專利名稱：頻率調(diào)制無線電發(fā)射機中用于載波頻率補償?shù)难b置,方法和制造條款的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及題為“頻率調(diào)制無線電接收機中用于載波頻率補償?shù)难b置，方法和制造條款”的專利申請，其序號為No:_____________,IBM文檔號No.:RA9-96-034，于__________申請，它被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的相同受讓人，在這里作為參考和本發(fā)明相結(jié)合。本發(fā)明涉及“頻率調(diào)制無線電中用于載波頻率補償?shù)难b置，方法和制造條款”，其序號為No:__________,IBM文檔號No.:RA9-96-038，于_______________申請，它被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的相同受讓人，在這里將它作為參考和本發(fā)明相結(jié)合。
本發(fā)明涉及諸數(shù)字控制的無線電通信設(shè)備，更特別的是涉及在一個FM無線電設(shè)備的載波頻率中的誤差補償。
大多數(shù)無線調(diào)制解調(diào)器利用晶體控制振蕩器，以便產(chǎn)生一個本地振蕩器頻率，用于通過一個天線向空氣接口發(fā)射諸數(shù)據(jù)信號和從空氣接口接收諸數(shù)據(jù)信號。晶體控制振蕩器用于法律所要求的地方(例如，諸廣播和民用頻段發(fā)射機)，其中僅在一些頻率上進行諸工作并且空間成為一個問題的地方(即，不能方便地使用一個龐大的調(diào)諧電路，但能夠用一個較緊湊的晶體代替它的地方)。由于在諸晶體元件中有諸多變化，所以通常存在和具體的晶體振蕩器元件相關(guān)的頻率偏移。
當(dāng)大量制造FM無線電發(fā)射機和/或接收機時，由于在晶體中的諸固有的差異引起在諸晶體振蕩器元件中的諸變化，所以每個裝置的載波頻率將是不同的。在發(fā)射機中，這導(dǎo)致發(fā)射信號發(fā)生頻偏。在一個使用FM無線電發(fā)射機的無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中，對于無線電-數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的用戶來說，載波頻率誤差引起數(shù)據(jù)誤差邊限的丟失，諸較高的位誤差率，這些都導(dǎo)致較多的數(shù)據(jù)幀被錯誤地發(fā)射出去，較多的再試和較慢的被覺察的吞吐量。在四級數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，如RD-LAP中，這種誤差邊限的丟失是特別重要的。
在接收機中，接收機的頻率和一個發(fā)射基地臺的頻率之間的不匹配引起接收的解調(diào)的信號有一個DC偏壓偏置。頻率的不匹配可以由發(fā)射機，接收機或它們二者的組合的諸晶體振蕩器元件中的諸變化引起。在使用FM無線電接收機的無線電-數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中，載波頻率和接收機的本地振蕩器頻率之間的不匹配，對于無線電-數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的用戶來說，引起數(shù)據(jù)誤差邊限(error margin)的丟失，諸較高的位誤差率，它導(dǎo)致較多的數(shù)據(jù)幀被錯誤地發(fā)射出去，較多的再試和較慢的被覺察的吞吐量。在四級數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，如RD-LAP中，這種誤差邊限的丟失是特別重要的。
在發(fā)射機，傳統(tǒng)地通過用硬件技術(shù)拉制(tweak)晶體振蕩器與使晶體振蕩器穩(wěn)定化，和/或通過規(guī)定用能提供一個較小的頻率偏移的較精確與較昂貴的振蕩器元件，減輕了這個問題。類似地，對于接收機來說，已經(jīng)傳統(tǒng)地通過用硬件技術(shù)拉制晶體振蕩器與使晶體振蕩器穩(wěn)定化，和/或通過規(guī)定用能提供一個較小的頻率偏移的較精確與較昂貴的諸振蕩器元件，減輕了這個問題。通常手工地進行拉制，這是一個昂貴的花費時間的和易于產(chǎn)生誤差的過程。又，用有較小的諸頻率偏移的晶體振蕩器元件會增加諸晶體振蕩器元件的價格，從而增加無線電-數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的價格。
