专利名称：载频可调的无线通信系统及方法
技术领域：
本发明是关于一种载频可调的无线通信系统及方法，特别是关于一种利 用电压控制振荡器产生可调载波频率的无线通信系统及方法。
背景技术：
现有的无线通信系统，如图1所示，包括发射端80及接收端90。为使 数据(data)信号能够经由空气传递，该发射端80必须将所接收的该数据信号 经由调制器81(modulator)调制至载波信号(carrier signal)上以形成射频信号 (RF signal),因为该载波信号的频率较适合于空气的传播环境，其位于经许 可使用的频段且在具有千扰的情形下能够稳定地被该接收端90所接收；接 着，该射频信号经由功率放大器82放大后由发射天线ANT1发射至空气中。 该接收端90经由接收天线ANT2接收该射频信号后，经由前端电路92(front end)提供低噪声放大级(Low-Noise Amplifier, LNA)以放大所需的信号并去除 干扰及噪声，最后，经由解调器91(demodulator)去除该载波信号后，输出预 定接收的数据(data)信号。
在无线传输系统中， 一般是利用晶体振荡器30、 30，(crystal oscillator)作 为本地振荡器(local oscillator),以分别产生该调制器81及解调器91所需的 载波信号，这是由于晶体振荡器具有准确的中心频率，使得该接收端90可 以经设定而易于接收由该发射端80所输出的射频信号。然而在实际使用上， 由于该晶体振荡器30、 30'的频率调制范围很小，所以一般仅适用于单频道 (single channel)的应用，而且其传输数据率(data rate)也因为晶体振荡器的频 率范围难以调制而无法改变，如果需要改变载波频率时则必须更换该晶体振 荡器中的晶体，因为不同的晶体具有不同的振荡频率。然而现今无线科技产
品种类众多，使用单频道无线通信系统容易与其它产品使用相同频率而发生 互相干扰的问题，且时常更换晶体更是不符合自动化的趋势，由此可知单频 道无线系统并不符合实际使用需求。
现有解决此问题的方式为加入合成器83、 93(synthesizer)用以改变频率， 如图2所示，其接收该晶体振荡器30、 30'单一频率的信号后，可产生倍频、 三倍频或是更高倍频的输出频率，其关系如下式所示<formula>formula see original document page 10</formula>
其中/。^表示该合成器83及93的输出频率；乂",表示该晶体振荡器30 及30'的振荡频率；X表示输出频率倍数，其依据产品需求可为整数(integer) 或分数(fraction)。然而于实际使用上，加入合成器虽然能使无线通信系统具 有多个可选择的载波频率以支持多频道(multi channel)系统，然而一般合成器 由于价格较高，且功率消耗量大，因此并不符合低价格产品的应用，例如无 线鼠标(wireless mouse)。
基于上述原因，其确实仍有必要进-一步改良上述无线通信系统，从而降 低成本并达到支持多频道的目的。
发明内容
本发明之一 目的在于提供一种载频可调的无线通信系统及方法，通过电 压控制振荡器产生载波信号，使本发明具有支持多频道系统的功能。
本发明另一[:〗的在于提供一种载频可调的无线通信系统及方法，通过电 压控制振荡器产生载波信号，使本发明的接收端支持自动扫频及锁频，而具 有提高系统效能的功能。
本发明再一目的在于提供一种载频可调的无线通信系统及方法，通过电 压控制振荡器产生载波信号，使本发明具有可程序化传输数据率的功能。
本发明再一f〗的在于提供一种载频可调的无线通信系统及方法，通过电
压控制振荡器产生载波信号，从而降低无线通信系统的成本。
为达上述R的，本发明的载频可调的无线通信系统，其主要包括发射端，
接收待传送的数据信号并产生射频信号；接收端，接收该射频信号并转换为 待接收的数据信号；第一电压控制振荡器，作为该发射端的本地振荡器；以 及第二电压控制振荡器，作为该接收端的本地振荡器；其中该第一及第二电 压控制振荡器的振荡频率可调，该接收端利用扫频及锁频的方式来对准该发 射端的中心频率。
本发明另提供一种载频可调的无线通信方法，包括下列步骤输入待传 送的数据信号至发射端，该发射端转换该待传送的数据信号并产生射频信 号；提供接收端，以接收该射频信号并转换为待接收的数据信号；提供第一 电压控制振荡器作为该发射端的本地振荡器；提供第二电压控制振荡器作为 该接收端的本地振荡器；调整该第一及第二电压控制振荡器的振荡频率；以 及利用扫频及锁频的方式使该接收端对准该发射端的中心频率。
图1为现有的单频道无线通信系统的框图； 图2为现有的多频道无线通信系统的框图3为本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法的框图； 图4为本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法的电压控制 振荡器的电路图5为本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法的详细实施 方式的框图。
