder -frequenzen F0– F12, aus denen drei, zum Beispiel F0, F3 und F8, oder mehr ausgewählt werden können, um das modulierte Audiosignal zu bilden, das eine harmonische Struktur, eine Formant-Struktur und ein zeitlich sich änderndes Frequenzspektrum hat, um eine menschliche Stimme zu modellieren. Die Frequenzen können um über 200 Hertz (Hz) zwischen 300 und 3300 Hz getrennt sein. Als Alternative können andere Frequenzen verwendet werden, um die Formant-Struktur zu bilden und in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zu sein. Die Frequenzen können eingestellt werden, wie es in der TABELLE I hiernach gezeigt ist.

Lokaler Oszillator	Frequenz (Hz)	Lokaler Oszillator	Frequenz (Hz)
LO 0	300	LO 7	1901
LO 1	526	LO 8	2138
LO 2	753	LO 9	2382
LO 3	980	LO 10	2636
LO 4	1208	LO 11	2906
LO 5	1437	LO 12	3200
LO 6	1667

TABELLE I

6 ist eine graphische Darstellung, die einen beispielhaften Nyquist-Puls zur Verwendung beim Erzeugen von Modulationssignalen innerhalb des Modulators der 4 zeigt. Der Nyquist-Puls 422 wird verwendet, um durch Glätten die Ausgangs-Oszillationssignale 426a–426c (4) zu formen. Bei einer Ausführungsform wird der Nyquist-Puls 422 auf α = 1.0 gesetzt, was verschiedene Parameter eines Nyquist-Pulses einrichtet, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist, um eine Form der Einhüllenden des Pulses zu erzeugen, um sowohl den zeitlichen als auch den spektralen Gehalt zu beschränken. Die Pulsdauer stellt die Dauer des 1-Symbols dar und wiederholt sich mit jedem Symbol, so dass sichergestellt wird, das jedes Symbol unabhängig ist.
7 ist eine graphische Darstellung, welche ein moduliertes Audiosignal 109 zeigt, welches eine Anzahl von Symbolen zeigt. Das modulierte Audiosignal 109 ist so gezeigt, dass es mehrere Symbole hat, wie sie von dem Nyquist-Puls 422 (6) moduliert worden sind. Da jedes codierte Wort unterschiedlich sein kann, hat jedes gezeigte Symbol eine unterschiedliche Struktur, so dass die verfälschenden Effekte der Vocoder vermieden werden, an denen herkömmliche Modemsignale leiden.
Eine Ausführungsform gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung sendet drei Frequenzen oder Töne aus einem Satz von dreizehn Kandidaten-Frequenzen. Jedoch kann sowohl die Anzahl der Kandidaten-Töne und/oder die Anzahl der gesendeten Töne geändert werden. Das Anheben der Anzahl der Kandidaten-Töne und/oder der gesendeten Töne ermöglicht es dem Modem, mehr Informationsbits pro Symbol zu senden, so dass die Bitrate erhöht wird. Jedoch verringert das Anheben der Anzahl der Kandidaten-Tone und/oder der gesende ten Töne den Euklidischen Abstand des gesendeten Symbolsatzes und erhöht die Übertragungsfehlerrate, wenn der Vocoder durchlaufen wird. Wenn die Anzahl der Kandidaten- oder gesendeten Töne abnimmt, dann nimmt die Bitrate ab, jedoch ist das Modem zuverlässiger. Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine oder werden mehrere Frequenzen aus einem Satz aus drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen erzeugt und gesendet. Das Modem kann dieselbe Anzahl von Frequenzen für jedes kommunizierte Symbol verwenden. Zum Beispiel kann jedes Symbol drei Frequenzen umfassen. Weiter kann ein Abstand, so wie 50 ms, zu jedem Symbol eingerichtet werden, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems sicherzustellen.
Eine erfolgreiche Datenübertragung des modulierten Signals 109, welches von dem Modem 104 (1A) erzeugt worden ist, das den Paket-Decodierer 106 und den Modulator 108 umfasst, ist erreicht, wenn das modulierte Audiosignal 109 der menschlichen Sprache ähnelt. Das modulierte Audiosignal 109, das nun der menschlichen Sprache ähnelt, bewirkt, dass das modulierte Audiosignal 109 als ein Sprachsignal behandelt wird, anstatt dass es vor der Sendung entsorgt wird. Eine erfolgreiche Datenübertragung, wie es hiernach erläutert werden wird, ist auch erreicht, wenn die Daten codiert sind, indem wahrnehmbare Aspekte der menschlichen Sprache verwendet werden, die von dem Vocoder unbeeinflusst bleiben. Diese Aspekte werden wie folgt erreicht.
