CN105940649A - 用于在模拟信号上传送数字数据的方法和*** - Google Patents

Abstract

本文公开了用于在模拟信号上传送数字数据的方法，所述方法可以包括以这样的方式调制模拟信号的幅值或频率，所述方式包括如果调制模拟信号的幅值，则将数字数据的数字位表示为低、中和高水平幅值的周期波形的组合，或者如果调制模拟信号的频率，则将数据的数字位表示为低、中和高水平频率的周期波形的组合。

Description

用于在模拟信号上传送数字数据的方法和***

技术领域

本发明涉及数据传输。更具体地，本发明涉及用于在模拟信号上传送数字数据的方法和***。

背景技术

编码是一种来自数据源的数据被编码器转换成被发送的信号的过程。当被发送的信号被接收时，解码器用来对信号解码并获得原始数据。

有三种类型的编码(和相应的解码)技术：将数字数据编码成模拟信号(例如调制解调器)，将数字数据编码成数字信号(例如有线局域网-LAN)以及将模拟数据编码成数字信号(例如编码译码器)。

在历史上，通信***一开始是基于模拟信号的。模拟信号非常适合发送语音(例如电话)。然而，随着基于数字信号的计算机的使用的增加，在远程装置之间进行通信的需要以及模拟通信基础设施(电话网络)数字到模拟编码的可用性被引入以促进在模拟网络上传输数字数据。为此目的，开发出在数字装置(计算机)和模拟***(电话***)之间调解的装置，其被命名为调制器/解调器(调制解调器)。调制解调器接收数字信号，并将数字信号调制成可以在模拟通信网络上发送到目的地的模拟信号，在目的地，另一调制解调器将模拟信号解调回其原始数字形式。

在模拟传输中，发射器使用载波信号(通常是高频信号)用作编码信号的载波。模拟编码通常涉及：幅值调制(AM)，其中，载波信号的幅值以特定方式调制；频率调制(FM)，其中，载波信号的频率以特定方式调制；相位调制，其中，载波信号的相位被调制；以及正交调制，其使用两个载波信号，将幅值和相位合并，以提高发射数据的容量，而不会增加带宽。

发明内容

因此，根据本发明的一些实施例，提供了用于在模拟信号上传输数字数据的方法。所述方法可以包括以以下的方式调制模拟信号的幅值或频率，所述方式包括如果调制模拟信号的幅值，则将数字数据的数字位表示为低、中和高水平幅值的周期波形的组合。所述方法可以包括如果调制模拟信号的频率，则将数据的数字位表示为低、中和高水平频率的周期波形的组合。

根据一些实施例，“1”可以表示在第一方向上幅值或频率水平的变化，而“0”可以表示在与第一方向相反的第二方向上幅值或频率水平的变化。

在一些实施例中，所述方法还可以包括转码数字数据，这包括将数字数据的每一位转换成两位。转码可以包括将“0”转换成“01”，将“1”转换成“10”。

所述方法还可以包括将数字数据排列成包，每个包包括有效载荷和FEC信息。在一些实施例中，所述方法还可以包括将数字数据排列成包，并将同步前同步码添加到每一包数字数据。

在本发明的一些实施例中，所述方法可以包括以唯一不同的调制模式表示前同步码。在一些实施例中，唯一不同的调制模式可以包括与低、中和高水平的幅值明显不同幅值或者与低、中和高水平的频率明显不同的频率的表示符号。在一些实施例中，唯一不同的调制模式可以包括不可能出现在数字数据的表示中的位序列。

根据本发明的一些实施例，所述方法还可以包括将调制的模拟信号解调制以提取数字数据。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种用于恢复在模拟信号上传送的数字数据的方法，模拟信号的频率或幅值是根据本发明的实施例调制的。所述恢复方法可以包括将调制的模拟信号解调制，以提取数字数据。

在一些实施例中，所述恢复方法还可以包括分析并修复提取数据中的错误。在一些实施例中，所述恢复方法可以包括使用前向观察窗函数识别并对错误分类。在一些实施例中，所述恢复方法还可以包括推测提取数据包中丢失或出错的位内容，相应地修复包，并执行修复包的有效性检查。在一些实施例中，有效性检查是基于FEC信息的。

根据一些实施例，所述恢复方法可以包括估计信道随时间变化对接收信号的不同频率的响应，并基于估计的信道响应使用滤波器过滤调制的模拟信号以补偿畸变。

在一些实施例中，所述方法可以包括接收调制的已知参考序列，生成已知的参考序列的预测调制，进行接收的调制已知参考序列与预测调制的比较，并基于比较结果更新滤波器的特征。

在一些实施例中，所述方法可以包括确定成功接收调制数据的恢复包或其一部分，重新调制恢复包或其一部分，执行恢复包与重新调制的恢复包的比较，并基于比较结果更新滤波器的特征。

本发明的一些实施例提供调制器、解调器和调制解调器-他们都被配置成执行根据本发明的一些实施例的方法。

根据一些实施例，还提供一种用于执行第一装置和第二装置之间的安全交易的交易方法，第一装置和第二装置中的至少一个是移动通信装置。所述方法可以包括在第一装置和第二装置之间或第一或第二装置中的任一个和服务器之间传送与交易有关的认证信息。交易方法可以包括根据本发明的实施例的通信方法。

