CN1830188A - 使用时频有界基函数传递数字信息的***和方法 - Google Patents

Abstract

用于在传输介质上有效传送一个或多个宽带通信信道的***和方法。通过将引入的数字比特流转换为包括多个TFB分组的时频有界(TFB)信息流来进行通信。通过使用多个TFB基函数实现这个转换。之后在传输介质上发送TFB信息流。更为具体的说，在一个或多个引入信道上携带的数字比特流是以二进制“on”和“off”比特的形式。这些数字比特被转换为一起包括TFB分组的多个TFB波形分量。该转换处理将各个输入数字比特的每一个映射到一组TFB函数的相应的一个，使得第一组n个比特被映射到第一TFB函数，第二组被映射到第二TFB函数等，直到到达第n个TFB函数。之后处理周期回到第一TFB函数。在任意情况中，该组比特的值或状态由用于相应TFB函数的相应加权因数表示。当加权时，各个TFB函数的每一个指定相应TFB波形分量的传输。每个波形分量在时域和频域上基本上限定在值的范围之中。

Description

使用时频有界基函数传递数字信息的***和方法

技术领域

本发明涉及数字通信技术，并且更为具体地说涉及用于增加传输介质的有效数据吞吐量的***和方法，其使用时频有界基函数(time-and-frequency bounded base functions)。

背景技术

通常被称为“POTS”的现有电话服务用于旧的电话服务，使用双绞铜线连接位于远程的电话和电话公司中心办公室。创建现有的电话服务使得能够使用模拟信号传输和其它电话用户进行语音信息的交换。更为具体的说，POTS电话设置采用声音信号，其是自然模拟信号，并且根据音量(信号幅度)和音调(频率)将其转换为电当量以用于通过铜线对传输。

随着技术发展，需要开发以提供用于在两个位于远程的计算设备之间的数字数据的交换。虽然调整电话网络(本地环路)到模拟，而不是数字信号传输，但是可以通过将数字数据编码为模拟信号，在铜线对上发送模拟信号，并且在远程位置解码模拟信号以获得原始的数字数据来从一个位置将数字数据传送到另一个。这些编码和解码步骤典型地由计算机调制解调器执行。

因为现有模拟语音传输仅使用铜线可用的一小部分的带宽的事实，使用所谓的语音信号以计算机调制解调器通信传输的最大量的数据是大约56Kbps。计算机调制解调器交换数据的能力由电话公司将POTS用户之间的通信带宽限制到大约4kHz的事实限制。

数字用户线(DSL)是其中频率限制非常松的通信技术。典型地，频率范围在大约25-1100kHz用于在DSL调制解调器之间传送数据。这允许同时使用用于数据传输和语音传输的线路。可用于数据通信的更大带宽造成比之前仅语音信道可用时可能的更大的数据速率。注意到相比现有的调制解调器，在本地环路的两端都需要DSL调制解调器，也就是，一个在用户端，一个在电话公司的中心办公室。

现在，DSL用于在一般电话线路上提供高带宽通信链路给家庭和办公室。但是，虽然理论上DSL带宽相对现有56K调制解调器技术高，一个或多个实际的考虑可能显著限制实际实现的带宽到低得多的数量。例如，如果家庭或公司位于非常近的电话公司中心办公室，比如在小于半英里的距离，客户能够以高达6.1M比特每秒的速率接收数据，理论上是8.448M比特每秒，使得能够连续传输运动视频、音频，甚至3D效果。在美国的更典型的情况下，单独的DSL连接提供从1.544Mbps到512Kbps的下行流和大约128Kbps的上行流。

没有转发器的DSL的最大范围是18,000英尺(5.5公里)。随着距离向着电话公司中心办公室减小，可实现的数据速率增加。另一因素是铜线的规格。更重的24规格铜线携带相同的数据速率比26规格线路更远。在5.5公里范围之外，如果电话公司具有经一个或多个光纤电缆的扩展的中心办公室本地环路，可以进行DSL服务，因此有效减少了连接的铜线的长度。

虽然由国际电信联盟(ITU)标准化，各种DSL使用几个调制技术。不同的DSL调制解调器制造商使用离散多音调制(DMT)或无载波幅相调制(CAP)。

在美国，当前几个电话公司提供DSL服务。但是，不幸的是，因为它们离中心办公室太远的事实，很多消费者不能得到这些好处，并且经光纤电缆安装延伸的用户环路的成本太高。这个问题在其中家庭通常位于大片区域中，并且最近的中心办公室距离很远的外环郊区和乡村区域特别普遍。

