专利名称：高速数据传送系统和方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及计算机与其他媒体之间的高速数据通信。较具体地，本发明涉及利用一些声频音调在现有电话线或点对点专用通信线路上的高速数据传输，在一些实施例中，这些音调可能有不同的振幅，可以用啁啾信号同步，也可以用其他方法构形。
本发明的背景包括调制解调器在内的已有数据传输装置能在普通的双绞电话线路上发送和接收数据。然而这些普通装置在电话线路上的数据传送速度受到限制。这一限制至少部分地是因采用正交调幅(“QAM”)作为编码方案所造成的。传统调制解调器的设计利用了采用基于锁相环的解码器在电话线路上实现QAM通信。这种解码器使用一系列的迭代处理把一个参考信号逐步地修改得接近输入数据信号。当锁相环探测器输出零相差时，参考信号便被锁定在输入数据信号上。这种处理是耗时的，对每个字符的发送要造成超过40毫秒的处理滞后(或延时)。
通过电话语音信道传送数据的传送装置受到相位失真的限制。在典型的电话语音信道中，并不是所有的输入信号频率分量都精确地同时传送到接收端，从而造成相位失真。为了处理这一问题，已有的装置典型选择一个呈现最小相位失真的频率作为QAM的基本频率。也可以通过改善带宽效率来处理这一问题。改善QAM中的带宽效率可以通过采用更高级次的调制来完成。然而，为了保持一个可接受的比特误码率，调制的级次愈高，需要的信噪比愈大。这意味着为了保持可接受的比特误码率需要更多的功率。然而，FCC规则和其他一些因素限制了可提供给电话线路的功率。
现有数据传送装置还存在一些其他缺点。
本发明的概述本发明的一个目的是克服现有数据传送装置和方法的这些缺点和其他缺点。
本发明的另一个目的是提供一种高速数据传送的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过现有电话线路的高速数据传送方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过欧姆连接器的高速数据传送方法和装置，其中二进制信息的传送与连续传送或载波传送是分开的。
本发明的另一个目的是提供一种采用多音调输入的通过欧姆连接器的高速数据传送方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过现有电话线路的高速数据传送方法和装置，其使用了例如音调对等音调组，每个音调分量都可以分离符、啁啾信号、或不同振幅等其他构形方法进行同步。
本发明的一个方面涉及一种采用不带有通常的正交调幅的远地模数转换的系统的高速数据传送装置。该装置把二进制数转换为成对的、三个一组的、或其他成组的声频信号，并且较以往系统更有效地传送数据。在本发明的一个实施例中使用了24个音调，每次两个音调地传送多达276个ASCII字符。该传送开始于把ASCII字符作为输入接收。这种字符由8个数据比特代表，用来产生一个低频音调和一个高频音调。
采用与电话拨号中通常使用的7个DTMF音调相同的方式，这两个高低频音调被混合在一起并通过电话或其他通信信道发送。接收过程包括从电话线路接收混合音调并利用模拟滤波器把它分解成高频和低频分量。滤波之后，两个音调被传送给一个过零芯片。两个音调的波形通常是在零点附近振荡，每当波形过零时过零芯片将产生一个脉冲，该脉冲被用来重新生成8比特的ASCII字符。
本发明的另一个方面涉及一种使用31个音调并每次两个地传送多达276个ASCII字符的实施例。音调信号可以被构形成具有不同的振幅，能够在少于1/2全波周期的时间内被探测到并被啁啾信号或以其他方法分开。
通过下面对一些优选实施例的详细说明，本发明的这些目的和其他目的及优点将为得明显。
附图的简单说明
图1示出根据本发明第一实施例的数据发送的流程图。
图2示出根据本发明第一实施例的对发送数据的接收的流程图。
图3示出一个高速数据传送装置的示意图。
图4示出根据本发明第一实施例的高速传送装置的发送电路的方框图。
图5示出根据本发明第一实施例的接收电路和的方框图。
图6示出根据本发明第一实施例的具有两个正弦分量的混合信号的波形图。
图7示出根据本发明第二实施例的数据发送流程图。
图8示出根据本发明第二实施例的发送电路原理图。
图9示出根据本发明第二实施例的接收电路原理图。
图10示出根据本发明第二实施例的分配表。
图11示出根据本发明第二实施例的总线驱动器。
图12A—C示出根据本发明第二实施例的两个相混合信号的零点交迹图。
图13示出根据本发明第二实施例的音调发生器和维恩(wein)桥式振荡器。
图14示出根据本发明第二实施例的计时器。
图15示出根据本发明第二实施例的丢失脉冲探测器。
图16示出根据本发明第三实施例的数据发送和接收流程图。
图17示出根据本发明的一个实施例的发送电路原理图，其中利用了两个固定时间串行模式的音调，并带有音调分离符。
图18示出分配电路原理图。
图19示出快速数字解码器和音调估测器的原理图。
图20示出ASCII字符确定电路的原理图。
图21示出利用两个不带有分离符的固定时间串行格式的音调的发送电路的原理图。
图22示出利用两个并行混合音调的发送电路原理图，其中音调2的振幅小于音调1的振幅。
图23示出根据本发明一个实施例的解码处理流程图。
优选实施例的详细说明如图3所示，根据本发明的高速数据传送装置10一般包括一个发送电路12和一个接收电路14。数据传送装置10可以用于通过例如双绞铜线、光纤光缆、同轴电缆和无线传送等任何传送媒体来传送数据，不过这里将参照现有的双绞铜线电话线路来说明。数据传送装置10可以安装在第一位置16处，并与另一个安装在通过普通的双绞铜线电话线路20相连接的第二位置18处的数据传送装置10相通信。
