專利名稱：用戶端的頻率漂移校正的制作方法
背景技術(shù)：
對(duì)于傳送至及傳送出居住、辦公及其他使用者的信息和數(shù)據(jù)量的需求持續(xù)增長(zhǎng)得遠(yuǎn)比供給所能跟上的快。此信息需求是以多種形式來(lái)供給，包括各種形式的電話系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，混合光纖/電纜系統(tǒng)，以及無(wú)線系統(tǒng)。區(qū)域多點(diǎn)分配服務(wù)(LMDS)及多頻道多點(diǎn)分配服務(wù)(MMDS)提供單向及雙向?qū)掝l服務(wù)如廣播電視，點(diǎn)播電視(video-on-demand)，多媒體能力，交互視頻，高速遠(yuǎn)程LAN/Internet接達(dá)，電話，電算，速學(xué)，視頻會(huì)議，電子銷售/行銷，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)，在家購(gòu)物以及高速電腦數(shù)據(jù)鏈路。兩種系統(tǒng)皆可提供無(wú)線基本結(jié)構(gòu)以傳送如區(qū)域TELCO中央局(CO)或有線“頭端”設(shè)備的寬頻服務(wù)。圖1顯示一此種系統(tǒng)。此例示的系統(tǒng)包括二個(gè)基本的部份頭端設(shè)備，基站或中心站的系統(tǒng)，以及眾多或復(fù)數(shù)個(gè)用戶站。整個(gè)系統(tǒng)是由非重疊單元的地理結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其中各地理單元可具有由一個(gè)基站所支援的多數(shù)個(gè)用戶站。復(fù)數(shù)個(gè)基站通過(guò)接口至單一頭端。
如圖1所示，頭端收集所有信號(hào)以分配至整個(gè)系統(tǒng)，從而形成星形結(jié)構(gòu)。頭端在星形中心，基站環(huán)繞頭端而用戶圍繞其各自的基站。作為所收集的信號(hào)例子，數(shù)字視頻可經(jīng)由衛(wèi)星鏈路聚集，電話系統(tǒng)介面可經(jīng)由五級(jí)開(kāi)關(guān)提供，及/或高速率數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可經(jīng)由高速率數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)面接。送至/來(lái)自頭端的數(shù)據(jù)分配至區(qū)域基站的系統(tǒng)，各基站是被指派以服務(wù)其用戶站的地理單元。
在此種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)中，其中基站是從多個(gè)用戶接收，減少?gòu)挠脩糁粱镜膫鬏?其后稱為上流方向)的頻率不穩(wěn)定度為有效的。舉例而言，在脈沖群分時(shí)多重存取(TDMA)或分頻多重存取(FDMA)連續(xù)模式中，窄頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定度可包括多重頻道，其造成用戶與在相鄰頻道的另一用戶相互干擾。為了避免此種頻道間干擾，在相鄰頻道間常需要有一個(gè)大而不可使用的防護(hù)頻帶，導(dǎo)致無(wú)效率的頻帶使用。
在脈沖群模式(TDMA)寬頻系統(tǒng)中，在每個(gè)脈沖群期間必須取得來(lái)自用戶的信號(hào)。在脈沖群模式系統(tǒng)中，每個(gè)脈沖群典型地是由用于同步化的前導(dǎo)碼，實(shí)際數(shù)據(jù)，以及防護(hù)頻帶所組成。一種頻道效率的測(cè)量是數(shù)據(jù)對(duì)總脈沖群長(zhǎng)度的比例。相較于調(diào)制符號(hào)速率的用戶傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定度愈大，則脈沖群起頭的同步化前導(dǎo)碼必須愈長(zhǎng)，因而降低了頻道的效率。對(duì)于給定的用戶局部振蕩器穩(wěn)定度而言，對(duì)于低成本振蕩器典型為大約百萬(wàn)分之十(ppm)，用戶傳輸頻率誤差的量是正比于載波射頻(RF)。結(jié)果，此問(wèn)題在目前供該等服務(wù)使用的較高頻帶變得尤其棘手-在10ppm的超高頻(UHF)(0.3-3GHz)，特高頻(SHF)(3-30GHz)以及極高頻帶(EHF)(30-300GHz)；UHF，SHF，及EHF對(duì)應(yīng)的載波頻率誤差分別為3-30KHz，30-300KHz以及300-3000KHz。本發(fā)明對(duì)于在0.3-300GHz的范圍中提供低成本的解決之道以解決用戶頻率誤差問(wèn)題尤其有用。
