专利名称：利用pcm的数字与模拟调制解调器的启动过程的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电信领域，更特别地，涉及使用脉冲编码调制技术来进行数据传送的数字与模拟调制解调器的启动过程的方法与装置。
ITU建议V.90规范利用了这样一个事实，即今天的网络，包括PSTN网络，主要是数字网络，并且仅仅是在“最后一公里”才利用了模拟技术。ITU建议V.90规范规定了当网络拓扑结构的一端被使用数字方式进行连接时，其工作模式。在这个情形下，一个调制解调器通过数字设备被连接到PSTN，因此，这个数字调制解调器，和另一个通过模拟本地环路被连接，因此被称作模拟调制解调器。在这个拓扑结构中，在上行方向和下行方向上的调制技术是不同的。在下行方向上(从数字调制解调器到模拟调制解调器)，使用脉冲编码调制(PCM)技术。在上行方向上(从模拟调制解调器到数字调制解调器)使用了ITU建议V.34所定义的正交调幅调相(QAM)技术。
ITU建议V.90将下行方向上的速率增加到靠近理论极限。但是，上行速率仍然受到ITU建议V.34的模拟调制技术的限制。如果使用了PCM调制技术，在上行方向上可以达到的速率就可以被增加。PCM调制技术是熟知的，如在美国申请序列号No.08/724,491，题为“HybridDigital/Analog Communication Device″中所描述的，该申请也被转让给本发明的受让人，并且在这里，该申请整个被用作参考。
所以，需要对一个启动过程进行规定的一个方法与装置，该启动过程能够允许模拟调制解调器在上行方向上使用PCM技术来实现更高的连接速度，以允许进行可靠的数据传输。
在本发明的另一个实施方式中，描述了执行一个启动过程的一个装置，该装置包括用于在启动过程期间在上行方向上发送一第一多个信号的、在模拟调制解调器中的一个发送器的一个第一结构，和用于使用脉冲编码调制技术来发送一第二多个信号一进行数据传送的、在模拟调制解调器中的一个发送器的一第二结构。
现在参考图2，显示了现有技术领域内熟知的一个PCM调制解调器通信系统，其中，一端通过模拟设备被连接到网络，另一端通过数字设备被连接到网络，其中，在通信信道的上行方向上的调制技术是如ITU建议V.34所定义的，其中在通信信道的下行方向上的调制技术利用了如ITU建议V.90所定义的脉冲编码调制(PCM)。
现在参考图3，显示了一个PCM通信系统300。系统300包括通过一个本地模拟环路或者信道310而被连接到一个电话公司中心端局(CO)320设备的模拟PCM调制解调器302。这个CO设备包括电路，该电路包括，但是不局限于，一个模拟-数字转换器(A/D)和一个数字-模拟转换器(D/A)。ITU建议G.711定义了所有A/D和D/A转换器的特性和工作过程。这也包括一个数字网络330，这个数字网络330被连接到CO320和数字PCM调制解调器340。通过这个系统，可以使用PCM调制技术来在下行方向上(即，从数字PCM调制解调器340到模拟PCM调制解调器302)和上行方向上(即，从模拟PCM调制解调器302到数字PCM调制解调器340)发送数据。这个类型的双工PCM通信系统在美国专利申请序列号No.08/724,491，题为“Hybrid Digital/Analog CommunicationDevice″中被描述。
现在参考图4，在如图2所显示的现有技术PCM调制解调器连接的系统中，所显示的PCM模拟调制解调器具有带一个结构的一个发送器，Ta，410，并且所显示的图2中的PCM数字调制解调器具有带一个结构的一个接收器设备，Rd，420。PCM模拟调制解调器210的发送器设备Ta，410通过通信信道310，320，和330与如图2所显示的数字PCM调制解调器250的接收器设备Rd，420进行通信。
在现有技术的通信系统中，例如图2中所描述的系统中，在PCM模拟调制解调器的发送器设备中有一个类型的发送器结构，能够进行启动(即，训练)和数据传输。应注意，数字调制解调器的接收器设备，Rd，420是根据与发送器设备Ta，410的类型相关的一个特定的结构实施方式的。
在本发明的一个优选实施方式中，如图3和5所显示的，本发明的模拟调制解调器502具有一个发送器设备Ta，510，以通过通信信道310，320，和330在上行方向上与本发明的数字调制解调器540进行通信，其中，这个发送器设备优选地分别具有两个不同的结构Ta，1和Ta，2，分别是510a和510b。第一发送器设备Ta，1，510a将被本发明的模拟调制解调器所使用。以利用脉冲幅度调制(PAM)技术在上行方向上，在启动过程期间进行信息发送。根据本发明的优选实施方式，一般的启动过程将在下面联系流图6来进行描述。