数据传送装置10可以利用典型地随电话机提供的标准电话线塞绳或者调制解调器连接到电话线路20上，其中电话线或者调制解调器的一端借助于一个RJ—11插头连接在传送装置10上，另一端则连接在现有电话线路的出口端。利用本发明所采用的新形式数据调制，数据传送装置10可以通过现有电话线路20与另一个类似的传送装置10进行高速数据传输。这种新形式的调制是模拟波形与由某种形式的脉冲模数转换所产生的数字波形之间的一种优化。
根据本发明的第一实施例，数据传送装置10把二进制信息信号转换成模拟信号来传送，而不采用普通数据传送处理器或调制解调器所典型使用的数模转换器或正交调幅。数据传送是通过把二进制数转换为成为两个或三个一组的或其他成组的声频音调来实现的。这种音调信号较普通正交调幅系统信号能更有效地传送。这种处理是一个完全复用的技术，其中从一个模拟触发频率到数字字符的最终转换发生在安装于一个接收方的计算机、打印机或其他媒体内的接收电路14中。
通过电话语音信道的数据传送受到传送波形相位失真的限制。波长愈短或者频率愈高，则相位失真将愈严重。本发明通过同时传送两个不同频率的波形消除了这种相位困难。两个波形被结合成一个组合信号，它带有能稳定整个波的群速度的抵消作用。
相位失真也叫作包络滞后失真，在普通传送方法中，传送的比特长度大于或等于包络滞后失真。在本发明的实践中，通过利用脉冲模数转换而避免了滞后失真与比特宽度或比特数之间的直接联系。这里所用的脉冲转换是指，利用模拟触发脉冲来在一个输出门处瞬时地产生一个任意希望长度的比特串。由于持续时间是确定的，而且可以设计一个滤波器来使失真效应趋于零，所以这种转换几乎是无噪声的。
两个方向的传送过程(上传和下传)都发生在现有的电话线路20上。本发明能达到的最小通信速度是每秒8兆字节，并且在应用中不受距离的限制。传送速度由一个触发脉冲被送入一个六锁存器(Hexlatch)，例如六锁存器96和98的速度所确定。每个触发脉冲确定了一个符号的值。如步骤42所示，本发明的一个实施例每0.875μs把一个触发脉冲送入一个六锁存器。系统速度可以这样算得将每次传送的比特数(例如8比特)乘上每个比特的脉冲率(每秒1142857个脉冲)。
图1示出数据传送装置10的典型传送步骤的一个例子。该处理开始于步骤22，其中发送器选择一个ASCII字符。ASCII字符由8比特的二时制数代表。在步骤24中，把一个字符的二进制ASCII表示分解成高位4比特和低位4比特两个段。在步骤26中，利用低位段的4个比特产生一个低频音调25。在步骤28中，利用高位段的4个比特产生一个高频音调29。这两个音调代表了所选的字符，并在步骤30中被混合。混合之后，在步骤32中两个音调被通过现有电话线路20发送。
图2示出数据传送装置10的典型接收处理的一个例子。处理开始于步骤34，其中接收通过现有电话线路20发送来的在步骤32发出的编码音调。在步骤36，用模拟滤波器76把接收到的音调分解成其高、低频分量25和29。在步骤38，把二进制计数值定标成代表在一个编码ASCII字符组的矩阵空间中的坐标值。然后在步骤40中使用对噪声/错误恢复的优先权编码。步骤42则涉及到为传送来的字符的各8个比特向六锁存器96或98发送一个875μs的脉冲。
图4较详细地示出根据本发明一个实施例的发送电路12。发送电路12含有一个二进制输入分解器44，它把对应于被选ASCII字符的8比特二进制数输入给传送装置10。二进制输入分解器44的8比特二进制数被分解成2个4比特二进制数。第一个4比特二进制数被输送给一个第一解码器46，第二个4比特二进制数被输送给一个第二解码器48。
解码器46和48各自接收作为其输入的一个4比特二进制数，后者将使解码器46和48的16个输出针脚中的一个针脚变为正电压。解码器46和48各自都连接到或门50、52、54和56上。或门50、52、54和56各自的输出分别连接到相应开关58、60、62和64的断/通针脚上。第一开关58、第二开关60、第三开关62和第四开关64各自的接触臂都连接到一个维恩桥式振荡电路66上。
第一开关58、第二开关60、第三开关62和第四开关64的接触针脚连接在一个晶体管阵列68中的一个输出晶体管的基极上。解码器46和48各自通过经过或门50、52、54和56与维恩桥式振荡电路66的相互作用而产生一个音调。然后两个音调25和29在晶体管阵列68中被混合。混合的音调25和29被从晶体管阵列68传输到一个电话连接端70上。电话连接端70提供了把传送装置10连接到一个现有电话线路20上的接口，使组合音调能被发送。
现在将参照字符“E”的ASCII字符码来说明发送电路操作的一个例子。“E”的二进制表示是01000101(ASCII编码实际上只使用一个8比特字中的后7个比特，第一个比特总为零)。当该二进制数被接收到后，它将被二进制输入分解器44分解成4个低位比特和4个高位比特。4个高位比特被二进制输入分解器44输送给第一解码器46，4个低位比特被二进制输入分解器44输送给第二解码器48。第一和第二解码器分别把两个4比特二进制数转换成各自芯片针脚位置上的一个正电压。
这些针脚连接在第一或门50、第二或门52、第三或门54和第四或门56的输入端。每个或门都连接在一个相应的开关58、60、62或64上。如果第一解码器46和第二解码器48中任何一个解码器对应于或门50、52、54和56的针脚输出为正电压，则对应于或门50、52、54、56的开关58、60、62、64将闭合。开关58、60、62或64中某个开关的闭合将把振荡器66的输出输送给晶体管阵列68的基极上。