DSL的另一缺点是在电话公司允诺的和具体实现之间经常有大的差距。很多消费者付出高的预付费来“高价购买”DSL，而对低于预期的数据传输速率和不稳定的性能失望。

考虑上述问题，需要在现有电话线路上发送高带宽信息的改进的技术。

以二进制数字表示通信数据。连接***发射器和接收器的传输介质能够传输信号，其受到包括其它通信设备对之间信号的环境干扰(串扰)。还存在对于***传输介质的信号的功率的限制(规定)。发射器产生信号，以等价于编码的输入序列的信号驱动传输线。接收器接收信号，并且将其转换为输出序列，如果无误差发生，其是输入序列的副本。该组合的发射器和接收器设备允许校准，提供和设备一起的方式来补偿在传输介质中发生的确定类型的失真。该***还必须保证接收器能够产生本地时钟，适于接收发送的信号并转换为输出序列。

发明内容

考虑上述缺陷，本发明的主要目的是提供用于增加通信链路的有效数字数据吞吐量的技术，该通信链路可以包括有线传输介质、无线传输链路、卫星链路和可能的光纤通信网络的任意。

更为具体的说，本发明的目的是提供其中增强通信链路的有效容量的***和方法。

本发明的另一目的是提供相比当前***和方法对于通信链路上的干扰更加牢固的***和方法。

总的来说，以通过将引入的比特流转换为一个或多个时频有界(TFB)的分组来增强数据吞吐量的方式的***和方法来实现本发明的这些和其它目的，其中每个分组包括多个TFB波形分量。通过将引入的比特映射到TFB函数集来实现这个转换，使得在该组函数中的各个TFB函数具有对应于相应比特的值或状态的特征加权因数。组合多个加权的TFB函数来产生TFB分组。之后将这些TFB分组组合为在通信链路上发送的TFB信息流。

时频有界(TFB)函数(time-and-frequency bounded functions)是显示下面特性的函数：

在这类中的每个函数f是平滑的，

对于在这类的每个函数f并且对于任意多项式p(t)，给定任意ε＞0，存在T使得对于|t|＞T，|f(t)p(t)|＜ε，换句话说，这类中的每个函数在时域上具有有限的范围，超过其函数和任意多项式的积的幅度可忽略或至少低于预定阈值ε，并且

对于函数(f)的傅立叶变换F(ω)，并且对于任意多项式p(ω)，给定ε＞0，存在Ω使得|ω|＞Ω，|F(ω)p(ω)|＜ε，换句话说，这类的每个函数在频域具有有限的范围，超过其函数和任意多项式的积的幅度可忽略或至少低于预定阈值ε。

这个唯一并且至今没有研究的时间和频率界限的特性在其中需要使用单一传输介质或信道提供通信链路的所有或一部分的情况特别有用。

举例来说，给定数目的最优TFB波形，它们占据的频带宽度可以由缩放它们的时间变量来设置。以这种方式能够采用可变数量的任意宽度的频带。最优化TFB波形以占据相对窄的频带，因此通过缩放它们的时间变量，允许更为有效地使用可用带宽和将RF干扰源的效果限制于干扰源的小频带，作为整体在通信链路上具有小的效果。

特别合适的TFB功能的子类是正交TFB函数。从这个子类，厄密-高斯函数是优选实施例。注意到使用厄密-高斯函数的***本质上可从US专利US 3,384,715得知。

对于本发明的另外的实施例，引入的比特包括在一个或多个引入信道上携带的数字比特流(输入序列)，其以二进制“on”和“off”比特的形式。给定优选地线性独立TFB函数的集合，称为基函数，通过从数据的表示映射比特到至少基函数的近似值来编码数据。以模块编码输入序列。在下面其将被称为TFB模块。从N个不同的基本函数构造TFB模块，N是用于编码的函数的数目(如在这里使用的，N是正整数)。举例来说，这个映射过程是通过将第一引入比特映射到第一TFB函数，将第二引入比特映射到第二TFB函数等，直到达到第N个TFB函数来实现的，之后过程循环回到第一TFB函数。注意到一个比特到一个TFB函数的映射仅是说明性的，并且实际上多个比特可以映射在单一TFB函数上。优选地，在编码之前缓存比特的引入流。

在另外的实施例中，以长度M的组分组比特，其中M取决于需要用于纠错的比特的数目；添加N-M比特用于这个纠错。之后将还没有编码的输入序列的第一M比特，N-M纠错比特映射在N个不同基本函数上。注意到可以动态定义M和N，可能每个模块。这个编码可以无限重复。在输入序列中数据不足以填充模块的情况中，优选地产生填充比特。