在一些实施例中，所述交易方法可以包括使用双向通信，其中，对于每个通信方向，使用唯一密钥。在一些实施例中，双向通信是全双工通信。

附图说明

为了更好地理解本发明并认识到其实际应用，在下文中提供并引用以下图。应当注意，图只作为示例绘出，决不限制本发明的范围。相同的组件通过相同的附图标记标注。

图1A图解说明根据本发明的实施例输入到数据块中的原始数字数据的分段。

图1B图解说明根据本发明的实施例将FEC信息加入到分段数字数据输入。

图1C图解说明根据本发明的实施例交织有效载荷和FEC信息。

图1D图解说明根据本发明的实施例交织的和填充的有效载荷和FEC信息的数据块。

图1E图解说明根据本发明的实施例给每个数据块增加前同步码的交织的和填充的有效载荷和FEC信息的数据块。

图2A图解说明根据本发明的一些实施例用作位的模拟表示符号的周期正弦波形。

图2B图解说明根据本发明的一些实施例用作位的模拟表示符号的另一周期波形。

图3图解说明根据本发明的一些实施例具有表示数据的AM载波信号。

图4图解说明根据本发明的一些实施例具有表示数据的FM载波信号。

图5图解说明根据本发明的一些实施例具有表示数据的AM载波信号，同步信号作为前同步码。

图6示意性图解说明根据本发明的一些实施例调制器的功能形式。

图7A示意性图解说明根据本发明的一些实施例解调器的功能形式。

图7B示意性图解说明根据本发明的一些实施例解调器的功能形式。

图8图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，包括移动通信装置。

图9图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，包括智能电话或平板电脑。

图10A图解说明根据本发明的一些实施例用于在模拟信号上传送数字数据的调制解调器。

图10B图解说明根据本发明的一些实施例用于在模拟信号上传送数字数据的调制解调器。

图11图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，其中交易各方分别使用移动通信装置，每方与专用服务器通信。

具体实施方式

在以下详细描述中，列出许多特定细节以提供对方法和设备的彻底理解。然而，本领域技术人员会理解没有这些具体细节也可以实施本方法和设备。在其它实例中，众所周知的方法、过程和组件没有详细描述，以便不混淆本方法和设备。

尽管在本文中公开和讨论的示例在这点上不受限制，但本文中使用的词语“多数”和“多个”可以包括例如“多个”或“两个或更多”。词语“多数”和“多个”可以在整个说明书中使用以描述两个或更多组件、装置、元件、单元、参数等等。除非明确指出，否则本文中描述的方法示例不局限于特定次序或顺序。此外，所描述的方法示例中的一些或其元件可以在相同的时间点上出现或被执行。

除非另有特别说明，否则如从以下讨论中显然认识到在整个说明书中，使用诸如“增加”、“关联”、“选择”、“评估”、“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“设计”、“分配”等的词语的讨论指计算机、计算机处理器或计算***、或类似的电子计算装置的动作和/或过程，上述的这些装置操作、执行和/或将表示成计算***的寄存器和/或存储器中的物理(诸如电子)量的数据转换成类似地表示为计算***的存储器、寄存器或其它这种信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。

根据本发明的实施例的数据传输方法包括在发射端的调制方面和在接收端的解调方面。

根据本发明的一些实施例的传输方法和***被设计成传送被转换成由模拟信号携带的模拟符号的数字数据。在本发明的一些实施例中，模拟信号是音频信道，在更具体的实施例中是语音信道。根据本发明的一些实施例的方法和***可以适用于任何语音信道或语音接口(包括但不限于陆上线路、公共交换电话网-PSTN、全球移动通信***-GSM、码分多址-CDMA、蓝牙、IP语音-VoIP、麦克风和扬声器)。尽管一些语音信道离理想的数据传输相差很远，但本发明的一些实施例提供一种实际上利用任何语音信道用于数字数据传输的独特方法。GSM语音信道例如是窄带(300-3400Hz)信道，实际上限制其可获得的数据速率。用来压缩语音的GSM语音编码译码器包括以前处理样本的存储器。此存储器用来计算其当前样本输出-此特征提高编码译码器的压缩速率，代价是引起畸变。这些编码译码器是适应性的，在呼叫过程中一直改变其参数，这使得难以预测其行为。诸如语音活动检测-VAD、不连续传输-DTX、紧凑噪声生成-CNG、自动增益控制-AGC、回声消除-EC和有源噪声消除-ANC的附加GSM语音优化还引入畸变。端对端语音呼叫路径可以穿越不同种类组的网络链路，从而使语音信道不可预测。通常GSM语音信道遭遇的错误包括：翻转、***、删除。这些和其它畸变源在由传统数据调制技术解决时，有时使发送数据不可恢复，因此是不可用的。

本发明的一些实施例使用用于数据传输的语音信道或任何语音接口-可选地是被加密的，可能在已经存在的语音通信信道上增加更多功能。根据一些实施例的数字数据传输相对语音信道的典型用户是“透明的”，不会强加附加的基础设施需求。

在发射端，根据本发明的一些实施例由调制器进行调制，并包括数据形成步骤和数据表示步骤。

在数据形成步骤中，在将原始数据输入转换成数字波形符号之前，输入数据经过一些操作，这可以包括分割-将原始数据输入流分成预定大小的块以用作发送数据包的有效载荷100(参见图1A)。在本发明的一些实施例中，预定大小的数据块可以是8的倍数的许多位，使得有效载荷表示整数量的字节。在本发明的一些实施例中，标题可以添加到每个数据包的开始处。在本发明的一些实施例中，可以使用可变大小的有效载荷。