这样，晶体管阵列68的输入将是一个正弦波形。这个施加到晶体管阵列68上的波形将通过电话接口70向电话线路20发送一个波形。这一处理也对4个低位比特进行，并且低位比特的波形与高位比特的波形同时出现在阵列68上。
于是两个信号被混合并通过电话线路发送，在接收方两个信号又被分解成一个低频波25和一个高频波29。这一分解是由模拟滤波器76执行的，见图5。一旦合适的高通和低通模拟滤波器76通过了两个波25和29，它们将被输出给一个过零芯片，例如市场上可购得的NTE995芯片。当一个正弦波通过了一个例如位于过零芯片内的电容器后，它将在零点附近振荡，如图6所示。每当波形过零时，过零芯片就产生一个触发脉冲。
现在将参考图5进一步讨论根据本发明一个实施例的接收处理。图5示出一个用于接收声频波并将其变换成一个二进制数的接收电路14。变换处理从把组合波分解成低频和高频分量开始。组合波通过现有电话线路20被传送并通过电话连接端72输入给接收电路14。两个输入波被传送给一个运算放大器组件74。运算放大器组件74包括一个与一个运算放大器相串连的电容器，使该组件能模拟一个电感器。
通过适当地定标各个电容器和电阻器的值，可以构成一个带通或高频滤波器。组合信号在74上被接收，由滤波器76分解。滤波器76使高频波与低频波分离。根据一个实施例，滤波器76包含一个称之为电荷泵的内部芯片电路，后者又含有一个电容器和电阻器，用于对滤波器76的输出微分。特别是在耦合于一个反向偏置二极管和一个起着射极跟随器作用的输出晶体管时，滤波器76还可以含有一个电池和一个电压泄漏电路，以减小微分波形中的负毛刺。
微分的高频波被输入给一个第一双稳电路78，微分的低频波被输入给一个第二双稳电路80。当低频或高频波过零时，滤波器将产生一个输出脉冲，该脉冲将被输入给相应的双稳电路78或80。当对应于双稳电路78或80的波形过零时，相应的双稳电路将响应于来自滤波器76的触发脉冲而在通/断位置之间转变。双稳电路78通过一个第一开关84耦合于一个计时器82。双稳电路80通过一个第二开关86耦合于计时器82。
开关84的输出被输入给一个第一计数器88，开关86的输出被输入给一个第二计数器90。双稳电路80还耦合于一个第一边缘探测器92，双稳电路78还耦合于一个第二边缘探测器94。边缘探测器92使计数器88请零并把其计数值传送给一个第一六锁存器96。类似地，第二边缘探测器94使计数器90清零并把其计数值传送给第二六锁存器98。寄存在第一和第二六锁存器96和98中的二进制数被传送给一个二进制输出器100。二进制输出器100通过结合两个二进制输入值来产生一个接收到的ASCII字符。
为了产生接收到的字符，把低频和高频波分量的二进制计数值传送给一个EEROM(可电擦除只读存储器)。高、低频波的二进制表示被分别传送给一个分开的EEROM且然后给一个分开的解码器。各解码器在一个代表ASCII字符空间的栅格的某一位置上产生一个电压。低频波的二进制表示在x坐标的某一位置上产生电压，高频波的二进制表示在y坐标的某一位置上产生电压。x、y这对坐标的位置确定了将在ASCII字符阵列中产生哪一个字符。
根据本发明第二个实施例的一种高速数据传送装置10示于图7至15。数据传送装置110一般包括一个如图8所示的发送电路112和如图9所示的接收电路114。装置110可以与例如双绞铜线、光纤光缆、同轴电缆和无线传送等任何一种传送媒体结合使用，但这里仍参照现有的双绞铜线电话线路来说明。
在本发明的该实施例中可以使用一个如图11所示的八路(octal)总线缓冲器115来实现脉冲转换。总线缓冲器115连接两个总线117和119。一个使能接口(enable interface)121连接在缓冲器115的输入脚201和219中，用于控制缓冲器的操作。一个具有确定脉宽的触发脉冲被输入给使能接口121，使它在高电压状态与低电压状态之间转换。当给使能接口121施加一个高电压时，缓冲器115的输入脚203、205、207、209、212、214、216和218都被置于高阻抗状态，使总线117与总线119隔离。
输入脚202、204、206、208、211、213、215和217在其中是一个编码的永久性的ASCII字符编码库。当使能接口121被从高电压变为低电压时，ASCII字符将在触发脉冲宽度内被从总线117传送到总线119上。这将产生一个每ΔT8比特的发送率，其中T是触发脉冲的脉宽。
图8示出数据传送装置110的发送电路112。一些8比特的数据字节116被从总线117输入给缓冲器115。缓冲器115的输出被总线119连接到EEROM118和120。EEROM118和120开始每个相继的数据字节116到一对声频音调的变换过程。EEROM118接收输入并向一个解码器输出8个比特。类似地，EEROM120接收输入的数据字节116并向解码器124输出8个比特。
解码器122和124通过根据其输入选择两个声频振荡器频率把来自EEROM118和120的8比特输入转换成音调。解码器122选择一个低频而解码器124选择一个高频。图10示出ASCII字符的频率分配表的一个例子。
低频音调被转成一个零点段(null pointintercept，NPI)。一个NPI由一个低频波和一个高频波组成，其时间长度相当于最低频波的两个波长。NPI是一个传送单元，与一个有限频率提取滤波器结合使用。