举例来说，通过将来自所选TFB函数组的第i个函数乘以第一加权因数，例如，-1，如果第I比特＝0，或者乘以第二不同加权因数，例如+1，如果第I比特＝1，且接下来加上所有N使得加权的因数形成TFB模块，以这种方式传输后在解码器中以某概率P重建产生输入序列。加权因数绝不限定于-1和+1，并且能够自由选择以适应应用和***需要。各个加权TFB函数的每一个构成发送的TFB波形的分量。各个加权TFB函数的每一个具有相应组的频率分量并且持续相应的时间长度。

举例来说，预定的TFB函数能够都指定基本上相同的时间长度，但是不需要。例如，第一预定TFB函数使用具有和第二预定TFB函数不同的持续时间。

举例来说，选择一组TFB函数符合预定频率范围。在这种情况中，函数的“感兴趣的”部分(非零)的持续时间将从函数到函数不同。但是，函数的感兴趣的部分的中心基本上对于该组TFB函数中的所有函数一致。

根据本发明的另一实施例，通过以，例如，用于传输这组比特的信道的中心频率调制模块波形，并且之后产生对应于调制的函数的波形来将TFB模块转换为TFB分组。在调制之外，或者代替调制，可以增加处理以补偿，全部或部分，传输介质的效果。TFB模块还可以被转换为TFB分组而不应用附加的信号处理到模块。

举例来说，在物理传输介质上发送结果分组。该分组优选地以其中构造母模块的顺序发送。举例来说，发送的分组是时间间隔的。可以以非连续流发送分组。产生对应于分组序列的波形并且在传输介质上物理地实现。

根据本发明的另一实施例，当在发射机中实现并在传输介质上传播时失真的波形，可由接收器从传输介质中重新获得。举例来说，处理失真的波形用于补偿在波形上的传输介质的效果和/或以载波频率解调，和/或滤波，例如，用于限定信号的频率范围，产生噪声分组的序列。补偿由传输介质产生的失真能够完全包括在基函数中；在这个情况中，基函数的集合可以每个模块改变。补偿在传输期间引起的串扰可以包括在发射机和接收机的处理中。

因此，根据本发明的另一实施例，公开了用于接收、检测和解码引入的TFB复合信息流的接收设备和方法。编码和解码都包括用于纠错的机制。TFB函数可以由接收机基于频域特性，时域特性或两者来检测。

根据本发明的另一实施例，接收机将在连接接收器和发射机的传输介质上接收的信号转换为由那个发射机使用以产生接收的信号的比特序列。这个过程优选地包括将模拟信号转换为比特的采样流。举例来说，解调数字编码的信号。采样的信号能够匹配TFB函数集合以确定加权因数用于该集合中的每个函数。这造成比特I被设置为0，如果那个因数是，例如-1或1，如果因数是例如+1(其它加权因数和协议也是可能的，并且在本发明的范围之中)。因此，第I个函数映射在单一分组产生的序列中的第I比特上。

在确定加权因数的另一实施例中，提供关于在通信链路上产生的噪声的信息，之后估计其并如果需要的话发送回发送机用于编码的适应。

根据本发明的另一实施例，提取解码信息并且使用至少N TFB函数的近似值解码噪声分组。举例来说，用于解码的函数可以不同于用于编码的函数。噪声分组被分解为N个加权，一个用于用于解码的每个基函数。结果N个加权因数被映射在N比特上，以用概率P重建输入序列的上述方式。举例来说，以匹配用于编码的纠错算法处理提取的比特，使得产生原始输入比特序列。结果比特可用作输出序列。优选地，将输出比特序列放入缓存器中，并且可用于外部设备，比如计算机。