對于接收機來說，由于有了自動頻率跟蹤能力，也已經(jīng)減輕了載波頻率誤差的問題。這些技術(shù)分析了一個接收信號在時間過程中的內(nèi)容，并調(diào)整接收機進行補償。然而，當(dāng)跟蹤器企圖鎖定或設(shè)定接收的載波頻率信號時，因為在一個幀開始部分的數(shù)據(jù)能夠帶有誤差地被接收或者完全不能被接收，所以這些技術(shù)并不能完全解決問題。于是，我們會丟失初始的諸數(shù)據(jù)幀，從而導(dǎo)致較少的數(shù)據(jù)吞吐量。
在現(xiàn)有技術(shù)中可以清楚地感受到這些未解決的問題和缺陷，但通過本發(fā)明用如下描述的方式使它們得到了解決。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一個用于對載波頻率誤差進行補償?shù)姆椒?，裝置和制造條款已經(jīng)滿足了上面提出的諸要求。從一個天線接收一個FM信號，并將接收的諸FM信號提供給一個接收機。接收機取得在載波頻率上的FM信號，并輸出一個基帶信號。然后，由一個DSP對這個基帶信號進行處理，DSP提供載波頻率補償和進行解碼，以便產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)流，一個微處理器將該數(shù)據(jù)流提供給一個主機設(shè)備。在FM載波頻率和用于解調(diào)FM信號的頻率之間的諸頻率差能夠在產(chǎn)生的基帶信號中產(chǎn)生一個頻移。DSP通過用一個接收補償值并將它應(yīng)用到每一個接收的信號取樣上，對這種頻率差進行補償。當(dāng)發(fā)射時，通過一個微處理器將要發(fā)射的數(shù)據(jù)從主機設(shè)備提供給DSP。DSP對數(shù)據(jù)進行編碼和提供載波頻率補償，以便向一個發(fā)射機提供一個基帶信號，該發(fā)射機對基帶信號進行調(diào)制，以便產(chǎn)生一個在一個希望的載波頻率上的FM信號。在希望的FM載波頻率和用于調(diào)制基帶信號的頻率之間的諸頻率差能夠在諸接收機系統(tǒng)中產(chǎn)生諸誤差。DSP通過用一個發(fā)射補償值并將它應(yīng)用到每一個經(jīng)編碼的信號取樣上，對這樣一個頻率差進行補償。
本發(fā)明的一個目的是提供較不易產(chǎn)生誤差的FM通信。
本發(fā)明的進一步的目的是提供能減少再發(fā)射次數(shù)的FM通信。
本發(fā)明的一個目的是提供有較高吞吐量的FM通信。
本發(fā)明的另一個目的是提供載波頻率誤差補償，它允許以較低的費用建造無線電系統(tǒng)。
本發(fā)明的進一步的目的是提供對通信時間線路有一個最小沖擊的諸FM通信。
本發(fā)明的又一個目的是提供載波頻率誤差補償，它對自動頻率校正機制有較小的依賴性。
本發(fā)明的又一個目的是提供載波頻率誤差補償，它對一個自動頻率校正機制有較小的依賴性，使能以較小的誤差接收在一個幀的開始部分的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的又一個目的是提供載波頻率誤差補償，它允許用有較大公差的低成本的元件大量地制造諸FM無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。
我們將從下面的參照諸圖的詳細描述，對本發(fā)明的上述的和其它的諸目的，諸方面和諸優(yōu)點有較好的了解，其中

圖1描述了一臺有一個無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的計算機系統(tǒng)，該無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器能提供發(fā)射和接收的載波頻率補償。
圖2描述了當(dāng)接收一個FM無線電信號時，對載波頻率誤差進行的補償。
圖3描述了當(dāng)發(fā)射一個FM無線電信號時，對載波頻率誤差進行的補償。
圖4描述了對在一個一般的DSP中實施的數(shù)字信號處理進行的一個較詳細的觀察。
圖5描述了一個FM無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，它在接收和發(fā)射FM無線電信號時提供載波頻率誤差補償。
圖6描述了一個根據(jù)本發(fā)明的接收FM信號的方法。
圖7描述了一個根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射FM信號的方法。
圖8描述了一個用于為一個FM無線電設(shè)備確定和存儲諸補償值的配置。
圖9描述了一個本地振蕩器晶體的頻率誤差。
圖10描述了基帶信號頻移和載波頻率之間的關(guān)系。