变换开始于把低频音调输入给一个过零芯片124。一个整形电路130把低频输入脉冲整形成一个J—K触发器128的触发脉冲。整形电路130根据低频音调来形成J—K触发器128的触发脉冲。所示的J—K触发器128被构筑成为除以5的。
J—K触发器128激励一个方波振荡器132。图14示出方波振荡器132的一个例子。方波振荡器向一个丢失脉冲探测器134发送脉冲。图15示出丢失脉冲探测器134的一个例子。每到每5个脉冲时探测器134将使计数器复位从而使其输出为低。于是解码器122和124被复原为零。
这一处理通过使产生的音调以低频的两个周期进行混合来生成一个NPI。ASCII字符的音调分配表示于图10。高、低频音调由音调发生器136和138产生。发生器136产生低频音调而发生器138产生高频音调。音调发生器的一个例子示于图13。两个音调信号在一个混合电路140中混合，形成一个组合输出信号142。组合输出信号142通过电话接口70被发送，并被接收电路114接收。图9示出接收电路114的一个例子。
通过接口70和电话线路20发送来的组合信号142通过一个低通滤波器144和一个高通滤波器146被输入给接收电路144。图12A示出组合信号142的一个例子，图12B和12C分别示出信号142通过低、高通滤波器144、146之后的情况。
经滤波的低频信号被采样和整形成为J—K触发器148的触发脉冲，使方波振荡器150得以输出，该输出一直持续到第二个触发脉冲使其断开为止。振荡器150的这一动作将形成一个输出脉冲，使J—K触发器148和一个二进制计数时钟152复原。二进制计数器152把来自振荡器150的脉冲转换成一个二进制数，这个数就是存储在一个EPROM(可擦除可编程只读存储器)154中的ASCII字符的地址。
当经滤波的高频信号在从滤波器146开始依次通过J—K触发器156、方波振荡器158、二进制计数器160直到到达EPROM162时也将发生类似的过程。EPROM162产生一个ASCII字符。EEROM154和162分别向相应的解码器164和166输出ASCII信息。
解码器164和166接收并产生传送的ASCII字符。解码器166还产生一个第二触发脉冲，该脉冲将激活一个振荡器168，后者的输出将穿过一个“棋盘格”或字符空间阵列。由EPROM154、解码器164和EPROM162、解码器166产生得到的字符将在一个与门(AND)开关169处结合，该开关把来自振荡器168并穿过棋盘格的波形传送到指定的锁存器中。一个第三脉冲与硬连线的ASCII字符指定的锁存器相结合，通过控制该第三脉冲的脉宽可达到适当的比特率。
图7示出根据本发明第二个实施例的数据传送方法。处理开始于步骤170，其中利用维恩桥式振荡器136和138产生频率音调。在步骤172和174中根据数据输入116用振荡器分别产生一个高频信号和一个低频信号。在步骤176中，产生的高、低频信号被混合，形成一个组合信号142。在步骤178中利用组合信号142生成一个NPI。然后在步骤180中通过传送媒体发送NPI。
在步骤182，接收发送来的NPI，并立即在步骤184中将NPI分解。在步骤186和188中NPI分别被分解成高频信号和低频信号。这两个信号分别在步骤190和192中被转换成二进制数。在步骤194中高频信号二进制数被变换成y坐标值，在步骤196中低频信号二进制数被变换成一x坐标值。在步骤198，通过高频信号二进制数还产生一个触发脉冲。该触发脉冲将控制产生每个新字符的速率或每个新字符从字符网阵中释放的速率。
在步骤199中，由步骤194和196得到的x和y坐标值被结合于与门开关169，为ASCII编码棋盘格上的一个锁存器产生一个脉冲。x和y坐标值对应于棋盘格上的一个锁存器，而与门开关169则向对应于x和y坐标值的锁存器传送一个脉冲。每个锁存器编码了一个特定的ASCII字符。当一个特定的锁存器被所产生的x和y坐村值隔离出来时，一个与门开关的脉冲便被传送到这个锁存器上，于是在锁存器接收到触发脉冲的时刻就会产生或释放出相应的编码的字符。来自步骤198的脉冲与来自步骤199的脉冲在指定的锁存器处相结合，指明了发送的一个字符。在步骤200中，通过释放与指明字符相应的那个锁存器使系统得到复原。
这样，图3所示的根据本发明一个实施例的高速数据传送装置10一般包括一个发送电路12和一个接收电路14。数据传送装置10可以用于通过例如双绞铜线、光纤光缆、同轴电缆、和无线传送等任何一种传送媒体来传送数据，但这里是参照现有双绞铜线电话线路来说明的。如图3所示，数据传送装置10可以安装在第一位置16处，并与安装在通过普通双绞铜线电话线路20相连接的第二位置18处的另一个数据传送装置10相通信。在这里所描述的一个实施例中，数据传送可以通过音调对或其他组合的频带内信号来实现，其中这种信号的组成波形可以被构形成具有不同的振幅或其他特性。
数据传送装置10可以利用典型地随电话机提供的标准电话线或调制解调器连接一到电话线路20上，电话线或调制解调器的一端用一个RJ—11插头连接在传送装置10上，另一端连接在一个现有电话线上的出口上。数据传送装置10可以利用本发明提出的新形式的数据表示通过现有电话线路20提供与另一个类似传送装置10之间的高速数据传输。
根据本发明一个实施例的数据传送装置10把输入数字信号转换成用于传送的模拟信号，而不采用普通数据传送处理器或调制解调器典型使用的数模转换器或正交调幅。数据传送是通过把二进制数转换成可比普通正交调幅系统更有效地发送的声频音调来实现的。这种处理是完全复用的系统，其中模拟“触发”波的最终转换发生在安装于接收方计算机、打印机或其他媒体内的接收电路14中。