附加操作可以包括增加错误校正信息。在本发明的一些实施例中，前向错误校正可以被应用。可以计算每个有效载荷的前向错误校正(FEC)，FEC信息102(参见图1B)可以增加到每个包。

可以在接收器端使用FEC信息以识别错误，如果可以校正错误，因此最小化数据丢失。FEC的类型和每个有效载荷使用的位数确定可修复错误的最大量。通常，越多位包括于与有效载荷关联的FEC信息中，包验证中的错误可能性越少，因此更多的错误可以被检测和修复。然而，这以带宽为代价，因此较少的吞吐量是可能的。

根据本发明的一些实施例，此步骤向前的处理在交织的有效载荷和FEC位上执行，形成单个数据包104(参见图1C)。交织的目的是保护数据不受在传输过程中可能出现的突发错误的影响。假设在单次突发中出现几个错误，如果这发生在错误校正信息上，则重构原始数据会非常难。以预定方式打乱调制器和解调器之间的数据位和错误校正确保这些突发错误会实际上以均匀分布的方式影响整个包。实际上，通过向交织施加反向动作-去交织，在解调器中，突发错误会是跨位置的，会在整个包上均匀分布。交织的另一种选择是将来自相邻包的位以已知次序打乱；这还可以在某些包不可恢复的情况下，有助于数据传输鲁棒性。在使用后一种交织的情况下，应当优选在向有效载荷增加FEC信息之前进行。

在本发明的一些实施例中，交织的有效载荷和FEC信息会经过打乱。打乱目的在于通过识别交织的有效载荷和FEC数据流中的那些模式，并在原始交织的有效载荷和FEC位之间***“模式中断”控制位来中断这些不期望的模式，从而防止某些序列的数据模式。例如，长串的连续0和连续1是不期望的，原因是这些串使解调器更难在这些错误出现时解决删除或***错误，所以打乱规则可以规定扫描预定最大长度(例如5)的一连串连续1或0的数据流，并在这连串的1之后***0位(或在一连串的0之后***1位)。允许的连续0或1的最大数目一般由确定的最大数量的修复错误确定。图1D图解说明交织的和填充的有效载荷和FEC信息的数据块106。

接着，同步信息加入到每个包作为该包的前同步码108(参见图1E)。同步信息被设计成是明显不同的，容易在数据流中识别。例如，在本发明的一些实施例中，不可能出现在发送的调制数据中的唯一不同的调制模式可以用作同步信号。例如，根据填充过程(参见上文解释)，其通过***具有相反值的一位，“中断”全部具有0值或全部具有1值的长序列的数据位，多个连续1之后或之前是多个0(例如与连续1或其它多个0的数目一样)可以用作同步信号，而这些多个0和1中的至少一个数目比预定最大长度(例如在本文上面给出的示例中，在填充过程中，如果多个中的一个具有6个或更多的连续0或1)，因为不可能这种0或1的组合曾出现在已经经过填充的发射的数据流中。在本发明的一些其它实施例中，前同步码可以包括明显不同的(高或低)水平的幅值(频率)，而不是只会用作同步信号的特殊数据模式。

根据本发明的一些实施例，数据块-每个块包括前同步码之后是交织的和填充的有效载荷和FEC信息-通过应用以下转码规则来转码：

即，每个0(0)被转码成0之后是1的两位序列(01)，每个1(1)转码成1之后是0的两位序列(10)。

转码尽管会降低吞吐量，但向易于有各个错误的发射数据增加鲁棒性和同质性。转码在识别***/删除和翻转错误中还扮演重要角色。如果使用明显不同的幅值水平作为用于引入前同步码位的同步信号，另一规则可以被应用：P→20，其中，P表示前同步码位，“20”中的2表示实质上不同的幅值(在此示例中更高)。

根据本发明的一些实施例，在数据表示阶段，从数据形成阶段出现的数据的每一位被转换成表示该位的正弦波形符号。此类的转换并不需要强的计算能力，可以被容易地计算。特定的载波频率被预先或在通信过程中从频率范围中选择。当选择该范围时，使用的通信***的特征会被考虑。选择特定频率的载波信号(这适用于AM实施例)。在本发明的一些实施例中，每一位以载波信号的频率的全周期(全相，后文-“周期”)正弦波形的形式表示(200，图2A)。

如果调制器和解调器以人的语音频率操作(例如在模拟电话线上的调制解调器技术)，则选择的载波信号的频率优选在语音信道内(对于GSM语音信道，在300Hz到3400Hz之间)。此频率范围选择为匹配语音信道，旨在与设计通信***所针对的人的语音类似。人的语音通常具有长持续时间的基础频率。

在本发明的其它实施例中，在载波信号的频率下，符号波形可以是另一周期形状(例如不同于正弦波)(202，图2B)。在本发明的一些实施例中，可以使用优选具有连续和周期相位的任何符号波形。

根据本发明的一些实施例，表示的数据是幅值调制-AM(或在相应的应用中是频率调制-FM)的一种变形。根据本发明的一些实施例，如果调制载波信号的幅值，则“1”和“0”位表示为低、中和高水平幅值的周期波形的组合，或者如果调制载波信号的频率，则以低、中和高水平的频率的周期波形的组合表示属于数据的数字位。

根据本发明的一些实施例，为了区分“1”位和“0”位，在AM应用中，周期波形“1”的幅值(或在FM应用中为频率)具有比相邻的前面的周期波形符号的幅值(或频率)更大(或在其它实施例中更小)的幅值，而“0”周期波形的幅值(或FM应用中的频率)会具有比相邻的前面的周期波形符号更小(或在其它实施例中更大)-通常小很多(或大很多)的幅值(或在FM应用中是频率)。这图示于图3中，图3描绘根据本发明的一些实施例具有表示数据的AM载波信号。当提到传统幅值调制(或频率调制)时，每个水平的幅值(或频率)限定特定符号。AM(或FM)符号中表示的位数等于：

