专利名称：移频键控关联接收器计时复原法则及移频键控关联接收器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种数字移频键控关联接收器(frequency shiftkeying correlation receiver)计时复原的法则(algorithm)及使用该法则的频键控关联接收器。且较特别的是，有关于一种在其中使用具有一个位图案(bit pattern)的训练序列(training sequence)，以决定一个用来做为计时复原的调整量的一种数字移频键控关联接收器计时复原法则及使用该法则的频键控关联接收器。
背景技术：
随着无线技术对世界所带来的具大变化，涵盖广大范围成本的不同产品，已经被陆续发展出来，以满足客户的需求。因其高效能和著名的技术，数字移频键控(以下简称FSK)已经被广泛使用在无线系统中。在任何公知的FSK关联接收器中，都必须具有一种外部同步电路和计时复原电路，以分别做为位同步(bit synchronization)、时脉复原(clock recovery)和计时复原(timing recovery)之用。该外部计时复原电路包括多个逻辑、判断、和取样电路，所以制造成本高昂。公知技术使用各种著名的计时复原方法，像是开回路(open-loop)计时复原、光谱线(spectral-line)计时复原、矩形脉冲(squaring)计时复原、零交叉同步装置(zero-crossing synchronizer)、数据转态追踪回路(datatransition tracking loop)、Mueller和Muller同步装置等等。然而，任何公知的FSK关联接收器中都必须具有一种外部同步电路和计时复原电路，以分别做为位同步、时脉复原和计时复原之用。所有上述电路都相当复杂，使得整体电路片(die)尺寸和成本增加，因此无法适用于需要低制造成本和高效率的低成本无线装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种FSK关联接收器所用的法则，只需要使用一个简单电路，而不需要额外复杂的同步和计时复原电路，就可以提供位同步、时脉复原、和计时复原。这种用在FSK关联接收器中，提供时脉复原和计时复原功能的法则，可以大量降低整体电路片尺寸和成本。
为达成上述和其它目的及与本发明目的保持一致，有关本发明的细节将在以下详细说明。本发明提供一种FSK接收器计时复原法则，该法则细节如下所述。首先会从传送器接收一个训练序列，该训练序列与一个预定参考信号互相关联，以产生一个相对应关联值(correlation value)。FSK接收器的计时状态是根据该所产生的关联值所决定。如果FSK接收器是在计时错误状态(timing-inaccurate status)，则会根据该关联值决定一个FSK接收器计时调整(timing adjustment)。
在上述计时复原法则中，训练序列包括一个位图案，而该位图案包括复数个位。一种可选择的方法是将位图案中的每一位分为复数个点，每一位的点都被用来与FSK接收器中的预定参考信号互相关联，而且在其中产生关联值。在一个较佳实施例中，关联值是通过将具有预定参考信号的位图案与一个关联表互相关联而产生的。在上述的位图案中，位图案的第一个位和最后一个位，都并未被用在FSK接收器的关联动作中。
在上述的计时复原法则中，FSK接收器的计时错误状态包括一个延迟条件(lag condition)。在这个延迟条件中，FSK接收器的计时，会根据关联值所决定的调整加速，以与传送器计时相匹配。在上述的计时复原法则中，FSK接收器的计时错误状态更加包括一个领先条件(lead condition)。在这个领先条件中，FSK接收器的计时，会根据关联值所决定的调整减速，以与传送器计时相匹配。
