专利名称：在通信系统中检测和防止报文冲突的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输。本发明尤其涉及新颖的和经改进的在半双工通信系统中防止和检测报文冲突的方法。
将大多数半双工通信系统被设计成使报文冲突最小，以改善通信质量。这些系统使用多种方案来避免报文冲突。其中一些这样的方案在通信信道上需要一定的质量。当通信信道变差时，可以增加报文冲突的可能性。其它的方案使用特殊的定时和同步，来避免报文冲突。对于这些方案，在通信信道中增加的延迟可以引起系统故障。
传真通信系统是半双工通信系统的一个例子，它依赖于两台正在通信的传真机之间的定时和同步，以避免报文冲突。传真机通过标准公共交换电话网(PSTN)信道来彼此进行通信，这种信道具有已知的信道质量和延迟特性。当在两台传真机之间插入了诸如数字通信系统或卫星链路等非标准PSTN信道时，由于报文冲突而增加的传输延迟，可以引起传真相互影响而产生故障。
数字通信系统或卫星链路与半双工通信系统结合可以扩展覆盖范围，可以使通信设备具有机动性，并且增加不同通信设备之间的互连性。可以与传真通信系统一起使用的典型的数字通信系统是工作在蜂窝或个人通信系统(PCS)频带内的无线码分多址(CDMA)系统或者全球星(GLOBALSTAR)卫星通信系统。这些数字通信系统具有内在的处理延迟，是由于大量的数字信号处理以及传输延迟引起的。这些数字通信系统也使用中央基站来组合或多路复用来自许多通信设备的信号，成为公共传输信号。得到的总的延迟可以长到难以容忍和不可预计。
在本说明书中，保持这样的语法结构以使对本发明的描述变得清楚。在描述两台设备之间的通信时，使用术语“报文”来表示从源设备到目标设备的通信。该“报文”可以或者不可以由源设备重新传送。使用术语“响应”来表示从目标设备到源设备的通信，作为前一传送的“报文”的结果。
在使用定时和同步方案来避免报文冲突的半双工通信系统中，希望与在同一信道上的目标设备通信的源设备通过发送报文开始通信，并等待来自目标设备的响应。在过了一段预定长度的时间之后，如果没有接收到响应，则源设备重新发送报文。以指定的次数重复这个处理过程，或者直到接收到响应为止。
对于标准三类传真通信的系统，传真机之间的定时和同步符合“ITU-T推荐T.30通用交换电话网中的文件传真发送过程”中规定的性能，下文称之为T.30传真协议。T.30传真协议使用大量的调制技术来传送正向报文数据。尤其是，传真机之间的参数协商和信号交换是利用“CCITT推荐V.21用于通用交换电话网(GSTN)中的300ps双工调制解调标准”中规定的调制技术来实现的。信号交换建立了在传真机之间的适当的通信模式。
对于T.30传真系统，呼叫的传真机通过拨通被叫传真机并发送呼叫音(CNG)而启动呼叫。被叫传真机检测来话呼叫，并向呼叫传真机发回被叫站识别音(CED)。然后被叫传真机向呼叫传真机发送数字识别信号(DIS)，将其容量通知呼叫传真机。一旦检测到DIS信号，呼叫传真机就发送数字命令信号(DCS)，通知被叫传真机呼叫传真机计划使用的容量。
除了上述的启动信号之外，在呼叫期间，在传真机之间也发生其它报文。例如，训练信号、信息报文以及中止报文也是典型传真呼叫的一部分。
在呼叫期间呼叫传真机和被叫传真机彼此之间发送许多报文。在传真呼叫时，在各个阶段从呼叫传真机或被叫传真机之一发送报文。由于呼叫和被叫传真机两者都可以启动报文，所以下面的讨论根据向目标传真机发出报文的源传真机和向源传真机作出响应的目标传真机来描述通信，而不参照呼叫或被叫传真机。如果没有接收到对某些报文的响应，则源传真机必须重复这些报文。
T.30传真协议规定了当在传真机之间启动呼叫时必须遵循的处理过程。例如，具体地定义了CNG、CED、DIS和DCS报文的序列和格式。T.30传真协议也定义了如果没有收到响应则必须重复的报文。因此，通过监视报文格式以及事先了解信令序列，就可以确定哪个报文将被重复。可以根据T.30协议，通过分析在传真呼叫接收到的报文以及状态来确定被重复的报文。
为了适应不利的信道条件，T.30传真协议需要在传真机之间重复某些未应答的报文。如果源传真机向目标传真机发送这样一种报文，则源传真机期望在规定的时间周期内收到目标传真机的响应。如果在规定时间周期过后仍没有收到响应，则T.30传真协议要求源传真机重新发送该报文。重新发送一直进行到收到来自目标传真机的响应，或者已经作了过多项数的尝试。
如果没有检测到响应，则以规定的重复时间间隔在传真机之间重复DIS和某些报文。T.30传真协议定义了可以重新发送的最短重复时间间隔。例如T.30传真协议规定在自动模式下工作的传真机的重复时间间隔为3.0秒±0.45秒。这意味着符合T.30传真协议的传真机不应在离前一报文的2.55秒内重新发送该报文。因此，如果这样的传真机在2.55秒的最短重复时间间隔内接收到了响应，则不会发生冲突。
根据这种T.30传真定时方案，在通信信道内的长传输延迟可以引起报文冲突。在一种情况下，源传真机向目标传真机发送一个报文，并且，由于传输延迟，目标传真机的响应到达源传真机的时间比重复周期更长。由于源传真机没有按时收到响应，所以它就重新发送该报文。如果在源传真机重新发送该报文的同时目标传真机的响应到达，则导致了报文冲突，并且源传真机将不能接收到该响应。
在使用标准PSTN通信系统的典型传真通信系统中，通信信道一般是RJ-11接口。RJ-11接口在该已有技术中是已知的，它由一对载送差分信号的导线组成。使用差分信号改善了性能，因为在单端信号上具有优越的噪声抗扰度。RJ-11接口在相同的导线对上载送传真机之间的所有通信。