在本发明的优选实施方式中，在模拟调制解调器中的发送器设备Ta，1，510a将不包括一个预先均衡的结构。
本发明的模拟调制解调器的发送器510的第二发送器设备Ta，2，510b，如图5所显示的，被用于一旦完成了启动过程，在通信信道310，320，和330的上行方向上，将数据从模拟调制解调器发送到数字调制解调器。
在本发明的优选实施方式中，在模拟调制解调器中的发送器设备Ta，2，510b将包括一个预先均衡的结构。
应注意，在本发明的优选实施方式中，在通过通信信道310，320，和330进行数据传输期间，在上行方向上，使用脉冲编码调制技术(PCM)。也应注意，数字调制解调器的接收器设备的结构也将根据模拟调制解调器中发送器设备的结构的不同而不同。因此，如图5所显示的，数字调制解调器的接收器设备530的接收器结构Rd，1，530a被实现，来在启动过程期间，从模拟调制解调器的Ta，1，510a中接收信息。并且实现了一个不同的接收器结构Rd，2，530b，以在数据传输阶段，从模拟调制解调器的发送器结构Ta，2，510b中接收数据。
现在参考流图6，将描述通过具有上行方向和下行方向的一个通信信道的、模拟和数字调制解调器的启动过程610，其中在上行方向上利用了PCM来进行数据传输。一般来说，这个启动过程610使图5中发送器设备510的模拟调制解调器发送器结构Ta，2，510b有可能被决定。
根据本发明的优选实施方式，启动过程610从步骤620开始，其中图5的模拟调制解调器502在通信信道310，320，和330的上行方向上，将信号集合发送到图5的数字调制解调器540。
一般来说，模拟调制解调器502将信号发送到数字调制解调器540，一旦该信号被数字调制解调器540所接收到，该信号就可以被用于决定通信信道上行方向上的特性。在附录A中的后附说明中，描述了这些信号和其他细节。
在步骤630中，数字调制解调器540将接收模拟调制解调器502所发送的信号。在步骤640，根据所接收的信号，将计算在通信信道310，320，和330的上行方向上的特性。应注意，从模拟调制解调器502发送到数字调制解调器540的信号将很可能以这样的方式被改变其中，所接收的信号将与被发送的信号不同。对计算在通信信道310，320，和330的上行方向上的特性来说，利用了被发送和被接收信号的特性。这些信道特性典型地包括上行信道响应，数字，和模拟损伤。例如，美国专利申请序列号No.09/092,786，题为“Device and Method for Detecting PCMUpstream Digital Impairments in a communication Network”，描述了用于检测数字损伤的一个方法，该专利申请的权利受让人是本发明的权利受让人，并且在这里被完全用做参考。另外，美国专利申请序列号No.5,887,027，题为“Method of Upstream Channel Modeling for PCMModem”，描述了如何检测模拟损伤和决定信道响应，该专利申请的受让人是Lucent科技公司，并且在这里被完全用做参考。在本发明的优选实施方式中，步骤640被数字调制解调器540所完成。
在本发明的优选实施方式中，图6中的下一个步骤，步骤650显示了，数字调制解调器540利用在如上面所描述的步骤640中计算的特性来决定模拟调制解调器502的一个参数集合。这个参数集合在优选实施方式中是被数字调制解调器540所决定的，并且随后在通信信道310，320，和330的下行方向上被发送到模拟调制解调器502。
在本发明的优选实施方式中，这个参数集合包括，但是不局限于，例如合适的预先均衡结构，调制构象集合，和模拟调制解调器502的映射参数。预先均衡结构典型地包括，但是不局限于，预滤波器和预编码器系数，如美国专利申请序列号No.08/999,249，题为“Device and Methodfor Pre-Coding Data Signals for PCM Transmissioin”中所定义的，该专利申请的权利受让人是本发明的权利受让人，并且在这里被完全用做参考。调制构象集合可以被美国专利申请序列号No.08/999,254，题为“System，Device and Method for PCM Upstream TransmissioinUtilizing an Optimized Transmit Constellation”所定义，该专利申请的权利受让人是本发明的权利受让人，并且在这里被完全用做参考。映射参数可以被美国专利申请序列号No.09/234,451，题为“Method amdApparatus for Combining a Trellis Coding Scheme with a Pre-CodingScheme for Data Signals”和ITU建议V.90所定义的，该专利申请的权利受让人是本发明的权利受让人，并且在这里被完全用做参考。