为达成上述和其它目的及与本发明目的保持一致，有关本发明的细节将在以下详细说明。本发明提供一种FSK接收器计时复原法则，该法则细节如下所述。首先会从传送器接收一个训练序列，该训练序列包括一个第一位图案和一个第二位图案。接下来会侦测该训练序列，以决定所接收到的是第一位图案或是第二位图案。如果接收到的是第一位图案，则将第一位图案与一个第一预定参考信号互相关联，以产生一个第一关联值。如果接收到的是第二位图案，则将第二位图案与一个第二预定参考信号互相关联，以产生一个第二关联值。FSK接收器的计时状态是根据所产生的第一关联值和第二关联值所决定。如果FSK接收器是在计时错误状态，则会根据该关联值决定FSK接收器的计时调整。
在上述计时复原法则中，每一第一位图案和第二位图案都包括复数个位，每一位都被分为复数个点，而且每一位的点都被用在关联动作上。第一位图案和第二位图案的第一个位和最后一个位，都并未被用在FSK接收器的关联动作中。
在另一种可选择的方法中，第一和第二关联值分别是由将第一位图案与第一预定参考信号相关联，以及将第二位图案与第二预定参考信号相关联，再与一个关联表相关联所产生。
FSK接收器的计时错误状态是通过比较所产生的第一关联值和第二关联值所决定。如果第一关联值大于第二关联值，则FSK接收器是处在一个延迟条件，而如果第一关联值小于第二关联值，则FSK接收器是处在一个领先条件。如果FSK接收器是处在一个延迟条件，则FSK接收器会以该调整加速，而如果FSK接收器是处在一个领先条件，则FSK接收器会以该决定的调整减速，以与传送器计时相匹配。
图1为一个具有由传送器所传送的预定位图案的四位训练序列，以及在两个实例中接收器所接收到的两个四位训练序列，其中该两实例一个是延迟条件(实施例I)，另一个是领先条件(实施例II)。
图2为一个本发明的数字FSK关联接收器较佳实施例的方框图。
200数字比较器202a～202d解调器
204a～204d积分器206a～206d开关208a～208d取样装置214数字比较器216决策单元具体实施方式
以下将参考附图中的范例，详细说明本发明的实施例。在所有绘图中，对相同或是类似的零件，将尽量使用相同的参考号码。
本发明提供一种数字FSK关联接收器计时复原法则。接收器将一个所接收的信号与预定参考信号相关联，以产生相对应的关联值，其中该所接收到的信号是一个训练序列或前同步码(preamble)，在此以“训练序列”表示。FSK接收器的计时状态会根据所产生的关联值而定。举例来说，如果FSK接收器是在计时错误状态，如计时是在延迟条件或是领先条件时，则必须调整计时，以符合传送器的正确计时。换句话说，根据通过简单地将训练序列与参考信号相关联而得的关联值调整计时，可以完成一个计时复原程序。时脉周期会通过一个预定周期调整，以与计时相匹配。该调整是随着需求和应用而定。举例来说，在延迟条件中，FSK接收器会以该调整加速，以与传送器计时相匹配。而在领先条件中，FSK接收器会以该调整减速，以与传送器计时相匹配。
数字FSK关联接收器计时复原法则使用与接收器相同的基频解调器(baseband demodulator)做解调(demodulation)，而且并不需要使用在公知技术中做为位同步、时脉复原和计时复原的外部同步电路和计时复原电路。只要在FSK接收器中加入一个非常简单的额外电路，就可以使FSK接收器实现位同步、时脉复原和计时复原的功能。该法则可以应用在像是射频(RF)或宽频(broadband)的任何无线系统。举例来说，该额外电路可以使用数个缓存器和一个简单处理电路，来达成快速而且精确的计时复原动作。所有元件都可以整合在一个芯片上生产，因此可以降低整体的占用空间。以下将详细说明该计时复原法则。
在包括本发明较佳实施例计时复原法则的一个FSK无线系统中，传送器送出一个可程序预定位度的训练序列，举例来说，送出一个具有四位位图案的训练序列。该训练序列包括一个特殊位图案，用在接收器上，以判定在时脉周期中所发生的任何延迟或是领先状况。接收器通过将训练序列与参考信号互相关联，产生一个正关联值Corr(+)和一个负关联值Corr(-)，以决定是否有任何计时延迟或领先。在一个较佳实施例中，一个具有四位长度图案的训练序列，已经足够用在设计和各种应用上。举例来说，“1100”是一个训练序列，而且其每一位都被再分为100个点。因此可以用更精确的方式，使用点来代表时间。具有四位图案的训练序列在决定计时和执行复原方面，已经相当精确，并且可以达到成本和性能之间的平衡。在另一个实施例中，可以使用较长的位长度以得到更好的性能，然而成本也会相对增加。所使用的位长度可以根据不同需求的应用而定。