用2至4线转换器，在已有技术中也称为混合电路，被用来在RJ-11接口上对这些报文和响应去耦(decouple)。2至4线转换器由在初级侧上的一差分对导线和在次级侧上的两对不同的导线组成。初级侧上的差分对导线连接到RJ-11接口上，然后再连接到目标传真机上。次级侧上的两差分对线连接到正向信道和反向信道上。正向信道将报文从源设备通过2至4线转换器载送到目标传真机上。同样，把目标传真机的响应通过2至4线转换器耦合到反向信道上。理想地，在正向信道上仅出现报文，在反向信道上仅出现响应。由于2至4线转换器的实现并非是理想的，因此在反向信道上会出现小的但为失真版本的报文，反之亦然。冲突防止/检测电路必须能与2至4线转换器中这些已知的非理想性一起工作。
不能解决不能预测的和长时间的延迟导致了在非标准PSTN通信信道上的三类传真机之间的通信不可靠。因此，需要一种方法来检测报文冲突而与信道延迟的数量无关，与干扰信号的源无关。
本发明提供一种防止和检测在半双工通信系统中报文冲突的装置，它包含控制装置，用于向通信设备传送报文；回波消除装置，它连接到所述控制装置和所述通信设备上，并且被构造成接收来自所述控制装置的所述报文和控制信号，还接收来自所述通信设备的信号，并根据所述报文和控制信号向所述控制装置提供误差信号，其中，根据所述控制信号，所述回波消除装置被构造成以训练模式或监视模式工作，在训练模式下，所述回波消除装置调节所述回波消除装置中自适应滤波器的频率响应，在监视模式下，所述回波消除装置使用所述经调节的自适应滤波器对信号滤波；以及信号检测装置，它被构造成接收所述回波消除装置的所述误差信号，并向所述控制装置发送状态信号，所述状态信号与来自所述回波消除装置的所述误差信号有关。
本发明还提供一种在半双工通信系统中检测报文冲突的方法，包含下列步骤在回波消除器上产生误差信号，其中，所述误差信号是基于输入到所述回波消除器的至少一个数据；从所述回波消除器向控制器发送状态信号，其中，所述状态信号根据所述误差信号指示是否出现报文冲突；以及所述回波消除器接收所述控制器的控制信号，该控制信号指令所述回波消除器进入训练模式或监视模式。
在本发明的实践中，可以将2至4线转换器插在冲突检测器与通信设备之间。可将在正向信道上的报文通过2至4线转换器被定路由到通信设备。通信设备的响应可以通过2至4线转换器发送由到反向信道。由于2至4线转换器是非理想的，因此，在正向信道上的部分报文也会出现在反向信道上。
检测器可以工作在训练周期或报文发送周期。在训练周期期间，在正向信道上向通信设备发送一个报文。由于2至4线转换器是非理想的，所以一部分报文将作为回波出现在反向信道上。该报文也通过自适应滤波器以产生回波评估。在训练周期期间，回波消除器监视回波与回波评估之间的误差信号，并调整其滤波器的频率响应，使误差信号最小。在报文发送期间，自适应滤波器是固定的，回波消除器测量误差信号。如果在报文发送期间，在反向信道上出现了响应，则冲突检测器断定已经发生报文冲突，并输出指示这种情况的状态信号。
在本发明的一个实施例中，在半双工通信系统中检测报文冲突是利用信号参数评估器进行的。在训练周期期间，信号参数评估器测量反向信道上回波的频谱能量。然后信号参数评估器根据测得的回波能量创建一组阈值。在报文传送期间，信号参数评估器比较测得的反向信道上信号的频谱能量，并把测得的值与该组阈值进行比较。如果测得的值落在阈值范围之外，则表明发生了报文冲突，信号参数评估器输出指示这种情况的状态信号。
参照下面的说明书、权利要求书和附图，本发明前述的和其它目的、特征和优点将变得更为明了。
图6是参数冲突防止/检测电路的框图；图7是典型参数信号检测电路的框图；图8是实现本发明的参数冲突检测方法的流程图。
较佳实施例的详细描述
图1中示出了已知的半双工通信系统的例子。一种如此的系统是标准传真通信系统。在该传真通信系统中，传真机A2通过通信信道4和8利用公共交换电话网(PSTN)6与传真机B10进行通信。传真机A2通过通信信道4连接到PSTN6上。PSTN6通过通信信道8连接到传真机B10上。PSTN6起到交换机的作用，把通信信道4连接到通信信道8上，以便能在传真机之间进行通信。通信信道4和8是一般的标准RJ-11接口。RJ-11接口和PSTN6的特性和延迟已在T.30传真协议中作了较好的定义和计算。
在图2中示出了使用无线通信系统的通信系统。在该通信系统中，无线通信系统在传真机A12与传真机B30之间与通信信道14和24串联连接。数字通信系统可以是地面无线CDMA系统，或者是诸如全球星(GLOBALSTAR)系统的卫星通信系统。传真机A12通过通信信道14与单用户系统(SSS)电话16进行通信。在较佳实施例中，通信信道14是RJ-11接口。SSS电话16对数据进行解调和数字处理，并通过空中通信信道18发送结果输出。空中通信信道18可以是卫星链路或者地面无线链路。基站22接收空中信号，处理和再调制该信号，并把该数据通过通信信道24发送给PSTN26。通信信道24一般为标准的T1/E1线路或者任何其它的相似的传送媒介。PSTN26把数据通过通信信道28发送到传真机B30上。
在SSS电话16和基站22中的数字信号处理延迟了传真机A12与传真机B30之间的通信。通过空中通信信道18和20的信号输送加到总延迟上。总延迟使起源于源传真机的报文被目标传真机延迟接收。相同地，来自目标传真机的响应也给延迟而到达源传真机。