Zunächst sollte sich das Frequenzspektrum des modulierten Audiosignals 109 (Datensignal) im Wesentlichen kontinuierlich ändern. Eine grundsätzliche Eigenschaft der menschlichen Sprache ist, dass sich das Frequenzspektrum kontinuierlich ändert. Sprachkompressoren, so wie Vocoder, nutzen diese Eigenschaft aus und beseitigen Signale, die der Sprache nicht ähneln, vor der Kompression, so dass sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Treue der Kompression verbessert wird. Beim Entwickeln der Grundsätze der vorliegenden Erfindung war das Verständnis dieser beiden Grundsätze (d. h. der kontinuierlichen Änderung im Frequenzspektrum der menschlichen Spracheigenschaften und die Dämpfung oder Beseitigung von Nicht-Sprache durch den Vocoder mittels Rauschen reduzierender Filter, so wie Weiner-Filter), welches zu der Entdeckung führte, dass Daten im Wesentlichen dieselben Eigenschaften haben sollten, wie menschliche Sprache (z. B. eine im Wesentlichen kontinuierliche Änderung im Frequenzspektrum), so dass sie durch den Vocoder laufen, ohne dass sie verfälscht werden. Jedwedes Signal mit einem unveränderten Spektrum, wenn es über eine Dauer von mehreren Sekunden gemessen wird, wird als Nicht-Sprache oder "Rauschen" klassifiziert und wird durch Rauschen löschende Filter beseitigt. Klassische Modulationstechniken, so wie QPSK, QAM oder MSK, haben alle konstante Frequenzspektren und werden daher von Sprachkompressoren beseitigt oder stark gedämpft. Das modulierte Audiosignal 109 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung belegt einen weiten Frequenzbereich und benutzt bestimmte Frequenzen sporadisch, so dass ein sich im Wesentlichen kontinuierlich änderndes Spektrum zur Verfügung gestellt wird. Da der Inhalt des Datenpakets im Wesentlichen zufällig ist, sind die Frequenzen, die in der Codiertabelle 408 (4) ausgewählt werden, im Wesentlichen zufällig, was bewirkt, dass die Symbole (7) des modulierten Audiosignals 109 sich im Wesentlichen kontinuierlich ändern.
Zweitens sollte das Frequenzspektrum des modulierten Audiosignals 109 sich nicht schneller ändern als der menschliche Sprachtrakt. Vocoder nutzen die relativ geringe Geschwindigkeit der Änderung des Sprachtraktes, indem die Parameter des Sprachtraktes mit einer geringen Geschwindigkeit aktualisiert werden, die typischerweise zwischen 50 und 100 Hz liegt. Wenn sich das Frequenzspektrum des modulierten Audiosignals 109 schneller ändert als der menschliche Sprachtrakt, dann ist die Aktualisierungsgeschwindigkeit innerhalb des Vocoders nicht ausreichend niedrig, und das Datensignal wird unterbrochen. Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung jedoch aktualisiert das modulierte Audiosignal 109 die spektrale Einhüllende alle 20 Millisekunden (ms) oder länger (z. B. 30 ms), was ausreichend niedrig ist, um zu verhindern, dass durch Vocoder in dem Kommunikationsweg der drahtlosen Kommunikationsgeräte verfälscht wird.
Drittens ähnelt die Formant-Struktur des modulierten Audiosignals 109 der menschlichen Sprache. Eine menschliche Stimme hat typischerweise drei spektrale Peaks, die als Formanten bezeichnet werden. Die Formanten werden von den menschlichen spracherzeugenden Räumen gebildet, und physikalische Beschränkungen des spracherzeugenden Raums beschränken die Schärfe der Frequenzauflösung und Anzahl der Bildungen. Vocoder modulieren die frequenzselektiven Eigenschaften des menschlichen Vokaltraktes als einen akustischen oder äquivalent einen elektrischen Filter angenäherter Ordnung 10, was bedeutet, dass der Filter zehn Pole hat, wie es von einem Fachmann selbstverständlich wird. Die Formant-Struktur, wie sie gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, kann dargestellt werden, indem ein zehnpoliges Modell verwendet wird.