一個主機設(shè)備100和無線調(diào)制解調(diào)器101系統(tǒng)的一個概觀如圖1所示。一個無線調(diào)制解調(diào)器101類似于一個有線調(diào)制解調(diào)器，它允許一臺計算機或其它的設(shè)備發(fā)送和接收來自諸外部源的數(shù)據(jù)。主機設(shè)備100可以是一臺計算機，如一臺膝上型計算機，掌上型計算機，個人數(shù)字輔助(PDA)型計算機，PC(個人計算機)，主機，基地臺，轉(zhuǎn)接設(shè)備或其它處理設(shè)備。無線調(diào)制解調(diào)器101可以作為一個適配器卡或槽，如一個PCMCLA槽進行安裝，或者可以將它封裝在一個獨立的外殼中。本發(fā)明對一個用于無線通信的載波頻率提供頻率補償。當(dāng)無線電調(diào)制解調(diào)器正在發(fā)射和/或接收諸信號時，可以應(yīng)用頻率補償。可以將本發(fā)明用于任何FM無線電系統(tǒng)，它們包括但不限于下列系統(tǒng)蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)無線電系統(tǒng)，AMPS數(shù)據(jù)無線電系統(tǒng)，蜂窩式數(shù)據(jù)無線電系統(tǒng)，無線電數(shù)據(jù)鏈路接入?yún)f(xié)議(RDLAP)系統(tǒng)和摩托羅拉數(shù)據(jù)通信(MDC)系統(tǒng)。
在優(yōu)選實施例中，無線電調(diào)制解調(diào)器由三個主要的部件組成一個微處理器103，一個數(shù)字信號處理機(DSP)105和包括一個天線的無線電設(shè)備107。微處理器103包括存儲器(即，在優(yōu)選實施例中，靜態(tài)的隨機存取存儲器(SRAM)和/或快閃存儲器和/或動態(tài)的隨機訪問存儲器(DRAM))和相關(guān)的電路，它負責(zé)和主計算機100或想要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的其它的設(shè)備的連接。它可以提供其它的諸功能，如緩沖；諸調(diào)制解調(diào)器管理功能；DSP配置和自舉或起動；無線電配置和自舉或起動；和消息傳送及協(xié)議管理。微處理器也能控制信道和頻率分配以及對頻率合成器或頻率發(fā)生器進行控制，頻率合成器或頻率發(fā)生器利用晶體為諸RF信號的調(diào)制和解調(diào)提供在所需的諸頻率上的諸信號。微處理器也能提供協(xié)議堆棧的諸附加的層，如CDPD MAC(介質(zhì)存取控制)層，和RD-LAP服務(wù)子層。微處理器接口允許調(diào)制解調(diào)器接收來自主機設(shè)備的數(shù)據(jù)和諸命令并向主機設(shè)備提供數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。
DSP 105提供諸發(fā)射功能，包括對發(fā)射的諸信號進行編碼和載波頻率補償。DSP 105提供諸接收功能，包括對接收的諸信號進行解碼和載波頻率補償。在優(yōu)選的實施例中，DSP 105提供為對被發(fā)射的諸信號和被接收的諸信號進行載波頻率補償?shù)奶幚怼ＶTDSP功能是由DSP對在DSP管道中的數(shù)據(jù)或諸數(shù)據(jù)流執(zhí)行的一個或多個指令?？梢詮暮虳SP相關(guān)的存儲器或和無線電調(diào)制解調(diào)器相關(guān)的存儲器得到這些指令。微處理器能夠幫助將諸DSP指令從非易失性存儲器加載到易失性或DSP存儲器，并且甚至能夠加載來自一個主機設(shè)備的諸指令。于是，能夠?qū)⒅TDSP指令分配給任何用于攜帶諸軟件指令的介質(zhì)。能夠?qū)⒅TDSP指令存儲在裝在DSP內(nèi)部的無線電調(diào)制解調(diào)器上的非易失性存儲器中，或存儲在諸存儲裝置，如ROM，EEPROM，快閃存儲器或任何其它的可由DSP進行訪問的存儲裝置中。我們將在下面對DSP105的諸功能進行詳細的討論。
在優(yōu)選的實施例中，無線電設(shè)備107由一個用于對諸信號進行調(diào)制的發(fā)射機及一個用于對諸信號進行解調(diào)的接收機組成。發(fā)射機和接收機可以通過一個天線共用器共用一個公共天線109。發(fā)射機負責(zé)用一個基帶信號和一個本地振蕩器信號產(chǎn)生一個在一個載波頻率上的FM信號(即，根據(jù)基帶信號對載波頻率進行調(diào)制)。接收機負責(zé)用一個本地振蕩器信號從一個FM信號產(chǎn)生一個基帶信號(即，用一個變化的載波頻率對FM信號進行解調(diào)，以便提供基帶信號)。無線電設(shè)備107或諸通信電路提供對一個網(wǎng)絡(luò)或連接(即，優(yōu)選實施例的無線或蜂窩式網(wǎng)絡(luò))的實際訪問。無線電設(shè)備107，如在諸蜂窩式調(diào)制解調(diào)器中間很普通的那樣，可以有它自己的電池。我們用一個天線發(fā)射和接收來自空氣接口的諸電磁通信信號。我們將在下面對發(fā)射機和接收機進行詳細的討論。