在典型的实施例中，用驻留在半双工通信系统中的冲突防止/检测电路40a和40b，来检测传真机A12与传真机B30之间的报文冲突。冲突防止/检测电路40a驻留在SSS电话16中，冲突防止/检测电路40b驻留在基站22中。在较佳实施例中，为两个通信传真机中的每个传真机都分配一个冲突防止/检测电路40。
在传真机之间进行呼叫时，一台传真机对于某些消息的性能为源传真机，而对另一些消息的性能为目标传真机。在描述本发明时，仅仅必须描述冲突防止/检测电路40与目标传真机之间的通信，而不考虑源传真机。把讨论限定在冲突防止/检测电路和目标传真机可以集中讨论本发明，而对范围毫无损失。
I.第一实施例在第一实施例中，用基于回波消除器的冲突检测器检测报文冲突。在图3中示出了一个典型的基于回波消除器的冲突检测器。在该实施例中，冲突检测器100与在传真机之间的通信信道串联连接。冲突检测器100驻留在SSS电话16和/或基站22(参见图2)中，在图2中被标示为冲突防止/检测电路40。在该较佳实施例中，为两个通信传真机12和30中每个传真机分配一个冲突检测器100。为清楚起见，下面的讨论集中到图2中的冲突防止/检测电路40a与传真机A12之间的传真通信上，它们在图3中被重新编号成冲突检测器100和传真机122。在冲突防止/检测电路40b和传真机B30之间也发生相同的相互作用。
参照图3，基于回波消除器的冲突检测器100驻留在SSS电话16中。冲突检测器100接收来自SSS电话16的报文，并向SSS电话16发送响应。冲突检测器100通过正向信道132和反向信道130连接到耦合器120上。耦合器120可以是2至4线转换器或者是任何其它能实现这里描述的功能的混合耦合器，一般为连接到SSS电话16的接口上的适配器。传真机122通过诸如RJ-11接口的通信信道134连接到耦合器120上。耦合器120把正向信道132的报文耦合到传真机122上，把来自传真机122的响应耦合到反向信道130上。
在冲突检测器100中，控制器104连接到传真泵112上。控制器104可以用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)芯片或者编程成实现上述功能的ASIC等来实现。传真泵112调制来自控制器104的数字数据，并在正向信道132上发送经调制的信号作为报文。回波控制器110连接到控制器104、反向信道130和正向信道132上。回波消除器110接收来自控制器104的控制信号，该控制信号命令回波消除器110进入到训练模式或者监视来自模式。信号检测器106插在回波消除器110与控制器104之间。信号检测器106监视回波消除器110的误差信号，并根据来自回波消除器的误差信号向控制器104输出指示有否报文冲突的状态信号。
如果控制器104需要向传真机122发送一个报文，则控制器104首先确定连接到传真机122上的通信信道134是否复位。如果通信信道134没复位，则控制器104在处理之前等待该信道复位。
根据发送给传真机122的报文的类型以及已知的T.30传真协议，控制器104了解从传真机122来的响应是否即将到来，作为接收报文的结果。如果不期望从传真机122得到响应，则极不可能是报文冲突，控制器104向回波消除器110发送控制信号，命令回波消除器110进入训练模式。然后控制器104向传真泵112发送报文数据。传真泵112接收来自控制器104的报文数据，调制该数据，然后在正向信道132上将已调制的信号作为报文发送。把该报文的主要部分通过耦合器120耦接到传真机122中。由于耦合器120的实现是非理想的，因此在反向信道130上出现了消息的回波y(t)。对于线性系统，回波是较小的、有时间延迟的、且幅度已失真的报文。在反向信道130上出现回波是耦合器120内部耦合的结果。由于在传送该报文之前已事先确定了通信信道134是复位的，所以在反向信道130上只有回波出现。
还使报文m(t)也通过到驻留在回波消除器110内的自适应滤波器中。回波消除器的设计和实施在本技术领域中是已知的。在名称为“网络回波消除器”的美国专利No.5,307,405中详细描述了回波消除器的一个典型实施例，该专利已转让给本发明的受让人，援引于此，以作参考。自适应滤波器调整其频率响应特性，例如其幅度和延迟响应对于频率，以使滤波器输出是反向信道130上的回波的接近的评估。自适应滤波器根据自适应过程，调整滤波器的频率响应，使回波与回波的评估之间的误差r(t)最小。自适应过程可以是最小均方(LMS)算法或者适用于这里揭示的任务的任何其它信号评估技术。当完成了报文的传送时，控制器104结束训练周期，并固定自适应滤波器的频率响应。在下一个训练周期之前，不再对自适应滤波器的频率响应进行调整。
在从控制器104向传真机122发送报文期间，控制器104向回波消除器110发送控制信号，使回波消除器110进入到监视模式。在这种模式下，回波消除器110用自适应滤波器对报文进行滤波，来评估反向信道130上的回波。由于回波消除器110刚经过训练，所以自适应滤波器116输出的评估接近反向信道130上的回波。结果，回波评估与回波之间的误差信号r(t)是较小的信号。信号检测器106把该误差信号与预定的阈值进行比较，并向控制器104输出状态信号，指示误差信号低于预定的阈值，没有发生报文冲突。