Viertens ist in der momentanen Wellenform des modulierten Audiosignals 109 keine Information enthalten. Stattdessen wird die Information codiert, indem wahrnehmungsmäßige Aspekte der Stimme verwendet werden, die von dem Vocoder unbeeinflusst bleiben. Vocoder nutzen die Tatsache aus, dass das menschliche Ohr weitgehend intolerant auf die Signalphase und nur wenig intolerant für kleine Pitch-Variationen ist, daher treiben Vocoder nur einen minimalen Aufwand, um die momentane Wellenform des Eingangssignals zu reproduzieren. Der Vocoder versucht zwar, den Pitch (obwohl nicht die Phase) und die Formant-Struktur zu reproduzieren, da sie linguistische Information ebenso wie Information, die für die Erkennung des Sprechers verwendet wird, transportieren. Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung codiert das Modem Information, indem Pitch und Formant-Struktur verwendet werden und hängt daher nicht von der momentanen Wellenform ab.
Fünftens sollte das Signal einen Pitch haben, was sich auf eine gleichförmig beabstandete Reihe von Frequenzdomänen-Harmonischen einer Basisfrequenz bezieht. Vocoder können wegen ihres adaptiven Codebuchs leicht eine gleichförmig beabstandete Serie von Harmonischen darstellen. Wenn jedoch ein Signal mehrere nicht harmonisch bezogene Sinusformen enthält, ist es schwierig für den Decoder, ein derartiges Signal darzustellen, und die Treue leidet. Das modulierte Audiosignal 109, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung, bezieht sich auf gleichförmig beabstandete Serien von Harmonischen, so dass es dem Vocoder möglich wird, Eigenschaften des Pitch auszunutzen.
8 ist ein Blockschaubild, das einen Teil des Kommunikationssystems 100 der 1A zeigt. Das PSTN 116 empfangt das modulierte Audiosignal 109 (7) durch irgendeinen aus (i) einem End Office 802 der Klasse 5, (ii) einem Private Branch Exchange ("PBX") 804 oder (iii) einem 64 Kb PCM. Wenn das modulierte Audiosignal ein analoges Signal ist und durch das End Office 802 der Klasse 5 läuft, oder wenn es ein analoges Signal von dem PBX 804 ist, werden Abtaster 806 bzw. 808 verwendet, um das modulierte Audiosignal 109 mit 8000 Probenwerten pro Sekunde abzutasten, wobei ein Quantisierer mit 14 Bit verwendet wird. Wenn das modulierte Audiosignal 100 als ein PCM-Signal mit 64 Kb kompandiert wird, dann werden die komprimierten Probenwerte mit dem Expandierer 806 in linear beabstandete Probenwerte mit 14 Bit umgewandelt. Man bemerke, dass die Arbeitsgänge der Kompression und Expansion (somit der Ausdruck kompandieren) in dem PSTN 116 vollständig von der Sprachkompression bei Expansionsarbeitsgängen, die mit dem Vocoder verknüpft sind, getrennt sind. Die Eingabe in den Demodulator 118 (1A) ist eine Abfolge von digitalisierten Probenwerten mit 14 Bit bei 8000 Probenwerten pro Sekunde.
9 ist ein Blockschaubild eines beispielhaften Demodulators 118 und eines Paket-Decodierers 120 und wird beim Demodulieren eines modulierten Audiosignals 109 (7), das über einen Sprachkanal eines Kommunikationssystems, so wie dem Kommunikationssystem der 1A, kommuniziert wird, und beim Decodieren des demodulierten Signals 119 verwendet. Der Demodulator 118 empfängt ein quantisiertes Audiosignal 117 auf der Eingangsleitung 901. Die Eingangsleitung kann das quantisierte Audiosignal zu mehreren Mischern oder Abwarts-Wandlern 902a–902n (gemeinsam als 902 bezeichnet) transportieren. Die Mischer 902 können parallel sein und eine weitere Eingabe von lokalen Oszillatoren 904a–904n (gemeinsam als 904 bezeichnet) empfangen. Die Frequenzen von den lokalen Oszilla toren 904 sind die Kandidaten-Tonfrequenzen, die in 5 und in der TABELLE I zur Verfügung gestellt sind. In dem Fall, dass dreizehn Frequenzen verwendet werden, kann es dreizehn Mischer 902 geben, die parallel ausgebildet sind, wobei jeder Mischer ein Signal empfängt, das einen lokalen Oszillator hat, um die Kandidaten-Tonfrequenz für das Abwärtswandeln zur Verfügung zu stellen. Das heißt, jeder Mischer 902 wandelt das quantisierte Audiosignal 117 um einen Betrag abwärts, der gleich der Frequenz des jeweiligen lokalen Oszillators ist, so dass eine Mischereingabe mit der Frequenz des lokalen Oszillators ein komplexes Basisband oder ein Gleichstrom (DC – direct current)-Signal am Ausgang des Mischers erzeugt.