举例来说，包括在处理接收的信号中的每一步可以在模拟和/或数字方式中执行。用于解码的函数可以在应用解码接收的信号之前数字化。

本发明用于增加现有传输介质和/或结合卫星传输协议的带宽容量。本发明具有下面优点：

(a)因为TFB函数的有限范围，通过调制TFB分组流在很多载波频率上产生信道，每个具有确定带宽，能够彼此靠近。

(b)能够应用于任意数字传输协议。

(c)能够应用于能够携带电子编码的数字信息的任意介质。

(d)能够在单一线路上携带大量独特语音和数据信道。

(e)不依靠压缩增加带宽。

(f)提供使用现有基层结构增加带宽的方式。

(g)能够用于实现具有每个当前DSL变型的谱特性的通信***，比如ADSL、SDSL和VDSL，因为由于TFB函数的有效范围的谱的改进的控制。

虽然在这里公开了TFB编码和解码技术的多种优选实施例，应该理解在不脱离本发明的精神可以在这里做出很多改变。

因此，上述技术不仅可应用于数字信息的通信，而且可，例如，到其中在存储介质上基于模拟技术存储一个或多个数字信息流的存储。

附图说明

为了更好的理解本发明及其其它目的和特征，下面参考附图，其中：

图1A是根据本发明的***的发射机的示例性实施的框图，装备其将引入的二进制数据转换为TFB分组流用于在通信链路上传输。

图1B是如图1A所示的发射机的编码器的示例性实施的框图。

图1C是如图1A所示的发射机的波形发生器的示例性实施的框图。

图2A是根据本发明的***的接收机的示例性实施的框图，装备其以将引入的TFB分组解码为一个或多个二进制数据流。

图2B是如图2A所示的接收器的前端的示例性实施的框图。

图2C是如图2A所示的接收器的解码器的示例性实施的框图。

图3A是在时域中的非TFB函数的实例。

图3B是在频域中的非TFB函数的实例。

图4A是时域中的TFB函数的实例。

图4B是频域中的TFB函数的实例。

图5A和5B分别放大了在图4A和图3A中的脉冲形状用于比较。

具体实施方式

本发明的***和方法通过发送多个TFB波形分量增强通信链路或存储介质的有效容量，每个TFB波形分量的特征在于唯一的TFB函数。TFB函数的组合用于构建TFB分组，并且多个TFB分组用于产生TFB流。

根据增加通信链路的有效数据吞吐量的本发明的第一实施例，引入的信息作为二进制编码信息的比特流(“0”和“1”)接收，并且之后转换为其中比特流的二进制“0”和“1”被转变为应用于从预定TFB函数集中选择的TFB函数的等效加权因数的等效编码，如下面所述。注意到单一比特到TFB函数的映射仅通过示例的方式，但是绝对不是限制。可以映射多个比特到单一的TFB函数。

理论上说，TFB分组由TFB函数集构造。这些函数潜在的以修正的形式用于将连续时间信号编码为比特序列，并且解码这个信号为其所表示的比特序列。通过计算加权和进行编码，也称为TFB函数的线性组合。给定TFB函数的加权由用于映射到那个函数上的比特或一组比特的加权因数给定。

在功能上，TFB函数具有在频域和时域都受实质限制的优点。优选的TFB函数的子类是正交TFB函数。在预定的正交TFB波形分量集中的每个TFB波形分量是唯一的，并且关于该集合中的所有其它的TFB波形分量互相正交。正交TFB函数的更为优选的子类是厄密-高斯函数。厄密-高斯函数是在频域和时域具有相同形状(以常数为模)的函数。本发明包括使用厄密-高斯函数和其它TFB函数。TFB函数的实例是

sech(z)＝1/cosh(z)＝2/(e^z+e^-z)

在上述的加权处理之后，将TFB函数加和，由此提供TFB模块并且因此提供TFB模块流。

根据本发明的***和方法可以和能够传送或发送信息流的任意传输介质一起使用。这种传输介质可以包括电缆、卫星传输、无线通信、空中射频传输、通过同轴电缆的射频传输、光纤等，以及比如T-1、ATM、帧中继等的协议。根据本发明开发的***和方法实际上用于使用模拟技术能够发送或存储的任意数字信息，比如数据、图像、视频或音频应用。

图1A是根据本发明的***的发射机100的示例性实施的框图，装备其以将引入的二进制数据转换为TFB流用于在通信介质上传输到接收器。引入的二进制数据比特流110包括逻辑“1”和“0”的序列。这个比特流110可以来自，例如，但是不限于计算机设备，比如个人计算机、服务器、或计算机可读的数据存储设备，和/或来自电话或其它通信设备。引入的比特流110被编码器120转换为TFB模块130，这将在下面参考图1B更详细的描述。通过以，例如，用于传输这组比特的信道的中心频率由调制器140调制模块波形来将TFB模块130转换为TFB分组150。出了调制处理，或者代替调制处理，可以添加全部或部分补偿传输介质的效果。在另外的实施例中，TFB模块130还可以被转换为TFB分组150，而不应用附加的信号处理到模块130。接下来对应于TFB分组150的波形170由波形发生器160产生，并且在传输介质上物理地实现。将参考图1C更详细地描述波形发生器160。