在優(yōu)選的實施例中，將無線電調(diào)制解調(diào)器裝配在一個主機設(shè)備的一個PCMCLA槽中。這樣，無線調(diào)制解調(diào)器包括一個PCMCLA連接器和PCMCLA接口邏輯電路，用于給調(diào)制解調(diào)器提供一個外部接口。注意可以從PCMCLA卡的外部安置調(diào)制解調(diào)器的諸不同元件(即，電池，天線，無線電設(shè)備)。注意在發(fā)射機和接收機兩者中，示出了在一個指定的頻率上的一個本地振蕩器信號。然而，注意可以利用一個信號晶體產(chǎn)生用于多個頻率和信道的本地振蕩器信號。又，注意盡管我們僅用單個RF級描述本發(fā)明，但是可以用多級，如在諸超外差式接收機中的那樣。于是，將不畫出諸IF級，諸濾波器和諸放大器，也不對它們進行討論。
頻率調(diào)制(FM)，和一個基帶信號的平均值成正比地改變載波頻率，或者如果諸信道被多路復(fù)用，則改變一個中頻。對于頻率調(diào)制來說，用基帶信號調(diào)制載波頻率。大多數(shù)無線調(diào)制解調(diào)器利用晶體控制的振蕩器產(chǎn)生一個本地振蕩器頻率，將該頻率用于通過一個天線，將諸數(shù)據(jù)信號發(fā)射給空氣接口或者從空氣接口接收諸數(shù)據(jù)信號。由于在諸晶體元件中的諸變化，通常存在一個和特殊的晶體振蕩器的諸元件相關(guān)的頻率偏移。如圖9所示，一個給定的晶體元件有一個表示為ΔC的頻率偏移。可以將諸晶體元件用于產(chǎn)生在許多頻率上的諸信號。這樣，能夠用一個晶體支持在諸不同頻率上的多個本地振蕩器信號。為了使頻率偏移最小，用諸可調(diào)諧的元件制造諸電路，使得這些電路能被手工地調(diào)諧，以便使頻率偏移最小。我們用大規(guī)模生產(chǎn)的諸FM無線電元件，其中頻率偏移對于在每一個設(shè)備中的每一個晶體都是不同的，來實現(xiàn)這一點。諸晶體元件的成本直接和偏移量(即，ΔC的大小)有關(guān)。ΔC越小，成本越高。除了諸晶體元件和付出勞動力的成本外，緊張的拉制過程必然要增加諸可調(diào)諧的晶體元件的成本。
對諸接收信號的載波頻率補償本發(fā)明提供對一個FM信號用于調(diào)制的頻率和用于解調(diào)的頻率之間的任何頻率差進行的補償。于是，提供了對在一個接收的FM信號的載波頻率和無線調(diào)制解調(diào)器的本地振蕩器頻率之間的頻率差的補償。圖2說明用于接收諸FM信號的信號路徑。從一個天線109接收一個FM信號，并將接收的FM信號提供給接收機201。接收機201取得在載波頻率上的FM信號，并輸出一個基帶信號。然后，由DSP105對這個基帶信號進行處理，以便產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)流，微處理器103將該數(shù)據(jù)流提供給主機設(shè)備。接收機201取得在載波頻率上的FM信號，并輸出一個基帶信號。在用一個混頻器和一個本地振蕩器但為了簡單起見略去了任何放大器及濾波器的圖2中對此作了說明。注意可以利用諸其它技術(shù)從接收的經(jīng)FM調(diào)制的信號產(chǎn)生一個基帶信號。于是，可以和能產(chǎn)生一個或多個基帶信號的中頻(IF)處理一起使用多個混頻器級。為了簡單起見略去了IF級和諸放大器及諸濾波器。
應(yīng)該注意當(dāng)接收一個在一個載波頻率上的FM信號時，在FM載波頻率和本地振蕩器頻率之間的差產(chǎn)生一個正比于這二個頻率之間的差的電壓。對FM信號進行解調(diào)，從FM信號的變化的載波頻率恢復(fù)基帶信號，這就是FM調(diào)制。然而，如果接收的本地振蕩器頻率(即，用于解調(diào)的頻率)和發(fā)射本地振蕩器所用的頻率(即，用于調(diào)制的頻率)不相同，則在基帶信號中發(fā)生一個非有意產(chǎn)生的頻率差或頻率偏移，這個差正比于發(fā)射機的本地振蕩器和接收機的本地振蕩器之間的頻率差。在圖10中對它進行了說明。假設(shè)一個在載波頻率fC上的FM信號(即，由一個發(fā)射機的本地振蕩器在fC上產(chǎn)生的)，那么依賴于接收機的本地振蕩器的頻率，可能使由FM接收機產(chǎn)生的基帶信號發(fā)生頻率移動(即，有一個不是有意設(shè)置的DC偏壓)。如圖10所示，如果fLO=fC，那么產(chǎn)生基帶信號C。如果fLo=fC+ΔC/2，那么基帶信號發(fā)生如A所示的頻移。如果fLO=fC-ΔC/2，那么基帶信號發(fā)生如B所示的頻移。發(fā)射機的本地振蕩器信號和接收機的本地振蕩器信號之間的諸頻率差在基帶信號中產(chǎn)生一個DC偏壓偏置(即，基帶信號發(fā)生頻移)。