Log2(不同符号类型的数量)

尽管符号—位的表示公式暗示将给定的总幅值动态范围划分的水平越多(或使用的频率越多)，则得到的不同符号的数量越大，每个符号有更多的位存在，因此还获得更多的吞吐量。必须记住进一步划分总幅值动态范围(或进一步使用在频率域中更靠近的越多的频率)的折衷在于每个符号到其邻居之间的距离，这变得更小，所以信号本身变得对噪声更敏感。所以在设计AM调制(或FM调制)时，必须仔细选择使用的水平(频率)/符号的量。

假设希望使用已经选择的具有固定数量的水平/符号的AM(FM)调制来调制长序列的位。如果几个连续的位恰巧具有像“00000…”或“11111…”的相同值，则显然只使用上文提到的通用AM调制(FM调制)规则，调制器会快速地达到最低/最高幅值(频率)，它不可能继续适当地调制接下来的连续位。这是转码的便利之处。

由于在此阶段，数据被转码，则如上文描述的，数据流应当包含不超过两个连续0和不超过两个连续1，这消除了具有相同值的连续位太多的问题。还有，对于AM应用只限定三个幅值水平(或对于FM应用3个频率)是足够的。这赋予调制信号对噪声的鲁棒性，还限制每个符号的位和吞吐量。

图3图解说明根据本发明的一些实施例具有表示数据的AM载波信号300。三个幅值水平-低幅值水平304、中幅值水平302和高幅值水平306组合成表示转码数据。在此图中，符号波形表示信号300被调制成表示已经转码的序列“010101011010100110”。

图4图解说明根据本发明的一些实施例具有表示数据的FM载波信号400。使用三个频率水平-低频率水平406、中频率水平404和高频率水平402组合成表示转码数据。在此图中，符号波形表示信号400被调制成表示相同的转码序列“010101011010100110”。

图5图解说明根据本发明的一些实施例具有同步信号作为前同步码的AM载波信号500。同步信号502相对携带数据的剩余部分的信号具有明显高水平的幅值。前同步码位由第四幅值水平表示，第四幅值水平明显不同于(在此示例中-明显更高)其它数据表示的幅值水平。

在本发明的一些实施例中，调制方案开始于提供具有中水平幅值(对应于FM应用中的中水平频率)的基线信号。通常，当调制器遇到新位-根据本文上面解释的调制规则，如果位值是“1”，则它将幅值提高到下一水平，从低506到中504，或者从中504到高508(在FM应用中将频率提高到较高频率)，并生成另一周期正弦波形。例外是使用明显高或低水平的幅值作为同步前同步码的情况(或在FM应用中明显高或低的频率)，其中在遇到“2”值时，幅值设置成明显更高的幅值水平，当“0”在前同步码之后出现时，幅值设置成中水平(不是更高水平)，以便允许以本文上面描述的方式编码以下数据。

最后，根据本发明的一些实施例，信号被求包络。包络其名称暗示包括通过将数字波形符号乘以缓慢变化的包络(相比使用的载波频率是缓慢的)来修改数字波形符号。使用的包络的形状可以从象正弦波或三角波之类的任何连续相位形状或者象链锯齿之类的任何非连续相位形状中选择。执行包络，例如以便使数字波形符号类似于实际语音，并在使用音频信号作为载波信号时，通过此来克服与VAD、DTX、CNG、AGC、EC和ANC相关的典型的语音信道畸变。包络的输出是数字波形符号。

在接收端，根据本发明的一些实施例，解调制由解调器执行，包括与由调制器以相反次序执行的数字形成步骤和数字表示步骤相应的相反步骤(首先是去表示(de-representation)，然后是去形成(de-formation))。

在去表示步骤，周期正弦波形的数字符号转换成格式化数据位流。通常，转换是通过将每个周期波形的幅值(在FM应用中是频率)与其前面的周期波形的幅值(在FM应用中是频率)比较来进行的。如果幅值(或在FM应用中是频率)更小，则“1”被写入到恢复数据的位流中。如果幅值(或在FM应用中是频率)更大或相同，则“0”被写入到恢复数据的位流中。

在FM应用中，在确定与前一波形相比较的特定的周期波形的频率时，可以使用“上采样”方法，之后是在数字符号样本流上的“过零移动窗搜索”，以便识别完整周期的波形，以及将每个波形分开，根据过零点之间的样本量确定其频率。通过这样的处理，从符号到位的转换过程只在时域进行，这显著地降低处理器所需的计算运算的量。

在前同步码位使用明显高(或低)水平的幅值(或频率)时，如果周期波形不仅仅比前一波形更大，还具有非常高的幅值，则“2”会被写入数据位流中。

接着，执行去转码(de-trans-coding)，这是转码的相反过程。

根据本发明的一些实施例，去转码规则是：

应用这些规则允许目标数据流包含0,1,X,F,[P]。

尽管前两个规则正好是转码规则的相反过程，则第三规则意味着遇到错误。如果，出于一些原因(例如，由于模拟载波信道(诸如语音信道)中的畸变)，数据流包括不同于01或10对的位序列(例如它可以包含未授权的序列00或11)，则错误标记X/F代替0或1设置，目的是稍后解析错误。X/F之间的选择取决于识别此错误，将其分类为翻转错误(F)或***/删除错误(X)。