由于过度的传送延迟或者不正确的同步的原因，传真机122可能在传送报文期间发送一个响应。在此时，反向信道130上的信号由报文的回波和通过耦合器120耦合到该反向信道130上的来自传真机122的响应组成。回波消除器110仅能评估报文的回波。因此，回波评估与反向信道130上的信号之间的误差信号r(t)将主要由来自传真机122的响应组成。信号检测器106把误差信号与预定阈值进行比较。如果由于出现了传真机122的响应使误差信号超过预定阈值，信号检测器106向控制器输出状态信号，指示在通信信道134上出现了较大的信号，有很大可能发生了报文冲突。控制器104一旦接收到指示很可能发生报文冲突的状态信号就中断报文的传送，继续监视状态信号，在确定通信信道134复位之后，在较后的时间上重新传送该报文。
利用基于回波消除器的冲突检测器检测报文冲突，大大改善了在出现较长信道延迟和/或失真信道条件时的传真机之间的通信。
在图4示出了典型回波消除器的简化版本。如图所示，将报文m(t)通过耦合器120在正向信道132上由传真泵112传送给传真机122。耦合器120把来自正向信道132的报文的主要部分接到通信信道134上。由于耦合器120的内部耦合，也把该报文耦合到反向信道130上。结果，在反向信道130上引入了回波。
回波消除器110根据该报文评估反向信道130上的回波。将滤波器116应用于该报文，产生对回波的评估。不同的滤波器实施，例如模拟滤波器、非线性滤波器，或者数字滤波器(例如以硬件或软件合成的有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)滤波器)都可以实现滤波功能，且都在本发明的范围内。在典型实施例中，滤波器116是FIR滤波器。加法器108是差分放大器，其输入端连接到反向信道130和FIR滤波器116上。加法器108可以用差分放大器或其它信号组合电路来实施。加法器108输出误差信号，该误差信号是反向信道130上的信号y(t)与来自FIR滤波器116的评估y’(t)之间的差值。
由系数更新电路114提供FIR滤波器116的系数。系数更新电路114接收来自加法器108的误差信号r(t)，并为FIR滤波器116计算一组使误差信号r(t)最小的滤波器系数。系数计算可以由任何数量的自适应子程序之一来实现。在较佳实施例中，利用本技术领域内已知的最小均方(LMS)算法进行系数计算。系数更新电路114也接收来自控制器104的控制信号，它命令系数更新电路114进入到训练模式或监视模式。仅在传送报文期间能进行训练，并仅在控制器104已确定没有其它干扰信号，例如响应，出现在通信信道134上之后进行训练(参见图3)。系数更新电路114仅在训练周期期间更新滤波器的系数。在监视模式期间，系数更新电路114被禁止，由FIR滤波器116维持前面计算得到的滤波器系数。
回波评估的正确度与FIR滤波器实施有关。在实施FIR滤波器时滤波器抽头越多，数学精度越高，对回波的评估正确度也越高，但以较大的复杂度为代价。作为一个最小值，必须能足以消除回波，得到的误差信号r(t)要全部落在预定阈值之下。
预定阈值是由系统考虑来确定的。必须将该阈值设置得足够低，以能检测到来自传真机122的所有响应。然而，把该阈值设置得太低可能造成报文冲突的错误指示结果。在较佳实施例中，把该阈值设置在这样的电平上，即，如果响应超过了，将引起传真机122不正确地接收报文，但不会错误地指示报文冲突。
在较佳实施例中，信号检测器106使用名称为“检测传真传输的方法和装置”的美国专利号5,892,816中描述的技术(下文称为5,892,816专利，该申请于1996年11月15日提出，已转让给本发明的受让人，援引于此，以作参考)来检测在误差信号r(t)中出现的传真报文。利用二进制移频键控(BFSK)调制信号来传送V.21报文，其中1650Hz表示二进制“1”，1850Hz表示二进制“0”。如5,892,816专利中所描述，误差信号r(t)经两个陷波滤波器滤波，一个中心频率为1650Hz，第二个中心频率为1850Hz。对陷波滤波器的输出分别进行平方，在预定时间间隔上并累加，获得能量值。信号检测器106分析本次能量值和前次能量值，例如把这些能量值与已知的能量符号进行比较。如果这些能量值符合预定的标准(例如在5,892,816专利中规定的)，则在发送给控制器104的状态信号上指示报文冲突。
在另一个实施例中，信号检测器106把误差信号r(t)与预定阈值比较。在该实施例中，信号检测器106可以用比较器或其它信号比较电路来实施。在一个实施例中，信号检测器106把误差信号与一个预定阈值进行比较。如果误差信号超过预定阈值，则在发送给控制器104的状态信号上指示报文冲突。在另一个实施例中，用多个阈值来指示具有确定的变化程度的报文冲突。超过多个阈值中的每个阈值的误差信号将与不同可能性的报文冲突相对应。信号检测器106的这些或其它变化都应落在本发明的范围内。
图5示出了第一实施例的基于回波消除器的冲突检测器的操作流程图。开始时，在状态200，冲突检测器向传真机发送报文。在步骤202，冲突检测器首先检查连接到传真机上的通信信道，确定信道是否复位。如果信道没复位，则冲突检测器继续监视信道，仅在确定信道已复位之后才进行处理。
在步骤204，冲突检测器分析报文以确定在传真泵112正在传送报文时，是否可以接收到来自传真机122的响应。冲突检测器能根据它了解的发送的报文的类型以及事先了解的T.30传真协议而确定。如果不期望来自传真机的响应，则发生报文冲突的可能性最小。然后在步骤214，回波消除器进入到训练模式，同时，传真泵向传真机传送该报文。
在训练模式中，回波消除器尝试使反向信道上的回波与回波的评估之间的差值最小。回波的评估是通过用自适应滤波器对报文进行滤波取得的。回波消除器尝试通过调整滤波器的特性使评估的误差最小。训练模式一直进行，直到完成了该报文的传送。一旦完成了传送，则在状态220冲突检测器结束处理。