Jedem der Mischer 902 folgt ein Tiefpassfilter 908a–908n (gemeinsam als 908 bezeichnet), um Mischterme zu beseitigen, die durch die Abwärtswandlung hervorgerufen worden sind, und um benachbarte Töne zurückzuweisen. Die Bandbreite des Tiefpassfilters kann ungefähr 80 Hz sein, was groß genug ist, um eine Tonpulseinhüllende eines Symbols des modulierten Audiosignals durchzulassen, jedoch eng genug, um benachbarte Töne der Tonkandidaten zurückzuweisen. Bei einer Ausführungsform können Kaskaden-Integratorkamm ("CIC" – Cascade Integrator Comb)-Filter verwendet werden, um die Rechenlast eines DSP, der Software zum Implementieren des Demodulators 118 ausführt, zu minimieren, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich ist. Als Alternative kann der Demodulator implementiert werden, indem diskrete Logik verwendet wird, ein Allzweckprozessor oder eine andere Implementierung, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich wird. Da die Bandbreite der Ausgaben der Tiefpassfilter wesentlich geringer ist als die Bandbreite der Eingaben, kann die Abtastrate von Dezimatoren 910a–910n (gemeinsam als 910 bezeichnet) auf das Zehnfache der Abtastrate oder 250 Hz verringert werden. Die geringere Symbolgeschwindigkeit verringert die Rechenlast des DSP weiter und ermöglicht auch das bequeme parallele Paketdecodieren, wie es hierin weiter beschrieben wird. Jedem der Tiefpassfilter 908 und der Dezimatoren 910 kann ein Detektor 912a–912n (gemeinsam als 912 bezeichnet) zum Berechnen der Größe des komplexen Basisbandsignals folgen. Wenn zum Beispiel die Eingangssignale Töne bei F0, F1 und F2 sind, dann sind die Ausgaben der Abwärts-Wandler/Detektoren mit den Frequenzen F0, F1 und F2 der lokalen Oszillatoren proportional zu der Energie der Eingangstöne bei F0, F1 und F2. Die Ausgaben aller anderen Abwärts-Wandler/Detektoren 908, 910 und 912 sind wesentlich niedriger, da bei den Frequenzen der lokalen Oszillatoren 904 keine Energie erfasst wird.
Die dreizehn Energieabschätzungen, die von den Abwärts-Wandlern/Detektoren 908, 910 und 912 erzeugt werden, werden über einen Bus 907 zu einem Datenbewerter 914 gespeist. Der Datenbewerter 914 bestimmt das wahrscheinlichste Trio der gesendeten Töne des modulierten Audiosignals 109 (1A) und, bei vorgegebenen vorliegenden Energiebewertungen, gibt ein Datenabschätzsignal 915 aus, welches Bytes aus Daten umfasst. Der Datenbewerter 914 folgt dem Prozess, der in der 10 zur Verfügung gestellt wird.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zum Bestimmen von Daten zeigt, die in dem modulierten Audiosignal der 7 enthalten sind. Der Prozess beginnt im Schritt 1002. Im Schritt 1004 werden die Energiebewertungen sortiert, beispielsweise von der höchsten zur niedrigsten, und Indizes entsprechend den dreizehn Frequenzen, welche den drei höchsten Größen entsprechen, werden von dem Demodulator als Bewertung der drei Frequenzen bestimmt, die ursprünglich von dem Sender verschickt worden sind (d. h. Frequenzen, die in das modulierte Audiosignal 109 der 1A codiert worden sind). Im Schritt 1006 werden Daten aus einer Nachschlagetabelle gelesen, um im Schritt 1008 festzustellen, ob die Kombination aus Frequenzen gültig ist. Beim Feststellen, ob die Kombination aus Frequenzen gültig ist, wird Vorab-Wissen verwendet, weil bekannt ist, dass dreißig Kombinationen nicht verwendet werden. Wenn im Schritt 1008 festgestellt wird, dass die Daten einen gültigen Tabelleneintrag bilden, dann wird im Schritt 1010 ein Tabelleneintrag verwendet, und der Datenbewerter 914 (9) gibt das bewertete gesendete Byte zurück. Der Prozess endet mit dem Schritt 1012. Indem dieser Prozess verwendet wird, bestimmt der Demodulator das wahrscheinlichste Trio aus Tönen, die von dem Modulator gesendet werden. Da das Modem die drei stärksten Töne innerhalb des Satzes aus zulässigen Ton-Trios (d. h. der 256) auswählt, die von dem Modulator gespeichert sind, wird diese Feststellung durchgeführt, ohne das Vorliegen oder Fehlen einzelner Töne zu bestimmen.