在步骤660中，模拟调制解调器502利用了在上面步骤650中所决定的参数集合，来在图5的发送器设备510的发送器结构Ta，2，510b中建立(或者如在该领域内所熟知的，转为“在线”，或者转到数据传输的路径中)它的预编码器505和预滤波器506结构，由此，进行可靠的数据传输。
在本发明的优选实施方式中，在启动过程610完成后，模拟调制解调器502所进行的数据传输在通信信道310，320，和330的上行方向上，是使用脉冲编码调制(PCM)来发送到数字调制解调器540的。
在第一替代实施方式中，步骤650可以被模拟调制解调器502来完成。在这个第一替代实施方式中，数字调制解调器540在步骤640中所计算的特性在通信信道310，320，和330的下行方向上被发送到模拟调制解调器502。模拟调制解调器502在步骤650中所决定的参数集合是根据所接收的、关于通信信道310，320，和330的特征信息的。然后，模拟调制解调器502将执行步骤660，如上面在优选实施方式中所描述的，是根据它自己在步骤650中所决定的参数集合的。
在一第二替代实施方式中，步骤640可以被模拟调制解调器502来完成。在这个第二替代实施方式中，在上面的优选实施方式的步骤630中，数字调制解调器540所接收的信号在通信信道310，320，和330的下行方向上被发送到模拟调制解调器502，以被模拟调制解调器502所使用。然后，这个模拟调制解调器502将根据所接收的这些信号来执行计算步骤650和步骤660，如上面联系本发明的优选实施方式而描述的。
应注意，在本发明的优选、第一替代和第二替代实施方式中，直到步骤660，模拟调制解调器502还不具有关于它的发送器结构Ta，2，510b的足够和完全的信息，该发送器结构Ta，2，510b包括带预编码器505和预滤波器506结构的一个预均衡结构504。因此，预编码器505和预滤波器506结构不在数据传输的路径中，或者，没有“在线”。如上面所描述的，在本发明中所描述的的新方法是在启动过程610期间，模拟调制解调器502中不需要一个预均衡结构504的一个过程，而是在完成了启动过程后，该启动过程建立了可靠高速数据传输所需要的一个不同发送器结构Ta，2，510b(图5)。
在步骤660后，在通信信道310，320，和330的上行方向和下行方向上，对数据传输进行一个可靠的交换。因此，如该领域内所熟知的，在步骤660后的数据模式中，模拟调制解调器502将对数据进行预均衡，以处理信道响应，以使数字调制解调器540不需要在数字调制解调器540接收器中进行任何均衡。
为了使数字和模拟调制解调器进行如在图6的启动过程中所描述的交换，需要一个格式化的处理过程。广泛地说，本发明的优选实施方式的启动过程包括4个阶段或者部分。阶段I是网络交互阶段，并且与ITU建议V.90中所定义的相同。阶段II是信道探测和范围确定阶段，并且与在ITU建议V.90中所定义的、表示调制解调器能够在上行方向上支持PCM调制技术的能力非常类似。均衡器和回波抵消器训练和数字损伤学习在启动过程的阶段III被执行。阶段IV是上行信道估计最终训练阶段，并且进行参数交换。
为了完全地描述本发明的优选实施方式中的所有信号与过程，上面的阶段I到阶段IV可以参考在附录A中的附加详细说明与规定。
应注意，可以使用软件，固件和/或者硬件的形式来实现本发明。软件和/或者固件可以被保存在一个计算机可以使用的媒质上，例如一个计算机磁盘或者存储器芯片。
虽然已经联系本发明的一个特定实施方式来描述了本发明，但是，该领域内的技术人员可以很轻易地对本发明进行附加的利用和修改。所以，从一个更广泛的角度来说，本发明不局限于所显示的和所描述的特定的细节，具有说明性的装置，和说明性的示例。在前面描述的启发下，该领域内的技术人员可以进行很多替代，修改与变化。这样，应理解，本发明不局限于前面的描述，而是包括所有这样根据后附权利要求书的精神和范围的替代，修改与变化。
权利要求
1.在具有上行方向和下行方向的一个通信信道上对数字和模拟调制解调器执行一个启动过程的一个方法，所述方法包括步骤通过所述通信信道，在所述上行方向上将多个信号从所述模拟调制解调器发送到所述数字调制解调器；所述数字调制解调器通过所述通信信道接收所述多个信号；从所接收的所述多个信号中计算所述上行方向上所述通信信道的特性；利用所述特性为所述模拟调制解调器决定一个参数集合；所述模拟调制解调器利用所述参数集合在所述通信信道的所述上行方向上，使用一个脉冲编码调制技术来进行数据传送。
2.如权利要求1的这个方法，其中计算所述信道的特性的所述步骤是被所述数字调制解调器完成的。
3.如权利要求2的这个方法，其中所述数字调制解调器将所述特性发送到所述模拟调制解调器。