本發(fā)明對這種頻移進行補償。在優(yōu)選的實施例中，這通過用一個接收補償值在DSP中完成。DSP對載波頻率和接收機的本地振蕩器頻率之間的頻率誤差提供調(diào)整?？梢詫⒔邮昭a償值存儲在DSP或和DSP相關(guān)的存儲器中或存儲在可由DSP存取的NVM存儲器中。我們將在下面對接收補償值的確定進行討論。注意圖4說明了DSP的發(fā)射和接收有載波頻率補償?shù)闹TFM信號的諸功能。如圖4所示，一個A/D變換器415將來自接收機的基帶信號變換為一個或多個數(shù)字取樣。然后用一個接收補償值對諸數(shù)字取樣進行調(diào)整，數(shù)字取樣可以有任何位長度但是典型的是8或16位?？梢詫⒔邮昭a償值加到每個取樣的值上或從每個取樣的值減去接收補償值，這依賴于用在無線調(diào)制解調(diào)器中的晶體的諸特性。注意可以用任何形式的二進制算術(shù)運算來實施這種調(diào)整。能夠?qū)⑦@種調(diào)整看作是使基帶信號頻移到所希望的頻段(即，圖10的C)而不管在用于解調(diào)接收的FM信號的本地振蕩器頻率和用于調(diào)制FM信號的本地振蕩器頻率之間存在的任何頻率差。然后，用諸標(biāo)準(zhǔn)的解碼功能使諸經(jīng)補償?shù)臄?shù)字取樣解碼，如圖4的解碼器419所示。符號時鐘421和Rx Acquire & Steady State 423(Rx獲取和穩(wěn)態(tài)423)一起工作，以便使設(shè)備的符號時鐘和基地臺的(發(fā)射機的)符號時鐘同步。DC估算器425跟蹤接收信號并提供對時間的平均的DC偏壓電平。檢測器429輸出數(shù)字數(shù)據(jù)，然后該數(shù)字數(shù)據(jù)被處理以除去任何發(fā)射誤差及前向糾錯編碼及成幀信息，為了無線發(fā)射將它們加入進來。然后，由微處理器向主機設(shè)備提供數(shù)據(jù)。
接收和處理一個FM信號的方法如圖6所示。在步驟601用一個本地振蕩器信號使一個有一個載波頻率的FM信號解調(diào)，以便產(chǎn)生一個基帶信號。在步驟603，將基帶信號數(shù)字化或變換成一個或多個數(shù)字取樣。在步驟605，用一個接收補償值對每個數(shù)字取樣進行調(diào)整。在步驟607，使經(jīng)補償?shù)臄?shù)字取樣流解碼，以便輸出數(shù)字數(shù)據(jù)流。
對諸發(fā)射信號的載波頻率補償我們已經(jīng)在上面對諸接收的FM信號的載波頻率補償進行了討論。也能為諸發(fā)射的FM信號提供載波頻率補償。通常，將基帶信號的DC偏壓電平，它被饋送到發(fā)射機，固定在一個設(shè)計點或希望的電平上。然而，能夠根據(jù)本地振蕩器頻率和所希望的發(fā)射的FM信號載波頻率之間的頻率差調(diào)整DC偏壓電平。圖3說明了用于通過本發(fā)明的一個FM無線電調(diào)制解調(diào)器發(fā)射諸FM信號的信號路徑。將被發(fā)射的數(shù)據(jù)從一個主機設(shè)備提供給無線調(diào)制解調(diào)器到達微處理器或微控制器103。微處理器103將這個數(shù)據(jù)提供給DSP 301。微處理器可以提供消息格式化和成幀的功能。DSP 301實施編碼和載波頻率補償功能，以便產(chǎn)生一個模擬基帶信號。發(fā)射機303用一個在一個本地振蕩器頻率上的本地振蕩器信號對模擬基帶信號進行調(diào)制或混頻，以便產(chǎn)生一個在一個載波頻率上的FM信號，將該信號通過天線109發(fā)射出去。
DSP 301對希望的發(fā)射載波頻率和本地振蕩器頻率之間的頻率誤差提供調(diào)整?？蓪l(fā)射補償值存儲在DSP或和DSP相關(guān)的存儲器中或存儲在可由DSP或微控制器存取的NVM存儲器中。我們將在下面對發(fā)射補償值的確定進行討論。如上面注意到的，當(dāng)發(fā)射一個在一個載波頻率上的FM信號時，任何在發(fā)射的實際的FM載波頻率和一個信道所希望的FM頻率之間的差能夠產(chǎn)生一個和在接收機系統(tǒng)中的這二個頻率之間的差成正比的電壓。于是，如果接收機系統(tǒng)正在期待一個在fC的載波頻率，但是發(fā)射機正在fC+Δ或fC-Δ的頻率上進行發(fā)射(即，使用一個在這些頻率上的本地振蕩器)，則會在接收機中引起諸誤差或誤差邊限的丟失。即便接收機提供載波頻率誤差補償，因為接收補償需要花費時間去起作用，在這段時間中可能丟失數(shù)據(jù)，所以在接收機中引起諸誤差或誤差邊限丟失的情形可能是實際存在的。