典型地，此問(wèn)題是藉由確保在用戶端的基準(zhǔn)振蕩器以百萬(wàn)分之幾所測(cè)量的頻率穩(wěn)定度是非常小而加以解決。此導(dǎo)致使用具有特殊老化特性的昂貴振蕩器，或使用熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)或電熱爐以補(bǔ)償溫度誘發(fā)的頻率漂移。此等解決之道是比低成本消費(fèi)者遠(yuǎn)程通訊設(shè)備所期望的貴上好幾級(jí)。
另一種利用不昂貴的晶體振蕩器的解決方法是使發(fā)送器局部振蕩器經(jīng)由鎖相回路M/N頻率合成器而從屬于接收器局部振蕩器，其中M/N是發(fā)送頻率對(duì)接收器頻率的比例。此為不符所需的，因?yàn)榻邮掌鬏d波回復(fù)鎖相回路中的接收器熱噪聲造成對(duì)發(fā)送器局部振蕩器的相位噪聲，導(dǎo)致在頭端接收到過(guò)度的相位噪聲，因而產(chǎn)生劣化或較低的比特錯(cuò)誤率性能。為了減少發(fā)送器局部振蕩器的相位噪聲，接收器鎖相回路的噪聲頻寬必須非常小，其降低了接收器鎖相回路追蹤所接收的信號(hào)上的相位噪聲的能力，導(dǎo)致用戶比特錯(cuò)誤率性能劣化。
本發(fā)明的目的是提供一種低成本的頻率控制系統(tǒng)，其是以低價(jià)的晶體振蕩器，確保用戶傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定度非常小，而不會(huì)因過(guò)度的相位噪聲犧牲比特錯(cuò)誤率性能。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種頻率控制系統(tǒng)及方法，其是利用接收器頻率偏移的估計(jì)值以推算基準(zhǔn)振蕩器的頻率漂移的估計(jì)值，以補(bǔ)償發(fā)送器局部振蕩器的頻率偏移。此使得可在用戶遠(yuǎn)程通訊設(shè)備中使用低成本的晶體振蕩器，而不會(huì)在基站或用戶端的比特錯(cuò)誤率性能造成劣化。
本發(fā)明是提供一種操作于0.3-300GHz頻帶的地面點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊系統(tǒng)(如MMDS及LMDS)中的唯一且有用的頻率控制，從而減少用戶端發(fā)送器局部振蕩器誤差，其是藉下列技術(shù)其中之一或兩者1.利用來(lái)自基站的高頻精確度的基準(zhǔn)廣播信號(hào)以及由測(cè)量用戶接收器端中的頻率誤差所得的估計(jì)值以補(bǔ)償用戶發(fā)送器局部振蕩器中的頻率漂移/誤差；及/或2.由測(cè)量基站接收器載波回復(fù)中各用戶的頻率誤差而獲得個(gè)別的估計(jì)值，并轉(zhuǎn)接至對(duì)應(yīng)的用戶發(fā)送器的局部振蕩器。


當(dāng)連同下列說(shuō)明及附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的上述及其他目的，優(yōu)點(diǎn)及特征將更趨明顯，圖中圖1為并入本發(fā)明的區(qū)域多點(diǎn)分配系統(tǒng)(LMOS)或多頻道多點(diǎn)分配系統(tǒng)(MMDS)的概示方塊圖；圖2為并入本發(fā)明的用戶頻率控制系統(tǒng)的方塊圖；以及圖3為本發(fā)明的數(shù)字鎖相回路的方塊圖。
特定實(shí)施例的說(shuō)明一個(gè)例示的用戶端頻率控制系統(tǒng)顯示于圖2。來(lái)自天線的RF輸入是經(jīng)由雙工器1通至影像排斥濾波器2，其過(guò)濾任何用于低側(cè)注入的在影像頻率fLO-fIF的信號(hào)，其中fLO是接收器局部振蕩器的頻率，而fIF是中間頻率。第一接收器混頻器級(jí)3利用第一接收器局部振蕩器4將輸入信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換至中間頻率。第一接收器局部振蕩器4將輸入信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換至中間頻率。第一接收器局部振蕩器是經(jīng)由具有可編程的預(yù)定標(biāo)器(prescaler)的鎖相回路而從晶體振蕩器基準(zhǔn)5加以合成以實(shí)行調(diào)諧。來(lái)自第一接收器混頻器而在fLO+fRF的影像是藉由第一接收器混頻器影像濾波器6而移除，其中fRF是原始RF輸入的頻率。正交降頻轉(zhuǎn)換器級(jí)7將在中頻的信號(hào)與從電壓控制振蕩器(VCO)8所推算的第二接收器局部振蕩器混合成基頻同相及正交相信號(hào)，其而后可由解調(diào)器9解調(diào)。