图1B是如图1A所示的发射机100的编码器120的示例性实施。引入的比特流120在被编码之前被缓存在接收机制121中。以长度M的组122分组引入比特。纠错机制123添加N-M比特用于纠错，从而获得包括M比特数据和N-M纠错比特的长度N的组124。组长度N对应于用于编码的TFB的数目，并且关于映射到单一TFB函数上的比特数目。可以动态确定M和N，可能每个模块。布置纠错机制以接收关于输入129上的传输和/或传输介质的质量的信息，以根据传输和/或传输介质的效果最优化纠错算法。在输入序列中的数据不足以填充模块130的情况中，可以添加填充比特到组122或124。在加权机制125中，对于组124中的每个比特确定加权因数，以反映比特的值(“0”或“1”)。作为实例，如果比特值是0加权因数是-1，并且如果比特值是1加权因数是+1。给定传输和/或传输介质的条件，可以布置加权机制以接收关于在输入131上的传输和/或传输介质的质量的信息，以最优化加权产生。加权因数决不限定于上述实例，并且可以自由选择以适合应用或***的需要。映射机制127将由信号发生机制128产生的N比特的比特组124映射到N个TFB函数上。给定传输和/或传输介质的条件，可以布置信号发生机制128以接收关于传输和/或传输介质的质量的信息，以最优化TFB函数。优选的，TFB函数是TFB函数的数字表示。但是，而可以使用TFB函数的模拟、物理表示。这个映射是由将来自所选组的TFB函数中的第一函数乘以第一加权因数，将第二函数乘以第二加权因数等直到将所有N个函数乘以加权因数来实现的。优选的，第一函数乘以对应于组124的第一比特的加权因数，第二函数乘以对应于组124的第二比特的加权因数等。接下来映射机制125将所有N个这样的加权函数相加，从而形成TFB模块130。

如果n比特映射到每个TFB函数上，并且使用NT个TFB函数，以组N＝n×NT比特(引入比特加上纠错比特)分组比特。在加权机制125中，为组124中的每组n比特确定反映该组比特的值的加权因数，。映射机制127将N比特的比特组124映射到由信号发生机制128产生的NT个TFB函数。这个映射再次由将来自所选组的TFB函数中的第一函数乘以第一加权因数，将第二函数乘以第二加权因数等直到将所有NT个函数乘以加权因数来实现。优选的，第一函数乘以对应于组124的第一组n比特的加权因数，第二函数乘以对应于组124的第二组n比特的加权因数等。接下来映射机制125将所有NT个这样的加权函数相加，从而形成TFB模块130。

图1C是如图1A所示的发射机100的波形发生器160的示例性实施的框图。采样器162用于确定由调制器140产生的分组波形的数字表示164。数字-模拟(D/A)转换器166将数字波形164转换为模拟波形。最终传输机制168将模拟TFB波形170放在传输介质上。

在如图1A、1B和1C所示的实施例中，将引入比特110数字地映射在N个TFB函数的数字表示上，在转换为放在传输介质上的模拟波形170之前数字确定和调制其和(模块130)。本发明决不限定于这个实施例。其中引入比特流110被在***中不同点转换为模拟信号的另外的实施例也在本发明的范围之中。实例是将N个模拟TFB函数乘以加权因数的模拟等效，或者在将单独的波形相加以形成模块之前将N个数字加权函数转换为模拟波形。另外，本发明可以具体表现为电子的、固件、软件、硬件或其它多种组合。

图2A是根据本发明的***的接收器200的示例性实现的框图，装备其以将引入的TFB波形210转换为二进制数据280的一个或多个流。接收器200的前端220从传输介质接收波形210。如在这里关于图2A更加详细的描述的，前端220将接收的波形210转换为采样的分组230。如下面关于图2C所述的，解码器240将分组230分解为比特组260。如在下面关于图2D更为详细的描述的，最后通过比特流发生器270恢复比特组260为比特流280。

图2B是如图2A所示的接收器200的前端220的示例性实现的框图。前端220从传输介质，例如电缆接收模拟波形信号210。可以在信号调节机制222中调节引入信号以改进幅度和/或信噪比。模拟-数字(A/D)转换器224产生对应于接收的模拟波形210的数字采样分组230。