通过电话语音信道的数据传送受到传送波相位失真的限制。波长愈短或频率愈高，则相位失真将愈加严重。本发明通过同时传送两个或多个不同频率的波而免除了这种相位困难。这两个或多个波被组合成一个具有能稳定一完整群波的速度的抵消效应的组合信号。
传送过程可以沿两个方向(上传和下传)通过现有电话线路20进行。传送速度一方面取决于同时带有指明了第二个字符的小振幅(minority amplitude)的成对调制的字节数目。传送速率还受传送模式是啁啾模式还是连续模式的影响。啁啾模式利用称之为啁啾信号的一些分割频率(音调分离符)对一个连续的字符流进行分解。连续模式发送连续的字符流并在传送线路上保持这样的字符流直到被接收器处理。
图16示出本发明第三个实施例中的数据传送装置10的典型传送步骤的一个例子。该处理开始于步骤2200，其中由发送器选择一个ASCII字符。ASCII字符由8比特的二进制器代表。在步骤2400中，步骤2200中所得到的两个字节(即字节42和44，共16比特)被安装到一个EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)中。EEPROM按预先编程于其内的指令操作。波形混合的三种优选模式是a)两个固定时间长度的的音调不带分离符地串连在一起，b)两个固定时间长度的音调带分离符地串连在一起，c)两个音调以并行方式混合，其时间长度取决于解码这两个音调所需的时间。这三种模式中，b模式优势较大，下面将对此讨论。
在步骤2400中，根据编码于EEPROM中的音调选择方法，选出两个音调，这两个音调反映了ASCII或其他数据的矩阵表示中的两个坐标轴，一个音调分量反映一个坐标轴。作为例子，把一个音调指定给字节42，另一个音调指定给字节44。在步骤2600中，可以产生用于字节操作的5个操作辅助音调。这些操作辅助音调可以在出现有效信息负载时用来修改其意义，例如可以调节1)大写文字或字母，2)数字指示符或数字，c)数据分离符或描述符(delineator)(啁啾)，d)频率乘10算符，和e)频率除以2算符。
在步骤2800中，选择一种音调传送模式。一旦选定了传送模式之后，把对应于字节42和44的两个音调和音调分离符(或啁啾信号)一起发送给接收器。在步骤3000中，发送的音调被接收器接收，进行解码处理。
在步骤3200，对接收到的关于字节42和44的音调进行分配，把一个音调分配给第一字节输入端(byte in)，把另一个音调分配给第二字节输入端。在步骤3400，把被分配的音调输送给一个快速数字解码器，然后输送给一个锁相环。在步骤3600，把解码器和锁相环所输出的音调输送给一个锁存器。
在步骤3800，将解码的音调与一个参考音调相比较。在步骤4000，如果解码的音调不匹配于参考音调，则可以产生一个告警。在步骤4200，如果在步骤4000中未得到两个成功的估测，则将产生一个出错消息。
图17示出采用上述模式(b)(也即采用两个带有分离符的固定时间长度音调串行结构)的发送电路1200的一个例子。两个分别标注为“A”(42)和“B”(44)的字节被装载到EEPROM4600和4800中。EEPROM4600和4800被编程得能选出与输入二进制数相对应的音调。一个由一个方波振荡器5200、2个D触发器5400和5600、以及一些或非门5800、6000、6200和6400组成的序列发生器5000发出一个方波信号来驱动一个开关6600。这将使继电器(开关)闭合，并释放数据音调6800通过一个电容器7000并受到一个电阻器7200的衰减后传向运算放大器7400。经过一个规定时间后，5200又将产生第二个脉冲，使或非门6000产生一个高电压。这将闭合7600并释放一个分离符音调通过7800进入通向电话线路20的放大器7400。再经过一个规定时间后，5200将发出另一个脉冲，使或非门6200变为高电压，进而使8000闭合，结果释放数据音调8200通过电容器8400到达放大器7400，从而向电话线路20输出组合音调。最后，振荡器5200发出第四个脉冲，使与或非门6400变为高电压，闭合开关8600，传送分离符音调8800通过电容器9000传送到通向电话线路20的放大器7400。
步骤3000由一些辅助音调的处理组成。这些音调可以对编码数据进行调节，使得能产生i)大写文字或字母，2)数字指示符或数字，3)数据分离符或描述符，4)频率乘10算符和5)频率除以2算符，或者其他变化。这5个辅助音调使得可以不局限于使用代表26个字母的26个小写文字或字母，或者通过允许对固定字符表示的修改而可以突破对上述ASCII子字符组的限制。
在另一个实施例中，对于通过有噪声电话线路传送的两个频率相近音调的接收，可以先将一个音调的频率除以2然后再解码该音调来执行。这样便可以在接收端增强传送的可靠性。
现在将参考图18讨论根据本发明一个实施例的图16步骤3200中的分配处理。图18示出一个由一个运算放大器(“AMP”)9400以及电阻器9600、9800、10000和电容器10200、10400所组成的带通滤波器9200。
分配处理器还含有一个包括了AMP10800和AMP11000的比较器10600。输入电压被上分压器11200和下分压器11400分压。分压器11200包括电阻11600和11800，它设定了电压上限12000。分压器11400包括电阻12200和12400，它设定了电压下限12600。
输入音调被AMP9400和带通滤波器9200滤波。经滤波的频率由分压器11200和11400进行比较，以根据参考点12000和12600固定其位置。任何超过电压上限12000的电压都被认为是过大的，这时会激励一个出错告警。位在上、下限12000和12600之间的比较器10600的输出电压被指定为第一字节。任何低于电压下限12600的电压被当作为第二字节。这两个音调，即第一和第二字节，被传送给估测阶段，即步骤3400。