Wenn im Schritt 1008 die Ergebnisse der Nachschlagetabelle eine ungültige Kombination angeben, dann wird im Schritt 1014 der dritthöchste Eintrag durch einen vierthöchsten Eintrag ersetzt, so dass als ein Wellenform-Fehlerkorrektor gearbeitet wird. Der Prozess wiederholt sich dann mit dem Schritt 1006 und läuft weiter, bis ein gültiger Tabelleneintrag gefunden ist, so dass eine gültige Kombination gebildet wird.
Der Datenbewerter 914 der 9 gibt das demodulierte Signal 119 aus. Die Probenwerte werden in einen Kommutator 916 eingegeben. Der Kommutator 916 leitet die Bytes des demodulierten Signals 119 mit dem Zehnfachen der Abtastgeschwindigkeit an zehn parallele Paket-Decodierer 918a–918n (gemeinsam als 918 bezeichnet). Jeder der Paket-Decodierer 918 führt das Umgekehrte des Paket-Codierers 106 (2) durch. Der Kommutator 916 schaltet bei jedem Byte des demodulierten Signals 119. Da die Abtastgeschwindigkeit das Zehnfache der Symbolgeschindigkeit beträgt, wird jeder parallele Demodulator mit Bytes des demodulierten Signals 119 gespeist, die bei derselben Phase jedes Symbols abgenommen wurden, und die Probengeschwindigkeit des Symbols ist auch die Symbolgeschwindigkeit. Zum Beispiel hat einer der parallelen Paket-Decodierer 918a, der Bytes empfängt, die von der Mitte eines Symbols abgenommen worden sind, eine bessere Chance, decodiert zu werden, als ein anderer paralleler Paket-Decodierer 908b, der zwischen oder an der Kante von Symbolen abtastet. Oftmals wird eine Gruppe aufeinander folgender Phasen insgesamt richtig decodiert.
Jeder der zehn parallelen Demodulatoren 918a–918n (gemeinsam als 918 bezeichnet) empfängt einen Datenstrom mit einer Symbol- und Abtastgeschwindigkeit und führt die inverse Operation des Paket-Codierer 116 (1A) durch. Der erste Decodierschritt ist die Erfassung des Sync-Wortes. Wenn der Sync-Wort-Detektor das Sync-Wort innerhalb einer Fehler toleranz für das Sync-Wort erfasst, aktiviert er den Fehlerkorrektor, den Ent-Randomisierer, und den CRC-Detektor. Wenn diese Arbeitsgänge erfolgreich sind, wie es durch einen erfolgreichen CRC-Test bestätigt wird, dann war die Demodulation eines Paketes, das auf der Ausgangsleitung 922a ausgegeben worden ist, durch den parallelen Demodulator 918a erfolgreich, und die sich ergebenden Daten sollten mit dem übereinstimmen, was ursprünglich gesendet worden ist. Richtig decodierte Pakete 921a auf der Ausgangsleitung 922a werden zu dem Decodierauswähler 920 geleitet, zusammen mit Fehlerkorrekturergebnisse oder Statistiken 923a, die von dem Demodulator 918a auf der Ausgangsleitung 924 ausgegeben werden. Nicht richtig decodierte Pakete auf der Ausgangsleitung anderer paralleler Demodulatoren, so wie nicht richtig decodierte Pakete 921n auf der Ausgangsleitung 922n von dem parallelen Demodulator 918n werden nicht zu dem Decodierauswähler 920 geleitet. Mit anderen Worten werden Pakete, die aufgrund von Datenfehlern nicht richtig decodiert werden, einfach nicht an den Decodierauswähler 920 zum Decodieren geleitet.
In den meisten Fällen decodieren die mehreren parallelen Demodulatoren 918 das Paket erfolgreich. Ein Fehlerkorrektor innerhalb des Demodulators liefert die Anzahl der korrigierten Fehler, die verwendet werden kann, um die zusätzliche Leistung aus der Architektur der parallelen Paket-Decodierer 918 in die Praxis zu überführen. Das Paket mit der geringsten Anzahl an korrigierten Fehlern, wie sie durch die Anzahl der korrigierten Fehler festgelegt ist, wird als ein maximal wahrscheinlicher Schätzwert bzw. eine Bewertung des gesendeten Datenpaketes ausgewählt. Der Decodierauswähler 920 überprüft die Fehlerkorrekturergebnisse 923a, die von dem Demodulator 918a auf der Ausgangsleitung 924a ausgegeben werden, und sucht die Ergebnisse heraus, die den geringsten Aufwand an Korrektur erfordern. Die Ausgabe des Decodierauswählers 920 sind Daten 121, die mit den ursprünglichen Daten 103 (1A) übereinstimmen sollten.