图2C是如图2A所示的接收器220的解码器240的示例性实现的框图。因为在发射机中实现的波形170在传输介质上传播时可能失真，可以处理失真的波形210用于补偿传输和/或传输介质的效果，例如，噪声、衰减和相移，在波形上由补偿器机制246，产生补偿的接收分组248。在另外的实施例中，由传输介质引入的失真的补偿也能够完全包括在基函数中；在这种情况中基函数的集合可以每个模块改变。在传输器件引入的串扰的示例性补偿可以包括在发射器100和接收器200的处理中。通过比较接收的波形210和已知的发送波形，可以使用校准机制242来确定管理补偿的参数。解调器250使用在传输中使用的每个信道的载波频率解调(数字编码)分组248，产生采样模块252。在匹配机制254中，采样的模块252和一组TFB函数匹配，以确定该组每个函数的加权因数。例如在上述实例中给定加权因数的情况中，如果加权因数是-1，在比特I中这个结果被设置为0，或者如果加权因数是+1，设为1。加权因数决不限定于实例并且可以自由选择以符合应用或***需要。举例来说，第I个函数映射在单一模块252产生的序列中的第I比特上。产生的N个加权因数以使用概率P重建输入模块124的方式映射在N比特的组260上。举例来说，通过计算使用用于解码数据的TFB函数和接收的分组248的内积的近似值来实现匹配。匹配处理提供关于在传输和/或传输介质中产生的噪声的信息，如果需要其之后由噪声估计机制256估计并且发送回发射机258用于编码自适应。在发射机100中，例如，给定传输介质的效果，这个信息可以导向纠错机制的输入129用于最优化纠错算法，和/或到加权机制的输入131用于最优化用于TFB函数的加权。该信息还可以用于修改用在发射机中的该TFB函数集。也可以使用没有由估计机制256估计的信息，例如，来自单独的测量，用于最优化。

图2D是如图2A所示的接收器200的比特流发生器270的示例性实现的框图。以纠错算法处理在匹配介质254中提取的组260中的M数据比特，在纠错机制272中，匹配用于编码的算法，使得产生原始比特序列。将M个解码的比特的组274放入缓存器276，并且在级联之后，产生的比特流280可用于由接口机制278外部设备，比如计算机。

在如图2A、2B、2C和2D所示的实施例中，在信号调节之后和补偿之前数字化引入波形210。本发明决不限定于这个实施例。其中引入波形210在***中的不同点转换为数字数据的另外的实施例在本发明的范围中。实例是数字应用信号调节或补偿，例如，模拟方式的衰减。另外，本发明可以具体表现为电子的、固件、软件、硬件或多种组合。

可以采用图1A和2A的硬件实施例使用频分复用(FDM)创建多个信道，其中每个信道包括分组流。这些分组的每一个反过来由TFB函数集的加权和构造。

图3B是频域中的非TFB函数的实例。图3B的函数很好的限定于1Hz宽的频域中的矩形部分，但是它的傅立叶变换，Sinc函数，在时域上溢出到正和负无限(图3A)。类似的，限定于时域的矩形部分的函数在频域上溢出到正和负无限。

为了减少如图3A所示的Sinc函数的显著溢出，可以通过使用，例如，升余弦函数将矩形部分的幅度的急剧上升和下降(图3B)改变为幅度的更为渐进的上升和下降。但是，即使更为渐进的升余弦函数引起溢出。这个溢出问题的最好解决方法是使用TFB函数，其实例如图4A和4B所示。

图4A是时域中的TFB函数的实例，且图4B是频域中的相应TFB函数。

为了比较，图5A和5B分别示出了TFB函数的时域图形和Sinc函数的放大。注意到关于图3A和4A减少垂直点范围，以示出局部最大值的衰减。

Claims (68)

1.一种***，其用于通过在传输介质上发送时频有界函数分组来增加数字数据吞吐量，其中该时频有界函数是平滑函数，其在时域与频域都具有有限的范围，且该范围之外该函数与任何多项式的乘积的幅度可以忽略或至少低于预定的阈值，该***包括发射器，其包括：

数字接收机制，其用于在一个或多个引入数字线路上接收数字信息的引入流，该数字信息是二进制比特形式的“0”和“1”，

加权机制，其用于使用数字信息产生各个加权因数；

信号发生机制，装备其以产生多个时频有界函数；

映射机制，其连接至信号发生机制，用于将加权机制产生的加权因数应用于相应的时频有界函数，并且之后求和加权的时频有界函数从而产生相应的多个时频有界分组，该多个时频有界分组包括时频有界信息流；和