根据本发明一个实施例的步骤3400即音调估测阶段将参考图19讨论。图19示出一个包含了三个主要部分的数字解码器12800。第一个部分由二极管13000、电阻器13200、13400和电容器13600以及AMP13800组成。
这第一部分把一个正弦波的音调转换成一串方波脉冲14000和14200。实际上这两个脉冲用作计数处理中的开始脉冲和结束脉冲。第二个部分由一个J—K触发器14400和一个a稳定振动器构成，后者是利用一个计时器芯片14600构成的，用于提供计数脉冲以帮助接收音调编码数据时的同步。
开始时触发器14400的“Q”输出处于低(即零)状态。当脉冲14000敲击触发器14400时，“Q”输出变为高(即1)状态，从而使开关14800闭合，这使计时器14600产生的脉冲能传送到二进制计数器15000上。这将使计数器的计数值累增，直到脉冲14200敲击触发器14400返回其Q＝0状态。通过或非门组件15200，该计数值与期望计数值比较。如果计数值等于期望计数值，则把适当的字节装载到相应的字符位置处，这时可以认为达到了同步和数据有效性。
同时，同样的音调被送到第三部分即锁相环15400，对该音调估测。输出波被与一个参考波15600比较。如果它们相同，则该数字字节或其他编码数据被送至数据总线。根据本发明，该解码处理是接收器的一个重要方面，由于如图20所示，触发或同步化是在小于整个正弦周期的时间内完成的，所以这种解码处理部分地允许一个快速数字解码处理。下面将参考图20来讨论数字解码的一个实施例。
如图20所示，带通滤波器15800由电阻器16000、16200、16400和AMP16600组成，它对输入信号16800滤波。然后信号16800被调谐并被电路17000放大，再被传送给相控电路17200。
相控电路17200包括电阻器17400，17600，17800，二极管18000和可控硅整流器18200。电阻17800和二极管18000确定一个位于输入波16800的90°与180°相位角之间的电压点18400。电压18400所位于的角度代表整流器18200开始导通的点，该导通状态将一直持续到输入波过零。本实施例中的解码处理包括向一个高频振荡器提供开始脉冲以及其后的标志着处理结束的停止脉冲。在开始与结束之间的时期内产生的脉冲则由一个二进制计数器计数。
比较电路18600包括电阻器18800、19000、19200、19400和差分放大器19600、19800。解码电路18600确定关于输入信号波16800的开始和结束点，在这两个点之间的期间进行数字计数。计数处理由J—K触发器20000、高频振荡器20200、开关20400和二进制计数器20600执行。在初始状态下，触发器20000的“Q”输出为零。当达到电压电平20800的输入信号波超过了一个由比较电路18600中的电阻器18800和19000决定的参考点21000。差分放大器19600将产生一个输出波，经脉冲整形器21200整形后使触发器20000翻转，进而激励开关20400使计数开始。输入波16800移至电压电平18400并将通过差分放大器19800和整形器21400使触发器2000翻转回到Q＝0状态，从而使计数结束。得到的计数值与期望计数值21600相比较。如果两者相等，则选择与期望计数值相对应的ASCII字符21800。如果没有得到期望计数值，则将激励图23所概示的解码处理。
如图23所示，解码处理开始于步骤30200中的模拟带通滤波。在步骤30400，根据FIFO(先进先出)基础检测接收音调信号的振幅。在步骤30600，例如可以按图20所示那样执行解码，其中，可以通过探测一个位于接近于峰值预定音调的前沿上的点A和一个位在后沿上的点B来隔离出单个音调，当两个点都存在时这将唯一地识别出一个音调组。对此，音调对或其他音调组的不同分量可以根据图22所示的发生器实施例用不同的振幅表达，总的来说这是与这里所讨论的其他电路相似的，只是得到的将是具有不同绝对振幅的音调。这样，点A可以与特定的发送音调分量相关联。图21示出本发明的一个不同的实施例，其中可以根据固定的时间长度来产生两个音调，但不含有内设的分离符。
回到图23的处理，在步骤30800中，对(1/4)个波的或其他快速触发解码的值与期望计数值或其他基准进行比较。在步骤31000，如果得到的结果与期望结果一致，则在步骤33000选出一个ASCII字符，其后在步骤33200中把数据的一个相应字节提供给一个输出FIFO缓冲器，并在步骤33400中提供给一个数据输出总线用于传输，且在步骤33600结束。
替代地，在步骤31000，如果快速解码不是期望的值，在步骤31200，执行根据全波长间隔的解码处理。在步骤31400中，对解码结果与计数期望值或其他基准值进行比较，如果两者一致则进入输出步骤33000。如果全周期解码结果不匹配于预期值，则将在步骤31800中执行锁相环解码，并在步骤32200中将解码结果与期望值比较。如果两者一致，则进入输出处理步骤33000。
如果步骤32200中发现解码结果与预期结果不匹配，则在步骤32400中接收器将进行搜索，寻找能代表正确解码值的可能音调时。如果找到了这样的解码结果，则在步骤32600中使接收器复原，否则接收器将在步骤32800发出一个出错消息，其后也于步骤33600结束处理。