错误类型的识别和分类可以由前向观察窗函数(具有参数大小)执行。前向观察窗函数接收位流，它检查位流相对预期序列(即01或10)的对齐，产生该位流的分数，作为其对齐的度量。前向观察窗函数被调用两次，一次对在未授权序列的第一位开始的位流的一部分，再一次对从未授权序列的第二位开始的位流的一部分。将两个调用的分数进行比较。如果第一次调用产生相对第二次调用的分数更大或相同的分数，则它意味着失去对齐，错误被分类为翻转错误，因此，F设置在目标流中，但如果第二次调用产生更大的分数，则它暗示错误已经引起对齐移动，这是由于***位或删除位造成，因此X被设置在目标流中。

最后的去转码规则涉及使用明显高水平的幅值的同步前同步码的情况，其中，该规则用来识别前同步码。当检测到位对“20”时，它被去转码成P，P表示前同步码位(“2”指非常高的幅值表示)。在使用明显高频率的同步前同步码时，前同步码被类似地识别。

接着，同步信息从数据流中剥离。如本文上面提到的，同步信息可以包括特殊模式，在这种情况下，找到同步序列是在数据流中简单搜索模式。在本示例中，同步信号包括明显高水平的幅值，因此在数据流中搜索P被执行，以便找到同步信息。一旦找到，同步信息在接着的处理步骤中被忽视。

由此步骤向前的处理在从包中提取的有效载荷和FEC位上执行，因此剩余数据以此方式被格式化(如图1D所示)。

剩余数据包中的错误量被计数，如果错误计数比每个包中的可修复错误的最大数大(这涉及使用的FEC的性质)，或比错误的预定数大，则包被认为是“不可恢复的”并被丢弃，否则执行两相迭代过程：(1)推测丢失或出错的位内容，并相应修复包，和(2)检查修复包的有效性。“推测”阶段仅包括用匹配该错误(即X或F位)的识别类型的新位选择替代每个错误。“检查”阶段包括去填充(de-stuffing)(去掉在每个包的填充过程中设置的“模式中断”控制位，参照图1D和本文上面的相应描述)，去交织(交织的相反动作，参照图1C和本文上面的相应描述)，检查FEC信息。

只要在有效性检查中检查的FEC信息返回“错误”值，则迭代过程继续，在遇到以下当中的一个条件时停止：a)在有效性检查中检查的FEC信息返回“真”值-在该情况下，认为包是被成功提取的，或b)所有的位选择组合被试验是无用的-在该情况下，认为包是“不可恢复的”，被丢弃。

有效性检查通常包括计算提取包的前向错误校正，并将其与接收的该包的FEC信息比较。如果两者相等，则有效性检查返回TRUE(真)，否则返回FALSE(假)。

最后一步涉及将包有效载荷的数据聚合到单个数据流中。

图6示意性图解说明根据本发明的一些实施例调制器600的功能形式。调制器600基本上被设计成根据本发明的一些实施例执行数据形成和数据表示。在调制器上对输入数据流603的位执行数据形成，产生格式化数据流位。在调制器上对格式化数据流的位执行数据表示，产生数字符号。

根据本发明的一些实施例调制器600被配置成将进入的数据流603分割602成数据的有效载荷，将FEC信息604加入到有效载荷，将每个有效载荷与其相应的FEC信息交织606，填充608交织的有效载荷和FEC数据，加入前同步码610作为同步信号，对数据进行转码612，对转码数据的每个数据位形成614与该位对应的周期波形。根据本发明的一些实施例，调制器被配置成产生特定采样速率的数字正弦波形符号，如果使用语音信道，则优选比语音信道采样频率(8Hz)要高。选择特定的采样速率连同载波频率被设置成恒定值，这允许对符号表示使用查询表-(预计算值的阵列)来代替在线计算，因此可以实质上降低计算。

根据本文上面描述的调制方式，调制器600还被配置成向流出信号605增加包络616。

图7示意性图解说明根据本发明的一些实施例的解调器700的功能形式。

解调器700被配置成将接收的进入信号701去表示702成数字流，将数字流进行去转码704，基于检测的同步位提取706数据包，通过推测708分析错误，去填充710每个包，去交织712包，以提取该包的有效载荷，并检查714FEC，以验证该有效载荷的有效性。如果有效载荷被验证，则它与其它之前验证的有效载荷聚合716成流出的连续数据流717。如果有效载荷不被验证，则执行另一推测，以修复可疑错误，新修复的包经过去填充710，去交织712并进行验证(通过检查FEC 714-计算该包的FEC，并将其与接收的FEC信息比较)。如果发现包是有效的，则它被聚合716到流出的连续数据流717，处理下一包。如果包的内容的所有推测可能性未能通过有效性检查，则包被丢弃，处理下一包。

在本发明的一些实施例中，一旦接收进入信号701，解调器700被配置成上采样波形，然后将样本转换成位。

与对延迟敏感但对包丢弃较不敏感的语音内容(在使用语音信道时)相反(因此不能使用重新传输以提高可靠性)，数据内容传输通常对包丢弃非常敏感，对延迟较不敏感。当传输非语音数据内容时，根据本发明的一些实施例，可以使用后向错误校正机制(例如自动重复请求-ARQ)，所以由于语音信道中的畸变造成的任何包丢失被重新传输克服。ARQ所需的额外信息在每个包的标题中提供。