传输机制，其用于在传输介质上发送多个时频有界分组。

2.如权利要求1所述的***，其中，该接收机制包括用于缓存引入流的装置和用于按组将比特分组的装置。

3.如权利要求2所述的***，其中，该***被布置以动态地确定组中的比特数目。

4.如权利要求2所述的***，其中，该用于分组比特的装置被布置以在信息的引入流中的数据不足以填满分组添加一个或多个填充比特。

5.如权利要求2所述的***，包括纠错机制，布置其以添加纠错比特到比特组。

6.如权利要求5所述的***，其中，该***被布置以动态地定义纠错比特的数目。

7.如权利要求1所述的***，包括调制器以使用载波频率调制加权的时频有界函数的和。

8.如权利要求5所述的***，其中，该纠错机制被布置以接收关于输入上的传输和/或传输介质的质量的信息，以根据传输介质的效果最优化纠错算法。

9.如权利要求1所述的***，其中，该加权机制被布置以在给定传输和/或传输介质的条件的情况下，接收关于在输入上的传输和/或传输介质的质量的信息，以最优化加权的产生。

10.如权利要求1所述的***，其中，该传输机制被布置以使用构造分组的顺序发送时频有界分组。

11.如权利要求1所述的***，其中，该传输机制被布置以通过时间间隔的方式发送时频有界分组。

12.如权利要求1所述的***，其中，该传输机制布置以通过非连续流发送时频有界分组。

13.如权利要求1所述的***，其中，该信号发生机制被装备以产生多个时频有界函数的数字表示。

14.如权利要求1所述的***，其中，该传输介质利用双绞线对、同轴电缆、光缆、卫星链路，和无线链路中的任意。

15.如权利要求1所述的***，进一步包括接收机，其用于接收传输介质上传送的时频有界分组形式的引入信息流；该接收机包括前端、用于提取数字信息的解码器，和产生一个或多个输出二进制数据比特流的发生机制。

16.如权利要求15所述的***，其中，该前端包括数模转换器，该数模转换器用于将引入信息流转换为采样比特流。

17.如权利要求15所述的***，其中，该解码器包括补偿器，该补偿器用于修正采样引入信息流在传输期间信号的失真，并且确定管理修正的参数。

18.如权利要求8和17所述的***，其中，该发射机的纠错机制被布置以接收来自接收机的补偿器的参数。

19.如权利要求9和17所述的***，其中，该发射机的加权机制被布置以接收来自接收机的补偿器的参数。

20.如权利要求15所述的***，其中，该解码器包括解调器，该解调器用于解调时频有界分组。

21.如权利要求15所述的***，其中，该解码器包括信号发生机制，装备该信号发生机制以产生多个时频有界函数。

22.如权利要求21所述的***，其中解码器包括匹配机制，该匹配机制用于将接收的信息流与时频有界函数集匹配以确定集合中的每个函数的加权因数。

23.如权利要求22所述的***，其中，该在匹配机制中使用的时频有界函数不同于在映射机制中使用的时频有界函数。

24.如权利要求15所述的***，其中，该解码器包括估计机制，该估计机制用于估计关于由和/或在传输介质中产生的噪声的信息。

25.如权利要求24所述的***，其中，该接收机的信号发生机制被布置以接收并使用估计机制的信息，以适应产生的时频有界函数。

26.如权利要求24所述的***，其中，该发射机的信号发生机制被布置以接收并使用估计机制的信息，以适应产生的时频有界函数。

27.如权利要求15所述的***，其中，该发生机制包括纠错机制，该纠错机制用于向一个或多个输出数据流应用纠错。

28.如权利要求15所述的***，其中，该发生机制包括用于解码的比特的缓存器。

29.如权利要求15所述的***，其中，该发生机制包括用于级联比特和/或使比特对外部设备可用的机制。

30.如权利要求15所述的***，其中，至少部分解码器以在可编程计算机制，比如通用目的计算机、数字信号处理器DSP、或FPGA中执行的软件实现。

31.如权利要求15所述的***，其中，该匹配机制是在一个或多个特定用途集成电路芯片ASIC中实现的。

32.如权利要求1或15所述的***，其中，至少一个时频有界函数是从正交时频有界函数子类中选择的。

33.如权利要求1或15所述的***，其中，至少一个时频有界函数是从厄密—高斯函数子类中选择。

34.如权利要求1所述的***中使用的发射机。

35.如权利要求14所述的***中使用的接收机。

36.一种方法，其用于通过在传输介质上发送时频有界函数分组来有效地提高数字数据吞吐量，其中该时频有界函数是平滑函数，其在时域和频域都具有有限的范围，在此范围之外该函数与任意多项式的乘积的幅度是可忽略的或至少低于确定的预定阈值，此方法包括以下步骤：