如果在步骤204，冲突检测器确定在传真泵112正向传真机112发送报文的同时，可能接收到它的响应，则在步骤206，命令回波消除器进入到监视模式。然后在步骤208冲突检测器使传真泵向传真机发送报文。在继续发送的同时，冲突检测器进入到循环中，在传送报文期间连续地检查报文冲突。循环中的第一步包括在步骤210中监视反向信道上的信号，得到通信信道的干扰信号。干扰信号可以是来自传真机的响应。如果没有检测到干扰信号，则在步骤218冲突检测器确定是否已完成报文的传送。如果没有完成传送，则冲突检测器在步骤216继续发送报文，并返回到步骤210。一旦确定已发送了全部的报文，则处理在状态220结束。
如果冲突检测器在步骤210检测到在传送报文期间，在通信信道上出现了干扰信号，则在步骤212冲突检测器命令传真泵结束传送。然后在步骤202冲突检测器继续监视通信信道直到确定干扰信号消失。一旦信道复位，冲突检测器在步骤204开始重新发送报文。
在另一个实施例中，图3中的信号检测器106还包括信号解调器。当在误差信号r(t)中检测到信号时，解调器对该信号解码，并确定来自传真机122的响应的内容。把该响应传递给控制器104。然后，根据该响应和在T.30传真协议中的当前状态，控制器104决定是否重新传送最后的报文、等待或者向传真机122发送新的报文。
II.第二实施例在第二实施例中，使用参数冲突检测器来检测报文冲突。在图6中示出了典型的参数冲突检测器。在该实施例中，参数冲突检测器102与传真机之间的通信信道串联连接。冲突检测器102驻留在SSS电话16和/或基站22中(参见图2)，在图2中被标记为冲突防止/检测电路40。在较佳实施例中，为两个通信传真机12和30中的每个传真机分配一个冲突检测器102。为清楚起见，下面的讨论仅限于图2中冲突防止/检测电路40a与传真机A12a之间的通信，在图6中，它们被重新编号成冲突检测器102，传真机122。在冲突防止/检测电路40b与传真机B30之间发生相同的相互作用。
参照图6，参数冲突检测器102驻留在SSS电话16中。冲突检测器102接收来自SSS电话16的报文，并向SSS电话16发送响应。冲突检测器102通过正向信道132和反向信道130连接到耦合器120。耦合器120可以是2至4线转换器或者能实现这里描述的功能的其它混合耦合器，一般为连接到SSS电话16的接口的耦合器。传真机122通过诸如RJ-11接口的耦合器120。通信信道134连接到耦合器120把正向信道132上的报文耦合到传真机122，把来自传真机122的响应耦合到反向信道130上。
在冲突检测器102中，控制器144连接到传真泵146上。控制器144能以第一实施例中描述的许多方法中的一种方法来实现。传真泵146调制来自控制器144的数字数据，并在正向信道132上发送经调制的信号，作为报文。信号参数评估器148连接到控制器144、传真泵146和反向信道130上。信号参数评估器148接收来自传真泵146的数字数据，和反向信道130上的信号，并根据这两输入确定是否发生了报文冲突。信号参数评估器148还接收来自控制器144的控制信号，命令信号参数评估器148进入到训练模式或者监视模式。最后，信号参数评估器148向控制器144提供状态信号，以指示是否出现报文冲突。
在第二实施例中，由控制器144向传真机122发送报文的方式与第一实施例相同。如果控制器144需要向传真机122发送报文，则控制器144首先确定连接到传真机122上的通信信道134是否复位。为了确定这一情况，控制器144使用来自信号参数评估器148的状态信号。控制器144仅在确定了通信信道已复位，且没有可能发生报文冲突之后才进行处理。
根据发送给传真机122的报文的类型以及事先了解的T.30传真协议，控制器144了解了在传真泵146正在发送报文的同时是否有可能接收到传真机122的响应。如果预期不会从传真机122接收到响应，则极不可能是报文冲突，控制器144向信号参数评估器148发送控制信号，命令信号参数评估器148进入到训练模式。然后向传真泵146发送数字数据。传真泵146接收数字数据，调制该数据，并在正向信道132上发送经调制的信号，作为报文。耦合器120把正向信道132的报文的主要部分耦合到连接到传真机122上的通信信道134上。再者，由于耦合器120的实施是非理想的，因此，在反向信道130上会出现较小的并失真的报文。因为在发送该报文之前，已刚确定通信信道是复位的，只有报文的回波仅是出现在反向信道130上。
在训练模式时，当传真泵146发送报文时，信号参数评估器148监视反向信道130上的回波。传真泵146也向信号参数评估器148发送包含报文的数字数据。因此，在训练周期期间，信号参数评估器148具有数字数据和对应于该数字数据的回波。信号参数评估器148计算回波的各个预定参数的值。作为一个例子，信号参数评估器148可以计算在不同频带内的回波的能量。然后把在每个频带上的能量测量值映射到回波的各个参数上。然后使计算得到的值，例如在不同频带上的能量测量值与以这些计算值产生的数字位相等。因此，在信号参数评估器148被训练之后，信号参数评估器148就能仅根据来自传真泵146的数字数据，预测参数的计算值应当是什么。信号参数评估器148利用预测值创建这些参数的阈值组、每个参数的一组阈值组，每组阈值形成一个阈值范围。