本发明可以通过将训练序列与参考信号互相关联，以决定是否有计时延迟或领先的状况发生，并且可以自动调整计时复原。传送器送出一对信号，该对信号包括在训练序列之内的一个第一关联信号和一个第二关联信号。该对信号中的每一信号都具有一个四位长度，让接收器当成关联准则(criteria)的一个特定位图案。接收器将该位案与一个像是关联表的参考信号相关连。在理想状况下，接收器和传送器的计时在理论上可以完全相同。然而，因为噪声的影响，其中一个噪声是在所有无线装置中都会存在的附加白色高斯噪声(white Gaussiannoise，AWGN)，传送器和接收器之间的计时会有差异。因此，如何决定用来修正计时的在系统中所发生的位移量是相当重要的课题。
虽然影响每个位的AWGN噪声并不相同，但是整体的影响可以被平均以达成计时复原。这意味着具有四位长度位图案的训练序列可以是“1100”或“0011”。每四个位形成一个单元，而且如果需要的话，每个单元可以完全相同地重复，以改善计时复原的精确度。因其位置限制，使得无法完全捕捉整个范围，所以训练序列位图案的第一位和最后位可以被忽略。因此，在训练序列中只有中间的两个位被用来比较，以执行计时复原。在具有较长位长度的训练序列的实例中，训练序列的第一位和最后位会被忽略，而且其它位会被用来当成位图案。举例来说，如果位长度是8，则位图案的第一和第八位会被忽略，而且其它的六个位会被用来做为关连，以获得更好的精确度。
请参照图1，其为一个具有由传送器所传送的预定位图案的四位训练序列，以及在两个实例中接收器所接收到的两个四位训练序列，其中该两实例一个是延迟条件(实施例I)，另一个是领先条件(实施例II)。这两个条件都需要被调整，以符合传送器的正确计时。换句话说，根据通过将训练序列的位图案分别与参考信号相关联而得的关联值调整计时，可以完成一个计时复原程序。该些参考信号的其中一个是具有+ωt频率的第一参考信号，而另一个是具有-ωt频率的第二参考信号，藉以在接收器中分别获得一个正关联值Corr(+)和一个负关连值Corr(-)。当接收到训练序列之后，接收器会侦测训练序列的位图案，并且决定做为关联的相对应参考信号。根据位图案与参考信号的关联，接下来会决定关联值。举例来说，可以使用一个1/32周期来调整时脉周期以符合计时。举例来说，在延迟条件中，FSK接收器的计时会加快1/32周期，以符合传送器的计时。而在领先条件中，FSK接收器的计时会减慢1/32周期，以符合传送器的计时。
以下将说明本发明较佳实施例的数字FSK关联接收器计时复原法则。首先，传送器在一个正确的时间点送出一个预定的特定位图案。每个位之间的时间被分为用来控制过取样率(over-sampling rate)的复数个点。在一个较佳实施例中，每个位被分为100个点。而在另一个实施例中，每个位可以被分为比100还多的点，以获得更好的分辨率。用来做为所接收训练序列与参考训练信号关联的取样是执行在每一位上，而不是在每个点上。在关联执行完成后，会暂时记录正关联值Corr(+)和负关连值Corr(-)。再将每一信号的每一位值相加在一起。在延迟情况下，整体的正关联值Corr(+)大于整体的负关连值Corr(-)。相反地，在领先情况下，整体的正关联值Corr(+)小于整体的负关连值Corr(-)。延迟或领先情况的调整值会根据设计需求而定，举例来说，使用1/32周期来匹配计时。如果需要的话，传送器可以送出具有更多位图案的训练序列，并且使用其中所得的调整来调整计时，直到延迟或领先情况不再发生为止。换句话说，通过使用调整值的调整，接下来所接收到信号的正关联值Corr(+)和负关连值Corr(-)可以被调到几乎相同。显而易见的是，在刚开始的时候并不会有延迟或领先的状况发生，也就是说正关联值Corr(+)和负关连值Corr(-)之间的差异是0，因此并不需要任何调整。