Das parallele Paketdecodieren beseitigt im Wesentlichen das Erfordernis nach einer Taktwiedergewinnungs-Servoschleife am Demodulator. Obwohl Taktwiedergewinnung bei Demodu latoren ein typischer Arbeitsgang ist, macht die Verfälschung des Signals durch den Vocoder es für das Modem unpraktisch oder unmöglich, entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zu handeln.
Obwohl die Grundsätze der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, indem der Codierer und Modulator verwendet wurden, können bestimmten Ausführungsformen als Alternative Frequenzumtastung ("FSK" – Frequency Shift Keying) verwenden. FSK ist nachgiebig auf Verwerfungen in Zeit und Pitch. Bei einer Ausführungsform kann FSK für Bitraten von 900 Bit pro Sekunde verwendet werden. Jedoch hat FSK ein sich zeitlich nicht veränderndes Spektrum und ist daher der Dämpfung durch Rauschunterdrücker ausgesetzt. Dies vorangeschickt kann die Dämpfung überwunden werden, indem der Modulationsindex dynamisch geändert wird, wie es bekannt ist, so dass unterschiedliche FSK-Modulationsindizes verschiedene spektrale Peaks erzeugen, die sprachähnlich sein können. Ein digitales spektrales Codieren kann auch verwendet werden, um das Spektrum zu formen. Ein Satz von FSK kann das Problem des "konstanten Spektrums" herkömmlicher Vocoder überwinden, gemäß weiteren Aspekten der beschriebenen Ausführungsformen.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die Amplitudenumtastung ("ASK" – Amplitude Shift Keying) verwendet werden. ASK nutzt die Fähigkeit eines Sprachkompressors aus, auf Explosivlaute der Sprache schnell zu reagieren. Bei diesem Szenario kann das Spektrum der Daten durch digitales spektrales Vorcodieren manipuliert werden, da das Ansprechen auf Explosivlaute der Sprache bei Vocodern inhärent ist.
Bestimmte Ausführungsformen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung sind zum Zwecke des Veranschaulichens der Art und Weise, in der die Erfindung gemacht und benutzt werden kann, beschrieben worden. Zum Beispiel können die Grundsätze der vorliegenden Erfindung bei anderen Kommunikationssystemen verwendet werden, die Vocoder oder andere Sprachkompressionstechnologie verwenden. Zusätzlich können die Grundsätze der vorlie genden Erfindung von anderen drahtlosen Geräten, zellularen Handapparaten oder mobilen Telefonen verwendet werden. Weiter können die Implementierungen variieren und auf einer Vielfalt von Hardware- und Softwaresystemen arbeiten, wie es auf dem Gebiet selbstverständlich wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
ZUSAMMENFASSSUNG
Ein Modem, das zum Kommunizieren von Daten verwendet wird. Das Modem kann einen Paketgenerator und einen Modulator umfassen. Der Modulator kann eine elektronische Vorrichtung umfassen, die so ausgestaltet ist, dass sie wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt. Wenigstens ein Oszillator kann mit der elektronischen Vorrichtung kommunizieren und ist so ausgelegt, dass er entsprechende Oszillationssignale als Antwort auf den Empfang der/den Frequenz(en) von der elektronischen Vorrichtung erzeugt. Ein Rechenelement kann mit dem/den Oszillator(en) kommunizieren und so ausgestaltet sein, dass er das/die Oszillationssignal(e) empfängt und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem/den Oszillationssignal(en) erzeugt.

Claims

Modulator zum Modulieren von Daten, wobei der Modulator aufweist: eine elektronische Vorrichtung, die so ausgestaltet ist, dass sie wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt; wenigstens einen Oszillator in Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung und dazu ausgelegt, jeweilige Oszillationssignale als Antwort auf das Empfangen der wenigstens eine Frequenz von der elektronischen Vorrichtung zu erzeugen; und ein Rechenelement in Kommunikation mit dem wenigstens einen Oszillator und dazu ausgelegt, dass wenigstens eine Oszillationssignal zu empfangen und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem wenigstens einen Oszillationssignal zu erzeugen.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine Oszillator aus drei Oszillatoren besteht, die parallel eingerichtet sind.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem die elektronische Vorrichtung ein Codierer ist, der so ausgestaltet ist, dass er Kombinationen aus zwei oder mehr Frequenzen, die aus drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen zusammengesetzt sind, speichert.
Modulator nach Anspruch 3, bei dem der Codierer eine Vielzahl von Signalen im Wesentlichen gleichzeitig an wenigstens zwei Oszillatoren ausgibt, um die jeweiligen Oszillationssignale zu erzeugen.