如果控制器144期望在传真泵146正发送报文的同时可能有来自传真机122的响应，则控制器144向信号参数评估器148发送控制信号，命令信号参数评估器148进入监视模式。通过监视反向信道130，信号参数评估器148能检测到干扰信号的存在，例如来自传真机122的响应。在监视模式时，信号参数评估器148接收在反向信道130上的信号y(t)，计算信号y(t)的各个参数，并把计算得到的值与阈值进行比较。如果通信信道已复位，没有干扰信号，则在反向信道130上的信号y(t)仅包含报文的回波。回波的各个参数的计算值将落在阈值范围内，信号参数评估器148将向控制器144输出状态信号，指示无报文冲突。
如果传真机122在传送报文期间向控制器144传送的响应，则在反向信道130上的信号y(t)将包含回波加上干扰信号。总信号的计算值将与只有回波时的值不同。如果计算值落在阈值范围之外，则信号参数评估器148就向控制器144输出状态信号，指示很有可能发生报文冲突。控制器144一接收到指示很有可能发生报文冲突的状态信号，就结束消息的传送并继续监视状态信号，在确定了通信信道复位之后的一个较后的时刻上重新发送该报文。因此，信号参数评估器148能检测通信信道上的报文冲突，而不考虑报文冲突的来源。
使用参数冲突检测器检测正在传送给传真机122的报文中的冲突，并在信道复位时的以后一个较后的时刻重新发送该报文，可以在控制器144与传真机122之间进行可靠的通信。
在图7中示出了根据两个频带上的能量的典型的信号参数评估器。对于V.21消息和响应，使用二进制移频键控(BFSK)来调制对应于报文的数据位。调制功能是由传真泵146来实现的。用1850Hz音调的3.3毫秒的脉冲串来表示数字零，是用1650Hz音调的3.3毫秒的脉冲串来表示数字一。通过测量在这两个频率上的经调制信号的能量，可以预测在通信信道上传送哪些数据位。
也可用两个频带上的能量测量值来确定通信信道上出现报文冲突，这是因为回波的能量符号是与回波加上响应的能量符号不同的。例如，如果通信信道134已复位的，则在反向信道130上的信号主要由在正向信道132上的报文的回波组成。信号参数评估器148对每个传送的数据位测量在两个频带(f0＝1850Hz，f1＝1650Hz)上的能量。每个数据位的两个能量测量值形成该位的能量符号。在正向信道132上传送数字零产生的回波的能量测量值在f0＝1850Hz上包含了较高的能量测量值，而在f1＝1650Hz上的能量测量值较小。另一方面，传送数字一产生的回波的能量测量值在f1＝1650Hz上包含了较高的能量测量值，而在f0＝1850Hz上的能量测量值较小。因此，从数字零的传送得到的回波能量符号与从数字一的传送的能量符号不同。把在训练周期期间测得的能量符号用来产生两组阈值，一组用于数字零的传送，另一组用于数字一的传送。例如，从数字零的传送得到的回波的能量符号产生f0＝1850Hz的上、下阈值和f1＝1650Hz的上、下阈值。数字一传送的能量符号也产生一组四个阈值。如此地选择阈值，使单独回波的能量测量值落在上、下阈值内。每个数据位的四个阈值形成该位的阈值范围。把在接着发生的报文传送期间在通信信道上的信号的能量符号与这两个阈值范围进行比较。
如果在反向信道130上的信号包含了回波和来自传真机122的响应，则回波加上响应的能量符号将与单独回波的能量符号不同。假设响应也是V.21报文(在大多数感兴趣的情况下，这是真实的)，则回波和响应可能建设性地或破坏性地增加。因此，在回波的f0＝1850Hz和f1＝1650Hz上的能量测量值加上响应将偏离单独回波时期望的能量符号。通过比较回波加上响应的能量符号与正在传送的数据位的阈值范围，如果测得的能量符号落在阈值范围之外，则可以确定报文冲突。
也可以用由附加的上、下阈值组成的多个阈值范围来检测具有可变的可信度的报文冲突。而且，也可以用在两个以上频带上的能量测量值使对回波和响应的检测更正确。更多的频带使能量符号更复杂，能辨别其它的频谱分量。利用多个范围和多个频带以及其它相似的变化都在本发明的范围内。
在较佳实施例中，将在两个频带上的能量测量值被差分地组合成一个组合能量值。这种实施方式的优点是简单，但是将失去一些正确性。从f0＝1850Hz的能量测量值中减去f1＝1650Hz的能量测量值。因此，在仅测量报文回波的训练期间，传送数字零得到的回波的能量测量值将在f0＝1850Hz上得到较高的能量测量值(Ef0)，而在f1＝1650Hz上得到较低的能量测量值(Ef1)。差分组合能量测量值(Ef0-Ef1)对于数字零产生正组合能量值。另一方面，传送数字一得到的回波的能量测量值将在f1＝1650Hz上得到较高的能量测量值(Ef1)，而在f0＝1850Hz上得到较低的能量测量值(Ef0)。差分组合能量测量值(Ef0-Ef1)对于数字一产生负组合能量值。
用在训练期期间测得的组合能量值被用来产生两组阈值。例如，从数字零的传送得到的回波的组合能量值得到以正值为中心的上和下阈值。从数字一的传送的组合能量值也得到一组以负值为中心的两个阈值。如此地选择阈值，以使单独回波的组合能量值落在上和下阈值内。数字零传送的两个阈值形成一个阈值范围，数字一传送的两个阈值形成另一个阈值范围。在接着的报文传送期间，把在通信信道上的信号的组合能量值与这两个阈值范围进行比较。
如果在反向信道130上的信号包含回波加上来自传真机122的响应，则回波和响应的组合能量值将与单独回波的组合能量值不同。通过比较回波加上响应的组合能量值与正在传送的数据位的阈值范围，如果组合能量值落在阈值范围外，则可以指示报文冲突。因此，事先了解了在相同频率上的报文和响应传送是不可能的，则测量两个子载波频率上的能量的信号参数评估器就可以用来检测报文冲突。