本实施例使用一个四位的训练序列“1100”。在每一位所得的关联值如以下的表1所述。
表1对第一位“1”和最后位“0”而言，所得的关联值会被忽略，因此使用“X”表示，代表“不用管”。训练序列位图案中间的两个位，通过比较接收器所分别接收到的所有的正关联值Corr(+)和负关连值Corr(-)的总和而被用来决定计时。表1说明延迟状况(实例I)和领先状况(实例II)两种状况之下接收器的两组关联值。两个中间位的两个关联值会分别被加在一起，接下来产生两个总和。在实例I中，正关联值Corr(+)的总和是140，而负关连值Corr(-)的总和是100。因此，正关联值Corr(+)的总和大于负关连值Corr(-)的总和，意谓着这是一个延迟状况。延迟状况意味着接收器的计时比传送器慢，因此整个计时需要向左边移动。在实例II中，正关联值Corr(+)的总和是100，而负关连值Corr(-)的总和是140。因此，正关联值Corr(+)的总和小于负关连值Corr(-)的总和，意谓着这是一个领先状况。领先状况意味着接收器的计时比传送器快，因此整个计时需要向右边移动。
在高噪声的情况下，如果想要改善计时复原的精确度，可以重复地使用相同的训练序列，以形成一个具有较多单元的较长的训练序列。一个单元是一个四位的特定图案。如果使用超过四位的训练序列，则只有整个训练序列的第一位和最后位会被忽略，而不是每一单元的第一位和最后位都会被忽略。然而，如果训练序列的位长度增加，则处理能力也必须相对提升，因此会导致成本增加。另一种可用的方法是通过增加过取样率，也就是增加每个位分割的点数，来增加这个法则的分辨率。在本实施例中，每个位被分成100点，如果想要的话，每个位可以分成无限多微小的部分，以增加分辨率。值得注意的是，增加训练序列的位长度是增加分辨率相当有效的方法。然而，因为可以使用像是锁相回路(phase lock loop，PLL)的电路来调整，所以增加取样率并不一定会增加成本。
请参照图2，其为一个本发明的数字FSK关联接收器较佳实施例的方框图。本实施例使用具有四位的训练序列，而且只有其中的两个位计算和用在计时复原程序中。接收器200包括四个解调器202a、202b、202c和202d、四个积分器(integrator)204a、204b、204c和204d、四个开关206a、206b、206c和206d、四个取样装置208a、208b、208c和208d、一个数字比较器214、和一个决策单元216。FSK关联接收器200会循序地接收来自传送器(图中未绘示)的一个预定训练序列的一对关联信号。一个第一关联信号会送到解调器202a和202b，并且由解调器202a、202b、202c和202d，将该信号乘以用来移动该信号相位的四个不同的频率。从解调器202a、202b、202c和202d输出的信号，接下来通过将开关206a、206b、206c和206d开启(turning on)，在将其转换到数字信号的一个位时间期间，被分别送到积分器204a、204b、204c和204d。取样装置208a和208b同时将两个信号在每一单一的点上取样，并且将取样的结果送到加法器210，做为正关联值Corr(+)。另一方面，取样装置208c和208d同时将两个信号在每一单一的点上取样，并且将取样的结果送到加法器212，做为负关联值Corr(-)。
数字比较器220比较正关联值Corr(+)和负关联值Corr(-)，该比较的动作包括由数字比较器214将正关联值Corr(+)减去负关联值Corr(-)，以及决策单元216决定数字比较器214的结果是正还是负。如果数字比较器214的结果是正，则决策单元216会输出1，如果数字比较器214的结果是负，则决策单元216会输出0。数字比较器220的结果就是在每个位上的关联值。FSK关联接收器也可以在一个模拟系统中实现。