图7B示意性图解说明根据本发明的一些实施例解调器750的功能形式。在本发明的一些实施例中，在上采样时，滤波器可以被解调器750施加，之后将所接收的信号转换成数字位。滤波器的目的是解决(尽可能补偿和抵消)由模拟(例如语音)信道引起的任何畸变。滤波器可以是自适应滤波器，其滤波特征(例如系数)被不断地重新计算722并以以下方式被重复更新：已知数据序列被调制器调制和发送。解调器生成该已知数据序列的理想调制预期波形符号724的预测，用作参考。参考与解调器上实际接收的已知数据的波形符号进行比较。新滤波器系数-表示信道畸变-被计算722，并基于比较进行更新。这种已知的数据可以是例如每个包的表示，在这种情况下，比较会在每次成功同步包的前同步码之后被触发。此外，一旦包的数据被成功恢复(FEC有效性结果是TRUE)，则包的位可以被重新调制726，以便提取该包的理想波形符号。包的理想波形符号可以与该包的接收的波形符号进行比较，通过此比较，新滤波器系数会被计算722，然后被更新。在后一种方式中，滤波器系数会被连续地更新。上面提到的滤波功能和滤波器系数更新是以解调器复杂性和处理时间为代价的。

根据本发明的一些实施例，调制器和解调器可以被单独地(例如用于调制发送数据的调制器和用于解调接收的调制数据的单独的解调器)或联合(例如用于调制发送的数据和解调接收的数据的调制解调器)实现。

本发明的一些实施例可能具有吸引力，可以用在商业应用中。

当前的POS(销售点)终端装置被开发，目的是利用移动通信装置(例如蜂窝电话、智能手机)作为支付手段。关于POS终端如何与移动通信装置相接口以及消费者的帐单信息如何传输到POS终端，各种技术是已知的。这些技术可能造成互操作性问题，原因是一些移动通信装置支持一些技术，而另一些则不支持。一些技术要求移动通信装置存储敏感信息，在盗窃情况下将消费者置于非法使用的潜在风险。用户体验和操作容易也是并非所有技术都能同样解决的方面。

本发明的各方面涉及引入简单、安全和低成本的与任何移动通信装置相接口的方式，以通过使用移动装置的音频接口处理客户帐单信息。

图8图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，涉及移动通信装置804。这种***可以包括专用服务器810。服务器810可以与信用提供商、票据交换所等、银行之类的交互语音响应(IVR)/呼叫中心关联。

服务器810包括调制器(或充当调制器和解调器的收发器)812，调制器812用于调制安全数据，比方说例如认证信息(例如交易的一方或多方的身份，交易的确认)。

客户可以决定在POS 800上购买产品或服务。为了通过使用客户拥有的或以其它方式与客户关联的移动通信装置804(例如蜂窝电话)支付来进行交易，可以通过移动通信装置804使用语音呼叫或VoIP呼叫在服务器810和POS 800之间建立语音链路，在语音链路上，调制的安全数据可以以根据本发明的一些实施例的方式以音频信号的形式通过通信网络802发送，音频信号用作携带调制的安全数据的载波信号，音频信号在POS 800上使用移动通信装置804的扬声器805播放。

POS 800设计成以根据本发明的一些实施例的方式使用调制解调器806接收调制的安全数据，调制解调器806包括用于接收具有调制的安全数据的播放语音信号以及解调接收的调制安全数据的语音换能器813(例如麦克风，在一些实施例中也是扬声器)。POS 800可以包括输入接口803，诸如键盘、定向装置、触摸屏等或其组合。

在根据本发明的一些实施例中，调制解调器806可以以保护锁的形式实现。

根据本发明的一些实施例，可以在服务器810和POS 800之间建立双向通信。在一些实施例中，双向通信是全双工通信。根据本发明的一些实施例，调制数据可以通过调制解调器806以其调制器的角色生成，这可以通过由扬声器813播放的语音信号执行并由顾客的移动通信装置804的麦克风809拾取。具有调制数据的音频信号然后可以通过通信网络802传输到解调器812，并在服务器810上进行解码。

图9图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，涉及智能手机(或平板电脑)900。在此示例中，与图8中描述的示例中的服务器810关联的调制器现在在智能手机900中实现，智能手机900包括安装在其上的专用应用910。应用910使用扬声器805和麦克风809来相应地接收或发送调制音频信号。应用910设计成激活智能手机作为调制解调器，与POS 800的调制器806通信。

在本发明的一些实施例中，客户可以被要求在服务提供商上注册移动通信装置(例如与服务器810关联)。注册可以由安装在智能手机(参见图9)上的应用910或通过到与服务器810(功能电话)关联的IVR/呼叫中心的语音信道(例如语音呼叫或VoIP呼叫)管理。

当需要帐单交易时，客户可以呼叫与服务器810关联的IVR/呼叫中心的拨号号码(在图8中描绘的场景)或激活智能手机应用(在图9中描绘的场景)。客户可以被要求在POS 800或移动通信装置804的输入接口803上输入唯一的身份代码(例如PIN代码)。客户则将移动通信装置804或智能手机900设置于相对于POS 800的调制解调器806的听力距离内。

POS 800因此可以通过以下方式安全地与服务器810交互：通过智能手机900的应用910并由此通过POS 800的调制解调器806管理的IP连接或者通过其它通信链路，或者通过语音信道使用移动通信装置804的音频接口(麦克风809和扬声器805)与POS 800的调制解调器806通信。因此可以成功获得交易的确认，允许客户在现场完成交易。