图6为本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法的接收端的 信号频谱分布图7为本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法的接收端进
行扫频及锁频的流程图。 附图标记说明 10发射端
12数据滤波器
14天线匹配电路
21天线匹配电路
23混合器
25放大器
27控制器
30晶体振荡器
40第一电压控制振荡器
41振荡电路
411第二可变电容器
42起振电路
81调制器
83合成器
91解调器
93合成器
ANT2接收天线
S2控制信号
B,频谱分布
iVco振荡频率
11调制器
13功率放大器
20接收端
22前端电路
24滤波器
26指示器
28解调器
30'晶体振荡器
40'第二电压控制振荡器
410第一可变电容器
412电感器
80发射端
82功率放大器
90接收端
92前端电路
ANT1发射天线
S,信号
A最大频谱强度 B2频谱分布
具体实施例方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文特举本
发明实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
请参照图3所示，其揭示本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统
及方法，其包括发射端IO、发射天线ANT1、接收天线ANT2、接收端20、 第一电压控制振荡器40及第二电压控制振荡器40'。该发射端10接收待传 送的数据(data)信号，并转换为射频信号(RFsignal)后由该发射天线ANT1发 射至空气中传送，该接收天线ANT2接收该射频信号后转换为待接收的数据 信号。该第- -电压控制振荡器40作为该发射端10所需的本地振荡器(local oscillator),提供该发射端10调制时所需的载波信号(carrier signal),该第二 电压控制振荡器40，作为该接收端20所需的本地振荡器，提供该接收端20 解调时所需的载波信号，其中该第一及第二电压控制振荡器40、 40'可选自 LC振荡器或环振荡器(ring oscillator),例如美国专利第6,876,266号所公开的 电压控制振荡器。该第一及第二电压控制振荡器40、 40'的振荡频率适用于 不具标准规范的频段，例如27兆赫兹(MHz)。
请参照图4所示，其揭示本发明优选实施例的载频可调的无线通信系统 及方法的电压控制振荡器(voltage controlled oscillator, VCO)40、 40，的 一种实 施方式，其主要包括振荡电路41及起振电路42(oscillator active circuitry)。 该振荡电路41包括第一可变电容器410、第二可变电容器411及电感器412， 该第一及第二可变电容器410及411优选为电压控制电容器(voltage controlled capacitor),例如变容二极管(Varactor Diode)，其为一种特殊二极管， 当外加顺向偏压时会产生大量电流，因而PN接面的空乏区变窄而电容变大； 当外加逆向偏压时，电流量减小，因而PN接面的空乏区变宽而电容变小。 由于LC振荡器的振荡频率由电容及电感值决定，亦即/。 ,=//2冗7^ ，因而 通过改变该第二可变电容器411的大小即可调制该第一及第二电压控制振荡 器40及40'的振荡频率，亦即可改变调制器及解调器所需的载波频率，因而 可达成支持多频道系统的目的；通过改变该第一可变电容器410的大小可改
变频率偏移(frequency deviation)范围，例如± 2.5*他、± 5A他及± 10A:他等，以 达成可程序化传输数据率(programmable data rate)的目的，且该第二可变电容 器411大于该第一可变电容器410。此外，为使该接收端20在接收时达到自 动扫频及锁频(auto scanning & locking)的功能，该第二电压控制器40'的频宽 调整范围必须大于等于该第一电压控制器40的频宽调整范围，如此该接收 端20的扫描频率才能包括发射端10的所有频段。该起振电路42则用以导 引该振荡电路41进入稳定的振荡状态。
请参照图5至图7所示，其揭示本发明优选实施例的载频可调的无线通 信系统及方法的详细实施方式。在图5中，该发射端IO包括调制器11、数 据滤波器12、功率放大器n、天线匹配电路14及发射天线ANT1，并利用 第.电压控制振荡器40作为该发射端IO的本地振荡器，以提供调制时的载 波频率。该调制器11优选进行频率调制(FSK)，其接收该数据滤波器12的 数据信号与该电压控制振荡器40的载波信号并进行调制后形成射频信号， 并送至该功率放大器13放大，接着经过该天线匹配电路14后由该发射天线 ANT1将该射频信号发射至空气中。