對(duì)于同調(diào)解調(diào)而言，載波相位需要藉由典型地經(jīng)由正交降頻轉(zhuǎn)換器封閉鎖相回路而加以回復(fù)。典型地，此是藉由使從第二接收器局部振蕩器有輸入信號(hào)間的相位誤差推算的控制電壓反饋至電壓控制振蕩器8而完成。有多種方法用于實(shí)行鎖相回路。
舉例而言，圖3顯示用于正交相移鍵控(QPSK)型調(diào)制的數(shù)字鎖相回路實(shí)施，不過(guò)本發(fā)明同樣可應(yīng)用其他調(diào)制技術(shù)。如前，正交降頻轉(zhuǎn)換器21使同相及正交相基頻模擬取樣通至匹配的濾波器22，其輸出是取樣于符號(hào)紀(jì)(Symbol epochs)(未圖示)。正交相移鍵控的決定導(dǎo)向相位檢測(cè)器23形成相位誤差估計(jì)值，其是由回路濾波器24過(guò)濾以達(dá)到用于解調(diào)之所需的回路噪聲性能?；芈窞V波器的輸出表示頻率誤差，當(dāng)加至標(biāo)稱頻率25時(shí)表示新的頻率估計(jì)值，其可轉(zhuǎn)換成適用于控制該電壓控制振蕩器26的電壓。
在由接收器初始取得信號(hào)后，發(fā)送局部振蕩器即立刻補(bǔ)償基準(zhǔn)晶體振蕩器中的頻率漂移。由于在基站中的頻率基準(zhǔn)是較用戶端的基準(zhǔn)晶體振蕩器穩(wěn)定好幾階，在用戶載波相位回復(fù)中的任何測(cè)得的頻率誤差可假設(shè)成由用戶的基準(zhǔn)晶體振蕩器所造成。在移除初始頻率偏移之后，頻率誤差僅需被周期性更新?；蛟S每分鐘一次，起因于周圍溫度的變化。此頻率漂移的緩慢本質(zhì)使其可藉由低成本微控制器進(jìn)行軟件實(shí)施。
典型上，QPSK解調(diào)器數(shù)字集成電路將使頻率誤差可得。此可由如圖3中所示的回路濾波器的累加器得之，或者該集成電路可采用獨(dú)立的計(jì)算用以估計(jì)頻率偏移。頻率誤差估計(jì)值可由微控制器，微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器周期性讀取且進(jìn)而在軟件處理以達(dá)到所需的噪聲性能。微控制器，微處理器，或數(shù)字信號(hào)處理器而后可調(diào)整發(fā)送鎖相回路合成器中的預(yù)定標(biāo)分配器(prescale divider)以移除暫態(tài)局部振蕩器(11，圖2)中的頻率誤差。
本發(fā)明尤適用于上流為脈沖群模式之處，以致發(fā)送局部振蕩器漂移/誤差的控制可對(duì)來(lái)自所有用戶及各用戶的傳輸脈沖群間的所有脈沖群實(shí)行。一般而言，可使頻率調(diào)整足夠的小，故所感應(yīng)的頻率步階是遠(yuǎn)小于基站載波回復(fù)計(jì)算的回路頻寬，以避免基站解調(diào)器中的感應(yīng)周期誤失和比特錯(cuò)誤。因?yàn)橛脩艟植空袷幤鞯念l率漂移的緩慢本質(zhì)，此小步階調(diào)節(jié)為有效。
降低用戶端的處理需求的另一種技術(shù)運(yùn)作如下。各用戶的傳輸中的頻率誤差是由CFE中基站計(jì)算，并轉(zhuǎn)接回各用戶以經(jīng)由控制頻道或下流數(shù)據(jù)中的頻帶內(nèi)發(fā)訊傳送頻率校正或調(diào)整。此在脈沖群上流系統(tǒng)中可能很需要，其中基站中的解碼器可于一頻道中服務(wù)所有用戶。在此結(jié)構(gòu)中，各用戶的發(fā)送頻率誤差是從基站載波回復(fù)計(jì)算中的誤差計(jì)算。
變化A、硬件實(shí)施頻率誤差估計(jì)值的處理亦可完全在硬件實(shí)行而不需微控制器，微處理器，或數(shù)字信號(hào)處理器的介入及軟件處理。實(shí)際上，此變成鎖頻回路，其中發(fā)送器局部振蕩器頻率是從屬于接收器局部振蕩器頻率。
對(duì)于某些調(diào)制符號(hào)率或載波回復(fù)鎖相回路頻寬的意料之外組合而言，可連貫地使回復(fù)的載波于發(fā)送器局部振蕩器轉(zhuǎn)向。實(shí)際上，此造成一鎖相回路，其中發(fā)送器局部振蕩器是從屬并鎖相于接收局部振蕩器。
B、數(shù)字實(shí)施在某些數(shù)字實(shí)施中，電壓控制振蕩器可由全部由數(shù)字?jǐn)?shù)字控制的振蕩器取代。此外，用于RF升轉(zhuǎn)換的發(fā)送器局部振蕩器可被固定，且調(diào)制器本身可含有數(shù)字控制的振蕩器以實(shí)行頻率漂移補(bǔ)償并提供發(fā)送混頻器一可變中頻。