图10A图解说明根据本发明的一些实施例在模拟信号上传送数字数据使用的调制解调器。调制解调器可以包括以根据本发明的一些实施例的方式接收携带数字数据的音频信号的智能电话249和用于生成携带数字数据的这种音频信号的扬声器248。调制解调器包括处理单元，处理单元以根据本发明的一些实施例的方式通过解调所接收的音频信号并恢复数字数据来处理接收的音频信号，以及通过调制数字数据并生成在其上携带数字数据的音频信号，处理要被发送的数字数据。

图10B图解说明根据本发明的一些个其它实施例在模拟信号上传送数字数据使用的调制解调器。这里，代替麦克风和/或扬声器，使用输入/输出(I/O)接口250。当调制和/或解调在与接收装置(例如麦克风)和/或与发送装置(例如扬声器)分开的装置上执行时，可以是例如这种情况，该装置被设计成接收由麦克风拾取的电子信号和/或生成可以用来激活扬声器以生成音频信号的电子信号。

根据本发明的一些实施例，数据的传输经过通信安全性考验，旨在解决和抑制移动认证中涉及的各个安全威胁，比方说例如交易过程中客户信息被盗窃，移动电话本身被盗窃，由恶意商人以及其它人造成的盗窃，保护中间人的攻击，重放攻击，暴力攻击和其它威胁。

智能电话和服务器之间的任何通信可以通过安全的数据信道(例如安全套接层-SSL)执行。在交易过程中，根据本发明的一些实施例，用户的移动通信装置和服务器之间的安全数据通信提供用于在服务器上认证用户的移动电话的鲁棒性方法。在移动装置与另一移动装置交易时或者在移动装置与服务器交易时交换的信息是2个单独的(独立的)一次性密码(OTP)密钥。2个OPT密钥的交换提供一种用于认证交互电话号码的鲁棒和安全方法。

根据本发明的一些实施例，数字数据通过模拟信道(例如语音信道)的传送可以是双向的和/或全双工的，这可以防止或大大地消除重放攻击的风险。传送的数字数据不停地变化，这还提高抵抗重放攻击的不易攻击性。使用根据本发明的一些实施例的通信方法，可以避免在该用户的移动通信装置上存储敏感的用户信息，因此消除或大大降低由盗窃用户的移动通信装置引起的安全数据(例如未授权交易)的未授权传送的风险。当使用根据本发明的一些实施例的通信方法进行交易时，不需要与POS或另一第三方共享敏感的用户信息(例如用户的PIN码、银行帐户细节等)，因此实质上降低交易的安全性和其对欺骗行为的不易攻击性。

本发明的一些实施例适于商业交易，比方说例如收钱或付钱或使用用于商业交易的虚拟卡。

图11图解说明根据本发明的一些实施例用于安全交易的***，其中，交易的各方分别使用移动通信装置900，每一方与专用服务器通信。

交易的每一方使用智能手机900。调制解调器体现在每个智能手机900中，智能手机包括安装在它上面的专用应用910。应用910使用扬声器805和麦克风809来相应地接收或发送调制音频信号。应用910设计成将智能手机作为调制解调器操作。

以下步骤描述根据本发明的一些实施例的***和方法的应用，其中两方进行交易。交易各方分别使用他们的移动通信装置900来与专用服务器810(例如，银行、信用提供商、票据交换所等)通信。注意，在本描述中在描述由任何一方执行的一个或多个动作时，通常表示该方的移动通信装置执行该一个或这些动作。

首先，每一方通过向服务器发送身份信息(例如用户名称和PIN代码)来经过认证，以根据本发明的实施例的方式(例如，如上面描述的)将此数据传送到服务器。当一方由服务器810认证时，该方被通过以执行该会话中的交易。

每个用户可以在各方之间以无特定顺序发起交易(例如通过按其智能手机屏幕或其它装置上的“开始交易”按钮)，意味着它并不关心谁是第一方。各方中的一方或两方指示交易量(例如零售商可以在开始交易之前输入数额)。

服务器810识别该交易的每一方，并为每一方生成唯一的密码密钥(例如128位随机OTP-一次性密码)，并存储它作为该会话中该用户的密钥。密码密钥仅对单次交易的一方有效，并且仅对短的预定时间周期有效。如果时间窗口逝去(“交易超时”出现)，但在服务器上对于当前交易的该方没有出现任何肯定的“双OTP校验”，则密钥和交易会立即到期。如果到期，则交易被服务器810取消，并通知各方(或者其中的一方)。当交易取消或失败时，生成的该方的密码被擦掉，不再有效。

在生成密钥之后，服务器安全地将其自己生成的唯一密钥(例如OTP密钥)传送到该用户。因此，每一方使用仅对该方有效的唯一密钥。

在双方接收其密钥之后，他们使用自己的智能手机作为音频接口来交换密钥。每一方安全地将从另一方接收的密钥传送到服务器810。

当服务器810从特定方(“下文称作-第一方”)接收密钥时，密钥存储在数据库中作为该方的“接收”密钥，然后服务器810执行“双密钥检查”。

在“双OPT检查”中，服务器在其存储的数据库中搜索与第一方的“接收”密钥匹配的“生成的”第二方的密钥。如果没有发现这样的一方，则从服务器810向第一方发送指示交易失败的消息。如果“生成的”第二方的密钥与“接收的”第一方的密钥匹配，则服务器等待(例如等预定的时间周期)从第二方接收其接收的密钥。此时，两种情景可能发生。在第一种情况下，第二方向服务器发送与“生成的”第一方的密钥不同的接收密钥，在这种情况下，服务器向第一方发送指示交易失败的消息。在第二种情景下，第二方向服务器发送接收与第一方的“生成”密钥匹配的密钥，在这种情况下，“双密钥检查”结果是肯定的，服务器则可以继续执行交易(例如由第一方到第二方执行支付或反之亦然)，并向各方发送确认成功交易的消息。