然而，如果發(fā)射機的本地振蕩器頻率和希望的載波頻率不相同，則能夠調(diào)整模擬的基帶信號的DC偏壓值，以便提供在希望的頻率上的發(fā)射。通過正比于發(fā)射機的本地振蕩器頻率和希望的載波頻率之間的頻率差，頻移基帶信號，能在希望的載波頻率上產(chǎn)生一個FM信號。在圖10中對它進行了說明。于是，如果發(fā)射機用一個本地振蕩器頻率，其中該頻率等于希望的發(fā)射機頻率，那么fLO=fC，并且可以沒有任何補償或頻移地使用基帶信號C。如果發(fā)射機用一個本地振蕩器頻率，其中該頻率大于希望的發(fā)射載波頻率，那么fLO=fC+ΔC/2。于是，在如A所示基帶信號向下頻移的情形中，基帶信號的DC偏壓減小，并且產(chǎn)生的FM信號有希望的載波頻率。如果發(fā)射機用一個本地振蕩器頻率，其中該頻率小于希望的發(fā)射載波頻率(即，fLO=fC-ΔC/2)，則如B所示基帶信號向上頻移，于是基帶信號的DC偏壓增加，并且產(chǎn)生的FM信號有希望的載波頻率。通過加上或減去一個DC偏壓信號使基帶信號發(fā)生頻移，在發(fā)射的載波頻率中產(chǎn)生一個頻率移動。
在優(yōu)選的實施例中，通過用一個發(fā)射補償值在DSP中完成載波頻率補償。我們將在下面對發(fā)射補償值和一個用于確定發(fā)射補償值的技術(shù)一起進行討論。如圖4所示，將用于發(fā)射的數(shù)據(jù)從微處理器提供給編碼器400。如圖4所示的編碼器包括成幀器401，它引起加到數(shù)據(jù)上的標(biāo)號T和循環(huán)冗余代碼(CRC)?？梢约由瞎潭ǖ哪Ｊ?，如符號同步和幀同步，以便幫助在接收機上進行的解碼。也可以將信道狀態(tài)數(shù)據(jù)嵌入數(shù)據(jù)中?？梢杂们跋蚣m錯403(如里德-索洛蒙)，或者可以將其它的誤差檢測和/或校正信息加到數(shù)據(jù)/符號流上。根據(jù)希望的通信協(xié)議，可以利用格子或卷積編碼或其它的編碼方案。將一個數(shù)字濾波器405用于數(shù)據(jù)/符號流，以便產(chǎn)生希望的波形成形。然后，在補償器409中用一個發(fā)射補償值對諸數(shù)字取樣，它們可以有任何位長度，但是典型的是8或16位，進行調(diào)整?？梢詫l(fā)射補償值加到每個取樣的值上或從每個取樣的值減去發(fā)射補償值，這依賴于用在無線調(diào)制解調(diào)器中的晶體的諸特性。注意可以用任何形式的二進制算術(shù)運算來實施這種調(diào)整。能夠?qū)⑦@種調(diào)整看作是根據(jù)在本地振蕩器頻率和希望的發(fā)射機載波頻率之間的頻率差，使基帶信號頻移到希望的頻段。將諸數(shù)字取樣提供給一個A/D變換器411。然后，將諸經(jīng)補償?shù)臄?shù)字取樣變換到一個有適當(dāng)?shù)腄C偏壓電平的模擬基帶信號，以便產(chǎn)生希望的發(fā)射載波頻率。然后，由發(fā)射機用本地振蕩信號對基帶信號進行調(diào)制，以便產(chǎn)生在希望的載波頻率上的FM信號，通過天線將該信號發(fā)射出去。
發(fā)射一個FM信號的方法如圖7所示。在步驟701輸入要發(fā)射的數(shù)據(jù)。在步驟703將數(shù)據(jù)進行編碼，以便產(chǎn)生諸信號取樣。在步驟705用一個發(fā)射補償值對每個取樣進行補償。在步驟707將諸取樣變換為一個模擬基帶信號。然后，在步驟709用基帶信號對一個本地振蕩器信號進行調(diào)制，并在步驟711將FM信號發(fā)射出去。
收發(fā)信機的工作當(dāng)如上所述接收或發(fā)射諸FM信號時，可以用本發(fā)明對諸載波頻率差進行補償。我們應(yīng)該注意當(dāng)接收或發(fā)射諸FM信號時，可以將本發(fā)明用于一個提供載波頻率補償?shù)臒o線調(diào)制解調(diào)器。一個用于實施這二者的DSP如圖4所示。用一個天線共用器可以共用一個天線，或者發(fā)射機和接收機可以利用各自的天線。注意在優(yōu)選的實施例中，對發(fā)射信號和接收信號二者提供載波頻率補償。在優(yōu)選的實施例中，諸載波頻率補償值(即，接收補償值和發(fā)射補償值)在性質(zhì)上是不同的。
確定補償值在上面已經(jīng)描述了諸補償值對接收和發(fā)射諸FM通信信號的應(yīng)用。我們將在這里描述一個用于在無線調(diào)制解調(diào)器中確定這些補償值和存儲這些補償值的技術(shù)。
圖8描述了一個用于在無線電調(diào)制解調(diào)器中確定諸補償值和將諸補償值保存起來的試驗設(shè)置。試驗的環(huán)境由一個接收機/發(fā)射機801和一個試驗控制器805組成，試驗控制器805在優(yōu)選的實施例中是一臺適當(dāng)裝備的PC(個人計算機)。試驗控制器805能夠?qū)懞妥x來自無線調(diào)制解調(diào)器的存儲器的信息，并且能夠像一個主機設(shè)備那樣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如圖所示，也可將試驗控制器805用于控制接收機/發(fā)射機801。用接收機/發(fā)射機801為試驗中的設(shè)備(DUT)803產(chǎn)生諸FM信號，并且接收來自DUT 803的諸FM無線電信號。