Modulator nach Anspruch 3, bei dem der Codierer eine Codiertabelle umfasst, die wenigstens 256 Einträge von Kombinationen der Kandidaten-Frequenzen hat.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem das modulierte Audiosignal eine harmonische Struktur im Wesentlichen ähnlich einem beabstandeten Sprachsignal, eine Formant-Struktur im Wesentlichen ähnlich einer Formant-Struktur, die von einem menschlichen Sprachtrakt erzeugt wird, und ein sich zeitlich änderndes Frequenzspektrum hat.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem das Rechenelement ein Summierer ist.
Modulator nach Anspruch 1, wobei der Modulator in einer drahtlosen Vorrichtung ausgestaltet ist.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem die Oszillationssignale für jedes modulierte Audiosignal die gleiche Anzahl haben.
Modulator nach Anspruch 9, bei dem die Anzahl der Oszillationssignale drei ist und die Anzahl der Kandidaten-Frequenzen dreizehn ist.
Modulator nach Anspruch 10, bei dem die elektronische Vorrichtung ein Eingangssignal mit 8 Bit empfängt, um aus 256 Kombinationen der dreizehn Kandidaten-Frequenzen auszuwählen.
Modulator nach Anspruch 1, bei dem das modulierte Audiosignal eine Serie von Harmonischen einer fundamentalen Frequenz umfasst.
Verfahren zum Erzeugen eines modulierten Audiosignals, wobei das Verfahren aufweist: Auswählen wenigstens einer Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen; Erzeugen wenigstens eines Oszillationssignals aus der ausgewählten wenigstens einen Frequenz; und Erzeugen eines modulierten Audiosignals aus dem wenigstens einen Oszillationssignal.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Auswählen das Auswählen dreier Oszillationssignale und das parallele Ausgeben der drei Oszillationssignale umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiter aufweist: Speichern von Kombinationen aus zwei oder mehr Kandidaten-Frequenzen, die aus drei oder mehr Frequenzen zusammengesetzt sind; wobei das Auswählen wenigstens einer Frequenz das Auswählen einer gespeicherten Kombination aus Kandidaten-Frequenzen als Antwort auf das Empfangen eines Eingangssignals umfasst; und Ausgeben der gespeicherten Kombination aus Kandidaten-Frequenzen entsprechend dem Eingangssignal.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Auswählen wenigstens einer Frequenz Frequenzdaten aus wenigstens 256 Einträgen von Kombinationen aus Kandidaten-Frequenzen auswählt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Erzeugen des modulierten Audiosignals das Bilden eines Signals mit einer harmonischen Struktur, die im Wesentlichen ähnlich einem beabstandeten Sprachsignal ist, einer Formant-Struktur, die im Wesentlichen einer Formant-Struktur ähnlich ist, welche von einem menschlichen Sprachtrakt erzeugt wird, und ein sich zeitlich änderndes Frequenzspektrum hat, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Auswählen wenigstens einer Frequenz das Auswählen aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen, die ein Vielfaches einer Basisfrequenz sind, umfasst.
Modem, das aufweist: einen Modulator, der umfasst: eine elektronische Vorrichtung, die so ausgestaltet ist, dass es wenigstens eine Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen auswählt; wenigstens einen Oszillator in Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung und dazu ausgelegt, jeweilige Oszillationssignale als Antwort auf das Empfangen der wenigstens eine Frequenz von der elektronischen Vorrichtung zu erzeugen; und ein Rechenelement in Kommunikation mit dem wenigstens einen Oszillator und dazu ausgelegt, dass wenigstens eine Oszillationssignal zu empfangen und ein moduliertes Audiosignal basierend auf dem wenigstens einen Oszillationssignal zu erzeugen.
Modem nach Anspruch 19, weiter mit einem Paket-Codierer in Kommunikation mit dem Modulator und so ausgestaltet, dass er Quellendaten, die kommuniziert werden sollen, empfängt, wobei der Paket-Codierer die empfangenen Quellendaten in ein Datenpaket codiert und das Datenpaket zu der elektronischen Vorrichtung kommuniziert.
Modem nach Anspruch 19, bei dem die elektronische Vorrichtung eine Codiertabelle mit wenigstens 256 Einträgen von Kombinationen aus Kandidaten-Frequenzen umfasst.
Modem nach Anspruch 19, bei dem die elektronische Vorrichtung ein Codierer ist, der so ausgestaltet ist, dass er Kombinationen aus zwei oder mehr Frequenzen, die aus drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen zusammengesetzt sind, speichert.
Modem nach Anspruch 19, bei dem das modulierte Audiosignal eine Serie von Harmonischen einer Basisfrequenz umfasst.