在图7中图示了较佳实施例的参数冲突检测器，它是基于两个频带上的能量的差值。参照图7，将带通滤波器158和160连接到反向信道130上，以使冲突检测器148能监视通信信道134(在图7中未示出)。各种类型(例如，巴特沃斯、高斯或切比雪夫)、阶数、实施方式(例如模拟或数字滤波器)和带宽的带通滤波器都应在本发明的范围内。带通滤波器158和160在两个不同的频率f0和f1上对反向信道130上的信号分别进行滤波，并向能量评估器154和156输出经滤波的信号。在较佳实施例中，f0和f1对应于两个子载波频率，分别用于移频键控(FSK)调制数字零(f0＝1850Hz)和数字一(f1＝1650Hz)。
能量评估器154和156分别计算来自带通滤波器158和160的经滤波信号的能量。可以用模拟电路实现能量计算，或者通过数字方式计算。然后把能量评估器154和156的输出定路由到加法器152，加法器152差分地组合这些信号。可以用差分放大器、算术逻辑单元或其它信号组合装置实施加法器152。将来自加法器152的组合能量值发送到判定电路150。判定电路150也接收对应于来自传真泵146的传送报文的数据位和来自控制器144的控制信号。判定电路150向控制器144输出状态信号，指示是否出现报文冲突。
控制器144通过控制信号命令判定电路150进入到训练模式或者监视模式。当控制器144根据要传送的报文类型和其事先了解的T.30传真协议确定报文冲突不可能发生时，控制器144命令信号参数评估器148进入训练模式。在训练模式时，判定电路150监视来自加法器152的组合能量值，并使组合能量值与在每个回波中得到的数据位相等。由于在使判定电路150进入到训练模式之前已确定通信信道已复位，因此，来自加法器152的组合能量值将仅主要地由单独回波组成。因此，在训练之后，判定电路150能预测回波的组合能量值应是以数字零或数字一传送。然后判定电路150创建两组阈值，一组阈值用于数字零传送，另一组阈值用于数字一传送。阈值是正在传送的每个位的预测组合能量值的函数。然后在以后把阈值用来确定是否出现报文冲突。来自加法器152的组合能量值可以取正值和负值。
当在可能发生报文冲突时的报文传送期间，控制器144命令信号参数评估器148进入到监视模式。在该模式时，信号参数评估器148测量在反向信道130上的信号的能量。在反向信道130上的信号由正在传送的报文的回波和通信信道134上的干扰信号组成。干扰信号可以是来自传真机122的响应。判定电路150接收来自传真泵146的数据位，再调用对应于正在传送的每个数据的阈值，并来自加法器152的组合能量值与这些阈值进行比较。如果组合能量值落在阈值范围内，则判定电路150断定无报文冲突发生。如果组合能量值落在阈值之外，则判定电路150断定很有可能发生报文冲突。如前所述，可以用多组阈值，以便能指示不同可信程度的报文冲突。判定电路150向控制器144发送适当的状态信号，指示这种情况。一旦从判定电路150接收到指示很可能发生报文冲突的状态信号，则控制器144命令传真泵146结束报文传送，并在确定通信信道复位之后的较后的一个时刻重新发送该消息。
在图8中示出了第二实施例的参数冲突检测器的工作流程图。开始时，在状态228，冲突检测器具有发送给传真机的报文。在步骤230冲突检测器先检查连接到传真机上的通信信道，以确定信道是否复位。如果信道未复位，则冲突检测器继续监视信道，仅在确定信道已复位之后，才进行处理。
然后，在步骤232冲突检测器开始向传真机传送报文。在步骤234，一旦传送了报文，冲突检测器就分析报文，确定在传真泵146正在传送报文的同时是否有可能接收到传真机的响应。冲突检测器能根据其对报文类型的了解以及事先知道的T.30传真协议来确定这一情况。如果不期望来自传真机的响应，则发生冲突的可能性最小。然后，在步骤242使信号参数评估器进入到训练模式，同时向传真机发送报文。
在训练模式，信号参数评估器监视在反向信道上的回波，并计算回波各种参数的值。然后，信号参数评估器使计算值与对应于回波的数据位相等，并创建这些参数的阈值组。新的阈值更新信号参数评估器内的以前的阈值。训练模式继续进行，直到报文的传送完成。一旦报文的传送完成了，则在状态250，处理结束。
如果冲突检测器确定可能收到来自传真机的响应，则命令信号参数评估器被指令进入到监视模式。然后冲突检测器进入循环，在传送报文期间连续检查报文冲突。在循环的第一步，在步骤236，信号参数评估器计算在反向信道上的信号的各种参数的值，以确定在通信信道上出现了干扰信号。干扰信号可以是来自传真机的响应。如果计算值在这些参数的阈值内，则没有报文冲突发生。然后，冲突检测器在步骤246确定报文传送是否已经完成。如果传送没有完成，则在步骤244冲突检测器继续传送报文，并返回到步骤236。在状态250一旦确定已经传送了所有的报文，则处理结束。
在步骤238，在报文传送期间，如果冲突检测器检测到在通信信道上存在干扰信号，则在步骤240冲突检测器指令传真泵结束传送。然后冲突检测器继续监视通信信道，直到确定通信信道复位。当信道已复位时，在步骤230冲突检测器开始重新传送报文。
能以各种方法来实施。本发明的原理能以硬件来实施在图3和图6中的冲突防止/检测电路以及在图5和图8中的流程图，例如利用状态机、一些存储器和时钟。本发明也可以用固件来实施，利用运行在微计算机或数字信号处理器上的微代码来实施。其它实施方法或者这些实施方法的混合组合也都应在本发明的范围内。
虽然，典型实施例是针对以半双工方式在PSTN上工作的传真通信系统，但是本发明的原理也可以应用于利用半双工通信系统的多个设备之间的任何通信中。例如，本发明可以针对计算机、传真机、扫描仪、绘图仪和打印机、复印机、测试设备和诊断设备等之间的通信。