4.如权利要求3的这个方法，其中决定所述参数集合的所述步骤是被所述模拟调制解调器完成的。
5.如权利要求2的这个方法，其中决定所述参数集合的所述步骤是被所述数字调制解调器完成的。
6.如权利要求5的这个方法，其中所述数字调制解调器将所述参数集合发送到所述模拟调制解调器。
7.如权利要求1的这个方法，其中所述数字调制解调器通过所述通信信道将所接收的所述多个信号发送到所述模拟调制解调器。
8.如权利要求7的这个方法，其中计算所述信道的特性的所述步骤是被所述模拟调制解调器完成的。
9.如权利要求8的这个方法，其中决定所述参数集合的所述步骤是被所述模拟调制解调器完成的。
10.如权利要求1的这个方法，其中所述参数集合包括预均衡结构。
11.如权利要求10的这个方法，其中所述预均衡结构包括预编码器系数。
12.如权利要求11的这个方法，其中所述预均衡结构进一步包括预滤波器系数。
13.如权利要求12的这个方法，其中所述参数集合进一步包括构象集合。
14.如权利要求13的这个方法，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
15.如权利要求10的这个方法，其中所述参数集合进一步包括构象集合。
16.如权利要求15的这个方法，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
17.如权利要求10的这个方法，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
18.在具有上行方向和下行方向的一个通信信道上对数字和模拟调制解调器执行一个启动过程的一个装置，该装置包括用于在所述上行方向上发送一第一多个信号的、在所述模拟调制解调器中的一个发送器的一个第一结构；和用于使用脉冲编码调制技术来在所述上行方向上发送一第二多个信号一进行数据传送的、在所述模拟调制解调器中的一个发送器的一第二结构。
19.如权利要求18的一个装置，其中所述模拟调制解调器中的所述发送器的所述第二结构进一步包括一个参数集合。
20.如权利要求19的一个装置，其中对所述第一多个信号作出响应，决定所述发送器的所述第二结构的所述参数集合。
21.如权利要求18的一个装置，其中所述模拟调制解调器中的所述发送器的所述第一结构将所述第一多个信号发送到所述数字调制解调器的一个接收器的一第一结构。
22.如权利要求18的一个装置，其中所述所述模拟调制解调器中的所述发送器的所述第二结构将所述第二多个信号发送到所述数字调制解调器的所述接收器的一第二结构。
23.如权利要求18的这个装置，其中所述数字调制解调器计算所述信道的特性。
24.如权利要求23的这个装置，其中所述数字调制解调器将所述特性发送到所述模拟调制解调器。
25.如权利要求24的这个装置，其中所述模拟调制解调器决定一个参数集合。
26.如权利要求24的这个装置，其中所述数字调制解调器决定一个参数集合。
27.如权利要求26的这个装置，其中所述数字调制解调器将所述参数集合发送到所述模拟调制解调器。
28.如权利要求18的这个装置，其中所述数字调制解调器通过所述通信信道将所接收的所述多个信号发送到所述模拟调制解调器。
29.如权利要求28的这个装置，其中所述模拟调制解调器计算所述信道的特性。
30.如权利要求29的这个装置，其中所述模拟调制解调器决定所述参数。
31.如权利要求18的这个装置，其中所述参数集合包括预均衡结构。
32.如权利要求31的这个装置，其中所述预均衡结构包括预编码器系数。
33.如权利要求32的这个装置，其中所述预均衡结构进一步包括预滤波器系数。
34.如权利要求33的这个装置，其中所述参数集合进一步包括构象集合。
35.如权利要求34的这个装置，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
36.如权利要求31的这个装置，其中所述参数集合进一步包括构象集合。
37.如权利要求36的这个装置，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
38.如权利要求31的这个装置，其中所述参数集合进一步包括映射参数。
全文摘要
为了在公众电话网络(PSTN)上实现可靠的与有效的通信，语音频带调制解调器利用了负责的启动过程(310，320，330)。本发明包括一个启动过程，该启动过程允许一个模拟调制解调器(502)和一个数字调制解调器(530)建立在上行方向和下行方向上使用PCM调制技术的一个拨号连接来进行数据传输。
文档编号H04L25/49GK1452812SQ00819554
公开日2003年10月29日 申请日期2000年8月25日 优先权日1999年9月3日
发明者斯皮尔·梅拉班扎德, 达－杨·金, 约翰·皮罗兹 申请人:摩托罗拉公司