Verfahren zum Kommunizieren von Daten über einen Sprachkanal eines Kommunikationssystems, wobei das Verfahren aufweist: Auswählen wenigstens einer Frequenz aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen; Erzeugen wenigstens eines Oszillationssignals aus der ausgewählten wenigstens einen Frequenz; und Erzeugen eines modulierten Audiosignals aus dem wenigstens einen Oszillationssignal.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiter aufweist: Speichern von Kombinationen aus zwei oder mehr Kandidaten-Frequenzen, die aus drei oder mehr Frequenzen zusammengesetzt sind; wobei das Auswählen wenigstens einer Frequenz das Auswählen einer gespeicherten Kombination aus Kandidaten-Frequenzen als Antwort auf das Empfangen eines Eingangssignals umfasst; und Ausgeben der gespeicherten Kombination aus Kandidaten-Frequenzen entsprechend dem Eingangssignal.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Auswählen wenigstens einer Frequenz Frequenzdaten aus wenigstens 256 Einträgen von Kombinationen aus Kandidaten-Frequenzen auswählt.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Auswählen wenigstens einer Frequenz das Auswählen aus wenigstens drei oder mehr Kandidaten-Frequenzen, die ein Vielfaches einer Basisfrequenz sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Erzeugen eines modulierten Audiosignals das Verwenden dreier Oszillationssignale umfasst, um das modulierte Signal mit einer harmonischen Struktur, die im Wesentlichen ähnlich einem beabstandeten Sprachsignal ist, einer Formant-Struktur, die im Wesentlichen ähnlich einer Formant-Struktur ist, welche von einem menschlichen Sprachtrakt erzeugt wird, und einem zeitlich sich ändernden Frequenzspektrum zu erzeugen.
System zum Kommunizieren von Daten über einen Sprachkanal, wobei das System aufweist: einen Modulator, der so ausgestaltet ist, dass er digitale Daten empfängt und ein moduliertes Audiosignal, welches die digitalen Daten enthält und Eigenschaften hat, welche eine harmonische Struktur, eine Formant-Struktur und ein sich zeitlich änderndes Frequenzspektrum umfassen, erzeugt; und einen Sender, der so ausgestaltet ist, dass er das modulierte Audiosignal über einen Sprachkanal sendet.
System nach Anspruch 29, bei dem das modulierte Audiosignal aus drei Frequenzen zusammengesetzt ist.
Modem nach Anspruch 29, bei dem das modulierte Audiosignal eine Serie von Harmonischen einer Basisfrequenz umfasst.
Verfahren zum Kommunizieren von Daten über einen Sprachkanal eines Kommunikationssystems, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines modulierten Audiosignals, das digitale Daten enthält und Eigenschaften hat, welche eine harmonische Struktur, eine Formant-Struktur und ein sich zeitlich änderndes Frequenzspektrum umfassen; und Senden des modulierten Audiosignals über den Sprachkanal.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das Erzeugen des modulierten Audiosignals das Erzeugen eines Signals, welches drei Frequenzen enthält, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das modulierte Audiosignal eine Serie von Harmonischen einer Basisfrequenz umfasst.
Demodulator zum Demodulieren eines modulierten Audiosignals, der aufweist: einen Prozessor, der so ausgestaltet ist, dass er: ein moduliertes Audiosignal empfangt, das wenigstens ein Oszillationssignal umfasst, welches bei wenigstens einer jeweiligen Frequenz arbeitet, die aus wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen ausgewählt ist; und feststellt, welche der wenigstens einen Frequenz aus den wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen das modulierte Audiosignal umfasst.
Demodulator nach Anspruch 35, bei dem das modulierte Audiosignal drei Oszillationssignale umfasst, die jedes bei Vielfachen derselben Basisfrequenz arbeiten.
Demodulator nach Anspruch 35, bei dem der Prozessor so ausgestaltet ist, dass er feststellt, welche der wenigstens einen Frequenz kommuniziert wird, indem festgestellt wird, welche der Frequenzen die höchsten Signale unter den wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen haben.
Verfahren zum Demodulieren eines modulierten Audiosignals, das aufweist: Empfangen eines modulierten Audiosignals, das wenigstens ein Oszillationssignal umfasst, welches bei wenigstens einer jeweiligen Frequenz arbeitet, die aus wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen ausgewählt ist; und Feststellen, welche der wenigstens einen Frequenz aus den wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen das modulierte Audiosignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem das modulierte Audiosignal drei Oszillationssignale umfasst, die jedes bei Vielfachen derselben Basisfrequenz arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem das Bestimmen, welche der wenigstens einen Frequenz kommuniziert werden soll, das Bestimmen umfasst, welche der Frequenzen die höchsten Signale unter den wenigstens drei Kandidaten-Frequenzen haben.