根据本发明的一些实施例的***和方法可以适用于替代物理卡(例如，***、借贷卡、票、俱乐部会员卡、优惠券、停车票、火车票、员工卡、出勤卡、名片等)的使用。

使用根据本发明的一些实施例的***和方法涉及许多优点：制造和维修成本基本降低或消除，大部分公众拥有移动通信装置，对交易而言是容易可用的工具，避免了携带物理卡的需要，自定制虚拟卡可以通过集成移动SDK技术来特别定制。

本发明的一些实施例可以以***、方法或计算机程序产品的形式提供。类似地，一些实施例可以体现为硬件、软件或硬件和软件的组合。一些实施例可以体现为保存在一个或多个非暂态计算机可读介质(或若干介质)上形式为体现在其上的计算机可读程序代码的计算机程序产品。这种非暂态计算机可读介质可以包括在执行时引起处理器执行根据示例的方法步骤的指令。在一些示例中，指令存储在计算机可读介质上，可以是安装应用的形式，以及安装包的形式。

这些指令例如可以加入到一个或多个处理器中并被执行。

例如，计算机可读介质可以是非暂态计算机可读存储介质。非暂态计算机可读存储介质可以是例如电、光、磁、电磁、红外或半导体***、设备或装置或其任意组合。

计算机程序代码可以用任何适当的编程语言书写。程序代码可以在单个计算机上或者在多个计算机上执行。

在本文上面参照描述根据示例的方法、***和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了示例。

本文中讨论的各个示例的特征可以与本文中讨论的其它实施例一起使用。出于图示和描述目的，已经示出实施例的前述描述。并非意在为穷尽的或限制到公开的精确形式。本领域技术人员应当认识到根据上述教导许多改进、变形、替代、变化和等同是可能的。

Claims (27)

1.一种用于在模拟信号上传送数字数据的方法，所述方法包括以以下方式调制所述模拟信号的幅值或频率，所述方式包括在调制所述模拟信号的幅值时，将所述数字数据的数字位表示成低、中和高水平幅值的周期波形的组合，或者在调制所述模拟信号的频率时将所述数据的数字位表示成低、中和高水平频率的周期波形的组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，“1”表示在第一方向上幅值或频率水平的变化，而“0”表示在与所述第一方向相反的第二方向上幅值或频率水平的变化。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括转码所述数字数据，这包括将所述数字数据的每一位转换成两位。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述转码包括将“0”转换成“01”，将“1”转换成“10”。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括将所述数字数据排列成包，每一个包包括有效载荷和FEC信息。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括将所述数字数据排列成包，以及将同步前同步码添加到所述数字数据的每一个包。

7.根据权利要求6所述的方法，包括以唯一不同的调制模式表示所述前同步码。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述唯一不同的调制模式包括与所述低、中和高水平的幅值明显不同幅值或与所述低、中和高水平的频率明显不同的频率的表示符号。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述唯一不同的调制模式包括在所述数字数据的表示中不可能出现的位序列。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括解调调制过的模拟信号以提取所述数字数据。

11.一种用于恢复在模拟信号上传送的数字数据的方法，所述模拟信号的幅值或频率是根据权利要求1至9中任一项所述的方法调制的，所述恢复方法包括解调调制过的模拟信号以提取数字数据。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括分析并修复提取数据中的错误。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括使用前向观察窗函数识别并对错误进行分类。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括推测提取的数据包中丢失或出错的位内容，相应地修复包，并对修复包执行有效性检查。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，有效性检查基于FEC信息。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，还包括：

估计信道随时间变化对接收信号的不同频率的响应；

基于估计的信道响应，使用滤波器过滤调制的模拟信号，以补偿畸变。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

接收调制的已知参考序列；

生成所述已知参考序列的预测调制；

执行接收的调制已知参考序列与所述预测调制的比较；以及

基于比较结果更新滤波器的特征。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

确定成功接收调制数据的恢复包或其一部分；

重新调制恢复包或其一部分；

执行恢复包与重新调制的恢复包的比较；以及

基于比较结果更新滤波器的特征。

19.一种被配置成执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法的调制器。

20.一种被配置成执行根据权利要求11至18中的任一项所述的方法的解调器。

21.一种被配置成执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法的调制解调器。

22.一种用于执行第一装置和第二装置之间的安全交易的交易方法，所述第一装置和第二装置中的至少一个是移动通信装置，所述方法包括：使用根据权利要求1至18中任一项所述的方法在所述第一装置和所述第二装置之间或所述第一或第二装置中的任一个和服务器之间传送与交易有关的认证信息。

23.根据权利要求20所述的方法，还包括使用双向通信，其中，对于每个通信方向使用唯一密钥。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述双向通信是全双工通信。

25.一种用于在第一装置和第二装置之间执行安全交易的交易方法，所述第一装置和第二装置中的至少一个是移动通信装置，所述方法包括在所述第一装置和第二装置之间或在第一或第二装置中的任一个和服务器之间传送与交易有关的认证信息。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括使用双向通信，其中，对于每个通信方向使用唯一密钥。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述双向通信是全双工通信。