该接收端20，其包括天线匹配电路21、前端电路22、混合器23、滤波 器24、放大器25、指示器26、控制器27、解调器28及接收天线ANT2， 并利用第二电压控制振荡器40'作为该接收端20的本地振荡器，以提供解调 时的载波频率。该接收天线ANT2接收由该发射端10发射的该射频信号后， 经由天线匹配电路21将该射频信号送至该前端电路22(frontend)，该前端电 路22用以提供低噪声的放大级(Low-Noise Amplifier, LNA)以放大所需信号 并去除干扰及噪声；该混合器23(mixer)用以将该放大的射频信号及该第二电 压控制振荡器40'用以扫频的载波信号做差频，以符合该滤波器24的频带范 围；该滤波器24优选为带宽滤波器(band pass filter),可为一般市售的带宽滤 波器，用以滤出经差频后的信号内预设频宽内的信号；该放大器25优选为
限幅放大器(limiter amplifier),用以放大经滤波后的信号；该指示器26优选 为接收信号强度指示器(receive signal strength indication, RSSI)，其接收该放 大后的射频信号，并对于该经放大的射频信号频谱中强度最大的频率，送出 信号至该控制器27;该控制器27可用以进行扫频及锁频的动作，其接收 该指示器26的信号后，发出控制信号S2至该第二电压控制振荡器40',以 决定锁频的中心频率，如此该接收端20即可达成自动扫频及锁频的目的； 该解调器28用以进行解调经该放大器25放大后的该射频信号，并输出待接 收的数据信号。
图6所示为该接收端20的信号频谱分布，其中Bi表示经过该前端电路 22后的频谱分布、B2表示经过该滤波器24及放大器25后的频谱分布、A 表示扫频时该指示器26所检测的最大频谱强度，当该指示器26检测到该最 大强度A时，便发出该信号S，使该控制器27进行锁频。fvco表示该第二电 压控制振荡器40'的振荡频率，其可在预设范围内变化以进行扫频的动作。
图7所不为该接收端20进行自动扫频及锁频的流程图，其中当射频信 号经由该接收天线ANT2及天线匹配电路21接收后，接着进入该前端电路 22以进行放大及去噪声，该混合器23将该放大后的射频信号及该电压控制 振荡器40'的载波信号作差频后，分别经由该滤波器24滤波及该放大器25 放大，其频谱如图6的B2所示，接着该指示器26判别是否已检测到该最大 强度A，若已检测到该最大强度A，则该指示器26将发出信号S,至该控制 器27表示己检测到该最大强度A，该控制器27接着发出信号S2至该第二电 压控制振荡器40'进行锁频，接着经锁频的射频信号经过该解调器28解调后 可送出待接收的数据信号；若该指示器26尚未检测到该最大强度A，该指 示器26将发出该信号S,至该控制器27表示尚未侦测到该最大强度A，则该 控制器27发出该信号S2至该第二电压控制振荡器40'以继续进行扫频的动 作，直至该指示器26检测到上述最大强度A为止，如此该接收端20可进行
自动扫频及锁频，以增加系统效能。
如t所示，因图1所示的现有无线通信系统具有晶体振荡器的振荡频率 不易改变的问题，如此会造成难以支持多频道系统，而不符合实际无线通信
系统的需求；且图2所小-的现有无线通信系统因具有合成器，亦具有成本较 高及消耗功率过大的问题。相较于图1和图2的现有无线通信系统，本发明 优选实施例的载频可调的无线通信系统及方法(如图3-图5所示)，通过电压 控制振荡器其确实能改变载波频率及频率偏移范围，如此能支持多频道系统 及可程序化传输数据率，并达成自动扫频及锁频的功能。
虽然本发明已以前述优选实施例揭示，然其并非用于限定本发明，任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做出各种的更动与 修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种载频可调的无线通信系统，该系统包括发射端，接收待传送的数据信号并发射射频信号；接收端，接收所述射频信号并转换为待接收的数据信号，其特征在于，包括第一电压控制振荡器，作为所述发射端的本地振荡器，产生所述发射端所需的载波频率信号；及第二电压控制振荡器，作为所述接收端的本地振荡器，产生所述接收端所需的载波频率信号；其中，所述第一及第二电压控制振荡器其中至少一个的振荡频率可调，所述接收端利用扫频及锁频的方式来对准所述发射端的中心频率。
2. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 第一及第二电压控制振荡器为LC振荡器，该LC振荡器包括至少两个可变 电容器及一个电感器，且该两个可变电容器的电容值不相同，所述LC振荡 器通过改变电容值以调整振荡频率及频率偏差。