权利要求
1.一种在一移频键控接收器中执行计时复原的法则，其特征是，该法则包括从一传送器接收一训练序列；将该训练序列与一预定参考信号相关联，以产生一相对应关联值；以及根据该所产生的关联值，决定该移频键控接收器的计时状态，如果该移频键控接收器是在一计时错误状态，则根据该关联值，决定用来调整该移频键控接收器计时的一调整。
2.如权利要求1所述的法则，其特征是，该训练序列包括一位图案，而且该位图案包括复数个位。
3.如权利要求2所述的法则，其特征是，在该位图案中的每一该些位被分成复数个点，每一该些位的该些点都被用来与该移频键控接收器中的该预定参考信号互相关联，而且在其中产生该关联值。
4.如权利要求3所述的法则，其特征是，该关连值是通过将具有该预定参考信号的该位图案与一附随关联表互相关连而产生。
5.如权利要求2所述的法则，其特征是，在该位图案中该些位的一第一位和一最后位，并未被用在该移频键控接收器的关联上。
6.如权利要求1所述的法则，其特征是，该移频键控接收器的该计时错误状态包括一延迟条件，在该条件下，该移频键控接收器的计时会通过根据该关联值所决定的该调整而加速，以与该传送器的计时相匹配。
7.如权利要求1所述的法则，其特征是，该移频键控接收器的该计时错误状态包括一领先条件，在该条件下，该移频键控接收器的计时会通过根据该关联值所决定的该调整而减速，以与该传送器的计时相匹配。
8.一种移频键控接收器，其特征是，使用如权利要求1所述的计时复原法则。
9.一种在一移频键控接收器中执行计时复原的法则，其特征是，该法则包括从一传送器接收一训练序列，其中该训练序列包括一第一位图案和一第二位图案；侦测该训练序列，以决定所接收到的是该第一位图案或是该第二位图案，如果接收到的是该第一位图案，则将该第一位图案与一第一预定参考信号互相关联，以产生一第一关联值，如果接收到的是该第二位图案，则将该第二位图案与一第二预定参考信号互相关联，以产生一第二关联值；以及根据所产生的该第一关联值和该第二关联值，决定该移频键控接收器的计时状态，如果该移频键控接收器是在一计时错误状态，则根据该关联值决定该移频键控接收器的一计时调整。
10.如权利要求9所述的法则，其特征是，该第一位图案和该第二位图案包括复数个位，每一该些位都被分成复数个点，而且每一该些位的该些点都被用来关联。
11.如权利要求10所述的法则，其特征是，该第一关联值和该第二关联值，是通过分别将该第一位图案与该第一预定参考信号相关连，以及将该第二位图案与该第二预定参考信号相关连，再与一关联表相关联而产生。
12.如权利要求10所述的法则，其特征是，在该第一位图案和该第二位图案中该些位的一第一位和一最后位，并未被用在该移频键控接收器的关联上。
13.如权利要求9所述的法则，其特征是，该移频键控接收器的该计时错误状态是通过比较所产生的该第一关联值和该第二关联值所决定，如果该第一关联值大于该第二关联值，则该移频键控接收器是在一延迟条件，而如果该第一关联值小于该第二关联值，则该移频键控接收器是在一领先条件条件。
14.如权利要求13所述的法则，其特征是，如果该移频键控接收器是在该延迟条件下，则该移频键控接收器会以该调整加速，而如果该移频键控接收器是在该领先条件下，则该移频键控接收器会以该调整减速，以与该传送器的计时相匹配。
15.一种移频键控接收器，其特征是，使用如权利要求9所述的计时复原法则。
全文摘要
一种移频键控(FSK)接收器计时复原法则。接收器会将一个训练序列与预定参考信号相关联，以产生相对应关联值。根据所产生的关联值，决定FSK接收器的计时状态。如果FSK接收器是在计时错误状态，则会根据该关联值决定用来调整FSK接收器计时的一个调整。
文档编号H04L27/14GK1518254SQ0313832
公开日2004年8月4日 申请日期2003年5月26日 优先权日2003年1月24日
发明者熊大为 申请人:联咏科技股份有限公司