对于熟悉本技术领域的人们来说，通过考虑本说明书本发明的其他实施例和应用将是明显的，所以应该认为说明书中的实施例和应用只是示例性的。例如，虽然本发明是按照8比特ASSCII字符的传送来说明的，但也可以采用例如Unicode等其他数据格式。又如，虽然本发明是按照8比特ACSII字符的传送来说明的，但也可以采用例如Unicode等其他数据格式。本发明的范畴应该仅受后附权利要求书的限制。
权利要求
1.一种数据通信方法，它包括以下步骤a)接收一个待传送的二进制输入；b)根据该二进制输入产生一个第一信号和一个第二信号；c)通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及d)发送组合信号。
2.根据权利要求1的方法，其中第一信号包括一个高频信号，第二信号包括一个低频信号。
3.根据权利要求2的方法，它还包括步骤e)把二进制输入分解成一个第一部分和一个第二部分。
4.根据权利要求3的方法，其中第一部分对应于高频信号，第二信号对应于低频信号。
5.根据权利要求4的方法，其中二进制输入包括一个ASCII字符码。
6.根据权利要求5的方法，其中ASCII字符码的4个高位比特对应于高频信号，ASCII字符码的4个低位比特对应于低频信号。
7.根据权利要求1的方法，其中组合信号包括一些声频音调。
8.根据权利要求7的方法，其中的声频音调是通过电话线路发送的。
9.根据权利要求1的方法，它还包括步骤f)接收发送来的组合信号。
10.根据权利要求9的方法，它还包括步骤g)把发送来的组合信号分解成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
11.根据权利要求10的方法，它还包括步骤h)根据第一接收信号和第二接收信号产生一个二进制输出。
12.根据权利要求11的方法，其中产生二进制输出的步骤h)包括利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列的步骤。
13.一种数据通信系统，它包括一个输入接口，用于接收一个待传送的二进制输入；一个发生器单元，它与输入接口相通信，该发生器单元根据二进制输入来产生一个第一信号和一个第二信号；一个组合单元，它与发生器单元相通信，该组合单元通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及一个输出接口，它与组合单元相通信，该输出接口发送组合信号。
14.根据权利要求13的系统，其中的第一信号包括一个高频信号，第二信号包括一个低频信号。
15.根据权利要求14的系统，它还包括一个分解器单元，该分解器单元把二进制输入分解成一个第一部分和一个第二部分。
16.根据权利要求15的系统，其中的第一部分对应于高频信号，第二部分对应于低频信号。
17.根据权利要求16的系统，其中的二进制输入包括一个ASCII字符码。
18.根据权利要求17的系统，其中ASCII字符码的4个高位比特对应于高频信号，ASCII字符码的4个低位比特对应于低频信号。
19.根据权利要求13的系统，其中的组合信号包括一些声频音调。
20.根据权利要求19的系统，其中的组合信号是通过电话线路发送的。
21.根据权利要求13的系统，它还包括一个接收单元，用于接收发送来的组合信号。
22.根据权利要求21的系统，它还包括一个分离单元，用于把发送来的组合信号分离成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
23.根据权利要求22的系统，它还包括一个输出发生器单元，用于根据第一接收信号和第二接收信号来产生一个二进制输出。
24.根据权利要求23的系统，其中的输出发生器单元是通过利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列来产生二进制输出的。
25.一种数据通信系统，它包括输入接口装置，用于接收一个待传送的二进制输入；发生器装置，它与输入接口装置相通信，该发生器装置根据二进制输入产生一个第一信号和一个第二信号；组合装置，它与发生器装置相通信，该组合装置通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及输出接口装置，它与组合装置相通信，该输出接口装置发送组合信号。
26.根据权利要求25的系统，其中的第一信号包括一个高频信号，第二信号包括一个低频信号。
27.根据权利要求26的系统，它还包括分解装置，该分解装置把二进制输入分解成一个第一部分和一个第二部分。
28.根据权利要求27的系统，其中的第一部分对应于高频信号，第二部分对应于低频信号。
29.根据权利要求25的系统，其中的二进制输入包括一个ASCII字符码。
30.根据权利要求29的系统，其中ASCII字符码的4个高位比特对应于高频信号，ASCII字符码的4个低位比特对应于低频信号。
31.根据权利要求25的系统，其中的组合信号包括一些声频音调。
32.根据权利要求31的系统，其中的声频音调是通过电话线路发送的。
33.根据权利要求25的系统，它还包括接收装置，该接收装置接收发送来的组合信号。
34.根据权利要求33的系统，它还包括分离装置，该分离装置把发送来的组合信号分离成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
35.根据权利要求34的系统，它还包括输出发生器装置，该输出发生器装置根据第一接收信号和第二接收信号来产生一个二进制输出。