3. 根据权利要求2所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 第一及第二电压控制振荡器的可变电容器为电压控制电容器。
4. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 第一及第二电压控制振荡器为环振荡器。
5. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 第二电压控制振荡器的载波频率的可调范围大于等于所述第一电压控制振 荡器的载波频率的可调范围。
6. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 接收端包括前端电路，用以提供低噪声的放大级，放大所述射频信号；混合器，用以将该放大的射频信号及所述第二电压控制振荡器用以扫频的载波信号做差频；滤波器，用以滤出该经差频后的射频信号内预设频宽内的信号； 放大器，用以放大经滤波后的所述射频信号；指示器，接收该放大后的射频信号后，并送出信号以表示该经放大的射 频信号频谱中强度最大的频率；控制器，接收所述指示器的信号后，发出控制信号至所述第二电压控制 振荡器，以决定锁频的中心频率；及解调器，用以进行解调经锁频后的所述射频信号，并输出所述待接收的 数据信号。
7. 根据权利要求6所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 滤波器为带宽滤波器。
8. 根据权利要求6所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 放大器为限幅放大器。
9. 根据权利要求6所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述 指示器为接收信号强度指示器。
10. 根据权利要求6所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于， 所述控制器用以进行扫频及锁频的控制。
11. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于， 所述第一及第二电压控制振荡器的振荡频率适用于不具标准规范的频段。
12. 根据权利要求1所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于，所述发射端还包括放大器以放大所述射频信号。
13. —种载频可调的无线通信发射器，该发射器包括调制器，接收待传送的数据信号并输出射频信号，其特征在于，包括 电压控制振荡器，作为所述调制器的本地振荡器，产生所述调制器所需 的载波频率信号；其中，所述电压控制振荡器的频率可调。
14. 根据权利要求13所述的载频可调的无线通信发射器，其特征在于， 所述电压控制振荡器为LC振荡器，该LC振荡器包括至少两个可变电容器 及一个电感器，且该两个可变电容器的电容值不相同，所述LC振荡器通过 改变电容值以调整振荡频率及频率偏差。
15. 根据权利要求14所述的载频可调的无线通信发射器，其特征在于， 所述电压控制振荡器的可变电容器为电压控制电容器。
16. 根据权利要求13所述的载频可调的无线通信发射器，其特征在于， 所述电压控制振荡器为环振荡器。
17. 根据权利要求13听述的载频可调的无线通信发射器，其特征在于， 该发射器还包括放大器以放大所述射频信号。
18. —种载频可调的无线通信接收器，用以接收无线通信发射器所发 射的信号，并利用扫频及锁频的方式来对准所述无线通信发射器的中心频 率，该接收器包括解调器，接收射频信号并输出待接收的数据信号，其特征在于，包括 电压控制振荡器，作为所述解调器的本地振荡器，产生所述解调器所需 的载波频率信号；其中所述电压控制振荡器的频率可调。
19. 根据权利要求18所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述电压控制振荡器为LC振荡器，该LC振荡器包括至少两个可变电容器 及- 个电感器，且该两个可变电容器的电容值不相同，所述LC振荡器通过 改变电容值以调整振荡频率及频率偏差。
20. 根据权利要求19所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述电压控制振荡器的可变电容器为电压控制电容器。
21. 根据权利要求18所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述电压控制振荡器为环振荡器。