以二进制比特形成“0”和“1”接收数字信息的引入流；

使用数字信息以产生加权因数序列；

产生多个时频有界函数；

对多个时频有界函数应用加权因数，并且

求和加权的时频有界函数从而产生相应的多个时频有界分组，多个时频有界分组包括时频有界信息流；以及

在传输介质上发送多个时频有界分组。

37.如权利要求36所述的方法，其中，该接收引入流的步骤包括缓存引入流和按组将比特分组。

38.如权利要求37所述的方法，其中，该组中比特的数目是动态确定的。

39.如权利要求37所述的方法，其中，在输入序列中的数据不足以填满组时添加一个或多个填充比特。

40.如权利要求37所述的方法，其中，该接收引入流的步骤之后是添加纠错比特至组的步骤。

41.如权利要求40所述的方法，其中，该纠错比特的数目是动态地确定的。

42.如权利要求36所述的方法，其中，该加和加权的时频有界函数的步骤之后是以载波频率调制加权的时频有界函数的加和的步骤。

43.如权利要求40所述的方法，其中，该添加纠错比特的步骤是为传输介质的效果而最优化的。

44.如权利要求36所述的方法，其中，该产生加权因数的步骤是为传输介质的效果而最优化的。

45.如权利要求36所述的方法，其中，该时频有界分组被以构造分组的顺序发送。

46.如权利要求36所述的方法，其中，该时频有界分组被时间间隔地发送。

47.如权利要求36所述的方法，其中，该时频有界分组被以非连续流发送。

48.如权利要求36所述的方法，其中，该时频有界函数是作为在数字域中的表示产生的。

49.如权利要求36所述的方法，其中，该传输介质利用双绞线对、同轴电缆、光缆、卫星链路，和无线链路中的任意。

50.如权利要求36所述的方法，进一步包括步骤：以传输介质上发送的时频有界分组的形式接收引入信息流；将引入信息流解码为一个或多个时频有界函数，和产生一个或多个输出二进制数据比特流。

51.如权利要求50所述的方法，其中，该接收引入信息流的步骤包括将引入信息流转换为采样比特流。

52.如权利要求50所述的方法，其中，该接收引入信息流的步骤包括修正引入信息流在传输期间信号的失真，并且确定管理修正的参数。

53.如权利要求43和52所述的方法，其中，该添加纠错的步骤利用管理修正的参数，该参数是在修正引入信息流的步骤中确定的。

54.如权利要求44和52所述的方法，其中，该产生加权因数的步骤利用管理修正的参数，该参数在修正引入信息流的步骤中确定的。

55.如权利要求50所述的方法，其中，该解码步骤包括解调时频有界分组。

56.如权利要求50所述的方法，其中，该解码步骤包括产生多个时频有界函数。

57.如权利要求56所述的方法，其中，该解码步骤包括将接收的引入流与时频有界函数集匹配以确定集合中每个函数的加权因数。

58.如权利要求57所述的方法，其中，该用于匹配的时频有界函数不同于用于映射的时频有界函数。

59.如权利要求50所述的方法，其中，该解码步骤包括估计关于由传输介质产生的和/或在传输介质中产生的噪声的信息。

60.如权利要求59所述的方法，其中，该关于由传输介质产生的噪声的信息用于匹配步骤中使用的时频有界函数的自适应。

61.如权利要求59所述的方法，其中，该关于由传输介质产生的噪声的信息用于映射步骤中使用的时频有界函数的自适应。

62.如权利要求50所述的方法，其中，该产生一个或多个输出数据流的步骤包括应用纠错。

63.如权利要求50所述的方法，其中，该产生一个或多个输出数据流的步骤包括缓存解码比特。

64.如权利要求50所述的方法，其中，该产生一个或多个输出数据流的步骤包括级联比特和/或使比特对外部设备可用。

65.如权利要求50所述的方法，其中，该将接收的信息流解码为时频有界函数的步骤至少部分地在可编程计算机制，比如通用计算机、数字信号处理器DSP，或FPGA中执行的软件中实现。

66.如权利要求50所述的方法，其中，该将接收的信息流解码为时频有界函数的步骤至少部分地在一个或多个特定用途集成电路芯片ASIC中实现。

67.如权利要求36或50所述的方法，其中，至少一个时频有界函数被从正交时频有界函数子类中选择。

68.如权利要求36或50所述的方法，其中，至少一个时频有界函数被从厄密—高斯函数子类中选择。

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