36.根据权利要求35的系统，其中的输出发生器装置是通过利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列来产生二进制输出的。
37.一种数据通信方法，它包括以下步骤a)接收一个待传送的二进制输入；b)根据二进制输入产生一个第一信号和一个第二信号，第一信号与第二信号在除了频率之外的至少一个特性上有差别；c)通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及d)发送组合信号。
38.根据权利要求37的方法，其中的第一信号包括一个高频信号，第二部分包括一个低频信号。
39.根据权利要求38的方法，其中的二进制输入包括一个ASCII字符码。
40.根据权利要求37的方法，其中的组合信号包括一些声频音调。
41.根据权利要求40的方法，其中的至少一个特性包括振幅。
42.根据权利要求41的方法，它还包括步骤e)接收发送来的组合信号。
43.根据权利要求42的方法，它还包括步骤f)通过探测该至少一个特性把发送来的组合信号分离成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
44.根据权利要求43的方法，其中的分解步骤f)还包括步骤g)在小于第一接收信号或第二接收信号的1/2周期的时间内探测振幅。
45.根据权利要求44的方法，它还包括步骤h)通过利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列来产生一个二进制输出。
46.一种数据通信系统，它包括一个输入接口，用于接收一个待传送的二进制输入；一个发生器单元，它与输入接口相通信，该发生器单元根据二进制输入产生一个第一信号和一个第二信号，第一信号与第二信号在除了频率之外的至少一个特性上有差别；一个组合单元，它与发生器单元相通信，该组合单元通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及一个输出接口，它与组合单元相通信，该输出接口发送组合信号。
47.根据权利要求46的系统，其中的第一信号包括一个高频信号，第二信号包括一个低频信号。
48.根据权利要求47的系统，其中的二进制输入包括一个ASCII字符码。
49.根据权利要求48的系统，其中的组合信号包括一些声频音调。
50.根据权利要求49的系统，其中的至少一个特性包括振幅。
51.根据权利要求50的系统，它还包括一个接收单元，用于接收发送来的组合信号。
52.根据权利要求51的系统，它还包括一个分离单元，用于通过探测该至少一个特性把发送来的组合信号分离成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
53.根据权利要求52的系统，它还包括一个输出发生器单元，用于根据在小于第一接收信号或第二接收信号的1/2周期的时间内探测到的振幅来产生一个二进制输出。
54.根据权利要求53的系统，其中输出发生器单元是通过利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列来产生二进制输出的。
55.一种数据通信系统，它包括输入接口装置，用于接收一个待传送的二进制输入；发生器装置，它与输入接口装置相通信，该发生器装置根据二进制输入来产生一个第一信号和一个第二信号，第一信号与第二信号在除了频率之外的至少一个特性上有差别。组合装置，它与发生器装置相通信，该组合装置通过组合第一信号和第二信号来形成一个代表二进制输入的组合信号；以及输出接口装置，它与组合装置相通信，该输出接口装置发送组合信号。
56.根据权利要求55的系统，其中的第一信号包括一个高频信号，第二信号包括一个低频信号。
57.根据权利要求55的系统，其中的二进制输入包括一个ASCII字符码。
58.根据权利要求57的系统，其中的组合信号包括一些声频音调。
59.根据权利要求58的系统，其中的至少一个特性包括振幅。
60.根据权利要求59的系统，它还包括接收装置，该接收装置用于接收发送来的组合信号。
61.根据权利要求60的系统，它还包括分离装置，该分离装置通过探测至少一个特性把发送来的组合信号分离成一个第一接收信号和一个第二接收信号。
62.根据权利要求61的系统，它还包括输出发生器装置，该输出发生器装置通过在小于第一接收信号或第二接收信号的1/2周期的时间内探测振幅来产生一个二进制输出。
63.根据权利要求62的系统，其中的输出发生器装置是通过利用第一接收信号和第二接收信号去寻址一个ASCII字符阵列来产生二进制输出的。
全文摘要
一种传送装置和方法能够利用一些声频音调通过现有电话线线路进行高速传送。通过把数据转换为成对的、三个的、或其他数目的声频音调并发送组合信号可以通过电话线路(20)发送数据。例如一个ASCⅡ字符这样的数据(22)首先被转换成一个8比特的二进制数(24)。然后利用该二进制数来选择两个音调:一个高频音调(28)和一具低频音调(26)。这两个音调(26,28)被混合形成能通过电话线路(20)发送(32)的组合信号(30)。这两个音调(26,28)可以被构形成具有不同的振幅或者被啁啾音调分开,并被混合成一个能通过电话线路(20)发送的组合信号。然后在接收装置中接收到的组合信号(30)可以被分解成它的一些组成音调并被解码,从而产生发送来的数据(22)。
文档编号H04L27/30GK1327671SQ00802009
公开日2001年12月19日 申请日期2000年7月21日 优先权日1999年7月22日
发明者约翰·P·凯恩斯 申请人:数据麦格公司