當(dāng)DUT正在發(fā)射諸FM信號時，為了確定所用的發(fā)射補償值，使用下列的過程1)試驗控制器指示DUT去發(fā)送一個試驗信號。
2)試驗接收機測量DUT的載波頻率。
3)試驗控制器改變在DUT的DSP中的發(fā)射補償值，直到試驗接收機檢測出(或向試驗控制器指出或確定)發(fā)射機頻率是正確的為止。
4)然后，試驗控制器將發(fā)射補償值保存在DUT的非易失性存儲器中。
當(dāng)DUT正在接收諸FM信號時，為了確定所用的接收補償值，使用下列的過程1)試驗發(fā)射機產(chǎn)生一個在一個試驗載波頻率上的FM信號。
2)試驗控制器從在DUT的DSP中的DC估算器讀出校正值。
3)試驗控制器改變在DUT的DSP中的接收補償值，直到讀出的校正值等于零為止。
4)然后，試驗控制器將接收補償值保存在DUT的非易失性存儲器中。
如上所述，當(dāng)制造諸調(diào)制解調(diào)器時，能夠?qū)⒅T校準(zhǔn)和補償確定過程有利地應(yīng)用于諸無線調(diào)制解調(diào)器。在確定了頻率誤差后，就能夠由DSP確定補償值并將它存儲起來以便訪問。能夠?qū)γ總€制造的裝置確定補償值(即，DC偏壓電平)。然后，將補償值用于對每個無線電設(shè)備的載波頻率中的誤差或偏置進行補償。于是，本發(fā)明提供了一個有較小載波頻率偏差的無線電調(diào)制解調(diào)器。此外，因為在這種方式中，能夠用工作在一個較大的頻率范圍上的諸振蕩器元件實現(xiàn)頻率誤差補償，所以可以使用價格較低的諸振蕩器元件。這種技術(shù)允許用較不精確和較不昂貴的諸晶體振蕩器元件，大量制造較精確的諸產(chǎn)品。進一步，它消除了在載波頻率源(即，在發(fā)射機)或在目的地(即，在接收機)或在二者(在發(fā)射機和接收機)中的載波頻率變化。通過在正確的頻率上進行發(fā)射，在接收機中對自動頻率校正機制有較小的依賴性，并且以較小的諸誤差接收在一個發(fā)射的幀的開始部分的數(shù)據(jù)。類似地，通過對任何載波頻率誤差，對接收信號進行補償，在接收機中對自動頻率校正機制有較小的依賴性，并且以較小的諸誤差接收在一個發(fā)射的幀的開始部分的數(shù)據(jù)。
雖然在這里根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了詳細的描述，但是那些熟練的技術(shù)人員可以對其作出諸修改和諸變化。因此，附加的權(quán)利要求書有意覆蓋所有的這種修改和變化，因為它們?nèi)匀惶幵诒景l(fā)明的真正的精神和范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一個無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，包括一個數(shù)字信號處理機，它輸入一個數(shù)字輸入流，將數(shù)字輸入流編碼，以便產(chǎn)生一個數(shù)字取樣流，用一個發(fā)射補償值對每個所述的數(shù)字取樣進行補償，將所述的數(shù)字取樣流變換為一個模擬基帶信號；一個本地振蕩器，它產(chǎn)生一個本地振蕩器頻率；和一個發(fā)射機，它用模擬基帶信號對本地振蕩器頻率進行調(diào)制，以便提供一個FM信號，其中由數(shù)字信號處理機提供的補償對一個在本地振蕩器和載波頻率之間的差進行補償。
2．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中將FM信號在一個有一個分配的發(fā)射頻段的分配的信道上發(fā)射出去。
3．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中通過一個和發(fā)射機耦合的天線，將FM信號發(fā)射出去。
4．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中由一個可編程的頻率合成器提供本地振蕩器頻率，可編程的頻率合成器用一個晶體產(chǎn)生多個頻率。
5．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中使數(shù)字輸入流編碼包括成幀，前向糾錯和濾波。
6．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，，它進一步包括一個和數(shù)字信號處理機耦合的微處理器，所述的微處理器將數(shù)字數(shù)據(jù)流提供給數(shù)字信號處理機。
7．權(quán)利要求6的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中微處理器提供一個從無線電調(diào)制解調(diào)器到一個外部設(shè)備的接口。
8．權(quán)利要求6的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中微處理器提供一個PCMCIA接口。