前面提供的较佳实施例能使本技术领域的熟练人员制造或使用本发明。对这些实施例的各种改动对于本技术领域的熟练人员来说是显然的，这里定义的一般原理可以应用于其它实施例而不必使用创造性劳动。因此，本发明并不限于这里所示的实施例，而是应与这里描述的原理和新颖特征一致的最宽范围。
权利要求
1.一种检测半双工通信系统中的报文冲突的装置，包含控制器，用于向通信设备传送报文；以及信号参数评估器，它连接到所述控制器和所述通信设备上，所述信号参数评佑器接收所述通信设备的信号，接收所述控制器的所述报文，并接收指令所述信号参数评估器进入训练模式或监视模式的所述控制器的控制信号，根据所述通信设备的所述信号和所述控制器的所述报文提供状态信号，所述状态信号指示报文冲突是否发生。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参数评估器包含至少一个能量评估器，用于接收所述通信设备的所述信号，所述能量评估器中的每一个测量所述信号的能量电平，并提供能量测量值，判定电路装置，它连接到所述能量评估器中每一个，用于接收所述能量评估器中的每一个的所述能量测量值，所述判定电路根据所述能量测量值向所述控制器提供所述状态信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号参数评估器还包含至少一个带通滤波器，供给每个能量评估器一个带通滤波器，每个带通滤波器都以串联方式连接到所述能量评估器之一，每个带通滤波器接收所述通信设备的所述信号，并以不同的频率对所述信号滤波，以获得经滤波的信号，把所述经滤波的信号提供给所述能量评估器之一。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号参数评估器包含第一能量评估器，用于测量所述信号的第一能量电平；第二能量评估器，用于测量所述信号的第二能量电平；第一带通滤波器，连接到所述第一能量评估器；以及第二带通滤波器，连接到所述第二能量评估器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一带通滤波器以1850Hz为中心频率，所述第二带通滤波器以1650Hz为中心频率。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号参数评估器还包含加法器，它连接到所述第一能量评估器和所述第二能量评估器，所述加法器差分组合所述第一能量评估器和所述第二能量评估器的所述能量测量值，所述加法器还连接到所述判定电路，并向所述判定电路提供组合能量值。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判定电路包含至少一组阈值，所述组合能量值与该一组阈值比较，其中所述状态信号指示所述组合能量值超过所述阈值组中的哪一个阈值。
8.一种检测半双工通信系统中报文冲突的方法，包含下列步骤利用至少一个带通滤波器滤波至少一个输入到冲突检测器的数据，以提供至少一个经滤波的信号，每个带通滤波器具有不同的中心频率；测量与所述至少一个经滤波的信号关联的能量电平，以确定所述至少一个数据输入的能量测量值；在冲突检测器上产生误差信号，所述误差信号基所述至少一个数据输入的所述能量测量值；以及向控制器发送所述冲突检测器的状态信号，所述状态信号根据所述误差信号指示是否出现报文冲突。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤波步骤用两个以1850Hz和1650Hz为中心频率的带通滤波器对所述至少一个数据输入滤波，其中所述测量步骤测量与所述两个带通滤波器的所述两个滤波信号关联的每个能量电平。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤差分组合与所述两个带通滤波器关联的所述每个能量电平，以提供组合能量值；其中所述状态信号是基于所述组合能量值的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤比较所述组合能量值与至少一个阈值电平；以及所述状态信号指示所述组合能量值超过所述阈值电平中哪个阈值电平。
12.一种冲突检测器，与发送和接收设备一起使用，以避免信号冲突，该检测器可连接在所述发送和接收设备与发送信道之间，用于在它们之间传送信号，并被排布成在接收信号期间确定该设备是否可以发送一个确认信号，以监视发送信道是否有冲突，在检测到冲突事件时，重新发送信号。
全文摘要
在半双工通信系统中，通信信道(18，20)中的附加延迟可能引起报文与响应之间的报文冲突，用一个冲突检测器(40a，40b)来防止和检测这种报文冲突。冲突检测器确定(204)在通信设备接收当前报文的同时是否可以从通信设备传送响应。如果不期望响应，则冲突检测器进入训练模式(214)。如果可能有响应，则冲突检测器进入到监视模式(206)。在监视模式，冲突检测器监视通信信道，并确定(210)在报文传送期间是否发生报文冲突。报文冲突的检测引起在确定了通信信道已复位(202)之后的后面一时刻上重新传送报文，或者可能发送一个新的报文。
文档编号H04N1/327GK1474519SQ03133140
公开日2004年2月11日 申请日期1998年5月14日 优先权日1997年5月16日
发明者尼古拉·K·N·洛伊恩, 尼古拉 K N 洛伊恩 申请人:夸尔柯姆股份有限公司