22. 根据权利要求18所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于，该接收器还包括前端电路，用以提供低噪声放大级，放大所述射频信号；混合器，用以将该放大的射频信号及所述电压控制振荡器用以扫频的载波信号做差频；滤波器，用以滤出该经差频后的射频信号内预设频宽内的信号；放大器，用以放大经滤波后的所述射频信号；指示器，接收该放大后的射频信号后，并送出信号以表示该经放大的射频信号频谱中强度最大的频率；及控制器，接收所述指示器的信号后，发出控制信号至所述电压控制振荡 器，以决定锁频的中心频率，并将该锁频后的射频信号输送至所述解调器。
23. 根据权利要求22所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述滤波器为带宽滤波器。
24. 根据权利要求22所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述放大器为限幅放大器。
25. 根据权利要求22所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述指示器为接收信号强度指示器。
26. 根据权利要求22所述的载频可调的无线通信接收器，其特征在于， 所述控制器用以进行扫频及锁频的控制。
27. —种载频可调的无线通信方法，其特征在亍，包括下列步骤 输入待传送的数据信号至发射端，该发射端转换所述待传送的数据信号并产生射频信号；提供接收端以接收所述射频信号并转换为待接收的数据信号； 提供第一电压控制振荡器做为所述发射端的本地振荡器，产生所述发射端所需的载波频率信号；提供第二电压控制振荡器做为所述接收端的本地振荡器，产生所述接收端所需的载波频率信号；调整所述第一及第二电压控制振荡器的振荡频率；以及 利用扫频及锁频的方式使所述接收端对准所述发射端的中心频率。
28. 根据权利要求27所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述第一及第二电压控制振荡器为LC振荡器，该LC振荡器包括至少两个 可变电容器及一个电感器，且该两个可变电容器的电容值不相同，所述LC 振荡器通过改变电容值以调整振荡频率及频率偏差。
29. 根据权利要求28的所述载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述第--及第二电压控制振荡器的可变电容器为电压控制电容器。
30. 根据权利要求27所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于， 所述第-一及第二电压控制振荡器为环振荡器。
31. 根据权利要求27所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述第二电压控制振荡器的载波频率的可调范围大于等于所述第一电压控 制振荡器的载波频率的可调范围。
32. 根据权利要求27所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述接收端包括前端电路，用以提供低噪声放大级，放大所述射频信号； 混合器，用以将该放大的射频信号及所述第二电压控制振荡器用以扫频 的载波信号做差频；滤波器，用以滤出该经差频后的射频信号内预设频宽内的信号； 放大器，用以放大经滤波后的所述射频信号；指示器，接收该放大后的射频信号后，并送出信号以表示该经放大的射频信号频谱中强度最大的频率；控制器，接收所述指示器的信号后，发出控制信号至所述第二电压控制 振荡器，以决定锁频的中心频率；及解调器，用以进行解调经锁频后的所述射频信号，并输出所述待接收的 数据信号。
33. 根据权利要求32所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述滤波器为带宽滤波器。
34. 根据权利要求32所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于， 所述放大器为限幅放大器。
35. 根据权利要求32所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述指示器为接收信号强度指示器。
36. 根据权利要求32所述的载频可调的无线通信方法，其特征在于， 所述控制器用以进行扫频及锁频的控制。
37. 根据权利要求27所述的载频可调的无线通信系统，其特征在于， 所述第一及第二电压控制振荡器的振荡频率适用于不具标准规范的频段。
全文摘要
一种载频可调的无线通信系统，包括发射端、接收端、第一电压控制振荡器及第二电压控制振荡器。该第一电压控制振荡器作为该发射端的本地振荡器，该第二电压控制振荡器作为该接收端的本地振荡器，其中该第一及第二电压控制振荡器的振荡频率可调，以达成支持多频道的无线通信系统。本发明另提供一种载频可调的无线通信方法。
文档编号H04L27/00GK101110637SQ20061010356
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者谢志成, 颜仲良 申请人:原相科技股份有限公司