9．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中本地振蕩器使用一個晶體。
10．權(quán)利要求1的無線電調(diào)制解調(diào)器，進一步包括一個接收機，用于解調(diào)從一個天線接收的一個FM信號，所述的接收機產(chǎn)生一個接收的模擬基帶信號，用一個接收的本地振蕩器產(chǎn)生一個接收的本地振蕩器頻率，以便提供接收的模擬基帶信號，其中數(shù)字信號處理機將模擬基帶信號變換成一個數(shù)字取樣流，并使數(shù)字取樣流解碼，以便產(chǎn)生一個接收的數(shù)字數(shù)據(jù)流。
11．權(quán)利要求10的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中用一個天線共用器在接收機和發(fā)射機之間對天線實施多路復(fù)用。
12．一種發(fā)射方法，包括下列步驟將一個數(shù)字數(shù)據(jù)流編碼，以便產(chǎn)生一個經(jīng)編碼的數(shù)字取樣流；用一個發(fā)射補償值對每個所述的經(jīng)編碼的數(shù)字取樣進行補償，其中所述的發(fā)射補償值與一個本地振蕩器的頻率和一個希望的載波頻率之間的差成正比；將所述的經(jīng)補償和編碼的數(shù)字取樣變換為一個模擬基帶信號；用一個在一個本地振蕩器頻率上的本地振蕩器信號對模擬基帶信號進行調(diào)制，以便產(chǎn)生一個頻率調(diào)制信號；和將所述的頻率調(diào)制信號發(fā)射出去。
13．一個制造法規(guī)，它包括一個有一個DSP可讀程序的DSP可用介質(zhì)，DSP可讀程序嵌入所述的介質(zhì)內(nèi)，其中當(dāng)在一個DSP上執(zhí)行DSP可讀程序時，DSP可讀程序使DSP將一個數(shù)字數(shù)據(jù)流編碼，以便產(chǎn)生一個經(jīng)編碼的數(shù)字取樣流；用一個發(fā)射補償值對每個所述的經(jīng)編碼的數(shù)字取樣進行補償，其中所述的發(fā)射補償值與一個在一個本地振蕩器的頻率和一個希望的載波頻率之間的差有關(guān)；將所述的經(jīng)補償和編碼的數(shù)字取樣變換為一個模擬基帶信號。
14．權(quán)利要求8的無線電調(diào)制解調(diào)器，進一步包括一個接收機，用于解調(diào)從一個天線接收的一個FM信號，所述的接收機產(chǎn)生一個接收的模擬基帶信號，用一個接收的本地振蕩器產(chǎn)生一個接收的本地振蕩器頻率，以便提供接收的模擬基帶信號，其中數(shù)字信號處理機將模擬基帶信號變換為一個數(shù)字取樣流，并使數(shù)字取樣流解碼，以便產(chǎn)生一個接收的數(shù)字數(shù)據(jù)流。
15．權(quán)利要求14的無線電調(diào)制解調(diào)器，其中用一個天線共用器在接收機和發(fā)射機之間對天線實施多路復(fù)用。
全文摘要
本申請公布了一個用于對載波頻率誤差進行補償?shù)姆椒?裝置和制造法規(guī)。從一個天線接收一個FM信號,并將接收的FM信號提供給一個接收機。接收機取得在載波頻率上的FM信號并輸出一個基帶信號。然后,由一個DSP(301)對這個基帶信號進行處理,DSP(301)提供載波頻率補償和進行解碼,以便產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)流,一個微處理器將該數(shù)據(jù)流提供給一個主機設(shè)備。在FM載波頻率和用于使FM信號解調(diào)的頻率之間的諸頻率差能夠使基帶信號的DC偏壓電平發(fā)生頻移。通過用一個接收補償值和將它應(yīng)用到每個接收的信號取樣上,DSP對這種頻率差進行補償。當(dāng)發(fā)射時,通過一個微處理器(103)將要發(fā)射的數(shù)據(jù)從主機設(shè)備提供給DSP。DSP對數(shù)據(jù)實施編碼和提供數(shù)據(jù)的載波頻率補償,以便將一個基帶信號提供給一個發(fā)射機(303),發(fā)射機(303)對基帶信號進行調(diào)制,以便產(chǎn)生一個在一個希望的載波頻率上的FM信號。在希望的FM載波頻率和用于調(diào)制基帶信號的頻率之間的諸頻率差能夠在諸接收機系統(tǒng)中產(chǎn)生諸誤差。通過用一個發(fā)射補償值和將它應(yīng)用到每個經(jīng)編碼的信號取樣上,DSP對這樣一個頻率差進行補償。
文檔編號H04L27/12GK1220797SQ97194907
公開日1999年6月23日 申請日期1997年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月24日
發(fā)明者安德魯·德懷特·丁索 申請人:國際商業(yè)機器公司