優(yōu)點(diǎn)摘要根據(jù)本發(fā)明，藉由減少所有用戶站的頻率誤差，在相鄰FDMA頻道間不需要有過(guò)度的頻帶，從而改進(jìn)頻譜的利用。甚且，藉由減少所有用戶站的頻率誤差，可達(dá)到在基站迅速取得各用戶的信號(hào)，從而允許有效的TDMA上流操作。
雖然本發(fā)明已就較佳實(shí)施例加以說(shuō)明，應(yīng)知其他實(shí)施例，適用及修改對(duì)于熟知此項(xiàng)技藝者是顯而易知的。
權(quán)利要求
1.在一元線通訊系統(tǒng)中，其具有至少一基站于0.3-300千兆赫范圍中從復(fù)數(shù)個(gè)相關(guān)的用戶站發(fā)送及接收RF通訊信號(hào)，其特征在于包括一種用于降低從用戶站至該基站的RF傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括所述用戶站各具有附發(fā)送及接收頻道的收發(fā)裝置，于該發(fā)送頻道的發(fā)送混頻器以及于該接收頻道的接收混頻器，基準(zhǔn)振蕩器，連接至該基準(zhǔn)振蕩器的可控制發(fā)送及接收區(qū)域頻率源，第一解調(diào)裝置，將該第一解調(diào)器連接至該接收混頻器的降頻轉(zhuǎn)換裝置，連接至該降頻轉(zhuǎn)換器的電壓控制振蕩裝置，連接該第一解調(diào)裝置以用于供應(yīng)載波相位誤差校正信號(hào)至該電壓控制振蕩器的裝置，以及將該發(fā)送頻率源連接至該第一解調(diào)器以調(diào)整該發(fā)送頻率源的頻率的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通訊系統(tǒng)，其特征在于該基準(zhǔn)振蕩器是晶體振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通訊系統(tǒng)，其特征在于該可控制發(fā)送及接收區(qū)域頻率源是可編程鎖相回路頻率合成器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通訊系統(tǒng)，其特征在于該降頻轉(zhuǎn)換器是正交降頻轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通訊系統(tǒng)，其特征在于包括將該接收混頻器連接至該降頻轉(zhuǎn)換器的影像排斥濾波裝置。
6.在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，星形結(jié)構(gòu)的地上無(wú)線通訊系統(tǒng)中，其具有至少一基站于0.3-300千兆赫范圍中從復(fù)數(shù)個(gè)相關(guān)的用戶站發(fā)送及接收RF通訊信號(hào)，其特征在于包括一種用于降低從各用戶站至該基站的RF傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定度，漂移或誤差的系統(tǒng)，各用戶站具有低成本的局部振蕩器，該系統(tǒng)并入有用以實(shí)行以下一或以上項(xiàng)次的裝置；A)來(lái)自該基站的高頻率精確度的基準(zhǔn)廣播信號(hào)，以及在用戶站用于測(cè)量頻率誤差并補(bǔ)償該用戶站低成本局部振蕩器中的頻率漂移誤差，B)在基站中提供由測(cè)量各用戶的頻率漂移/誤差所得的估計(jì)值，并將所測(cè)量的誤差轉(zhuǎn)接至對(duì)應(yīng)的用戶站以補(bǔ)償用戶的發(fā)送局部振蕩器中的頻率漂移/誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線通訊系統(tǒng)，其特征在于各用戶站的該基準(zhǔn)振蕩器是低成本晶體振蕩器。
全文摘要
一種頻率控制系統(tǒng)及方法,其是利用接收器頻率偏移的估計(jì)值以推算基準(zhǔn)振蕩器的頻率漂移的估計(jì)值,以補(bǔ)償發(fā)送器局部振蕩器的頻率偏移。此使得可在用戶遠(yuǎn)程通訊設(shè)備中使用低成本的晶體振蕩器,而不會(huì)在基站或用戶端的比特錯(cuò)誤率性能造成劣化。
文檔編號(hào)H04N7/16GK1203003SQ96198459
公開(kāi)日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1996年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月21日
發(fā)明者亞朗·伊凡斯, 陳河倫 申請(qǐng)人:史丹佛電信公司