专利名称：跳频系统中频率捕获的方法和接收机的制作方法
技术领域：
本发明有关跳频系统中频率捕获的方法及接收机。
本发明特别适用于，但不是专用于工作在ISM频带内的跳频系统，该系统中应用了严格的规则，其中包括发射机必须连续跳频。尽管一个接收机将存储N个频率的跳频序列，此处N大于2，例如，N为50或75，但当它开机时，它无法预先知道当前正在发射的是哪个跳频。不过，一旦它检测到了该序列中的一个跳频，则接收机可以与该序列的相位同步并能利用一个频率综合器跟踪跳频序列。
已知在现有技术中有许多种使一个接收机获得同步的技术。在一种技术中，接收机调谐到N个频率之一上并保持在该频率上，直到获得跳频同步或经过了N个跳频周期之后。在后一种情况下，接收机尝试N个频率中的另一个。若所选频率受到干扰，这项技术会导致较长的捕获时间。
美国专利申请No.5,471,503描述了一个具有N个频率信道或跳频的跳频系统，并假设了误差校正技术，该技术使得在N段中不多于e个段出错的情况下，能够恢复传输。在实现接收机捕获时，接收机连续扫描第一个P(1≤P≤e+1)信道，并检测每个信道中传输的存在。P个信道中每个频率的扫描时间都明显小于接收一个段的时间。若检测到一个传输，则接收机使其自身与所发射序列同步。这一方法要求接收机能够以一个比跳频速率更高的速率扫描P个信道，而这一点在通信设备中通常是不期望的。
本发明的一个目的是以跳频速率来捕获频率。
按本发明的一个方面，提供了一种跳频系统中的频率捕获方法，其中，一个发射机连续地在一个N个频率的预定序列上跳频，这里，N是一个大于Z的整数，且其中，一个可调谐接收机存储所述N个频率的预定序列，该方法包括，接收机以发射机跳频速率测试跳频序列的相位，并从搜索中删除那些不能接受的相位，一直到找到一个与所发射相位匹配的相位，然后终止搜索。
按本发明的第二方面，提供了一种跳频系统中的频率捕获方法，其中，一个发射机在一个N个频率的预定序列上连续地跳频，其中，N是一个大于Z的整数，且其中一个可调谐接收机存储所述N个频率的预定序列，该方法包括该接收机调谐到所述N个频率之一，并在一个跳频周期内监测所选频率，若所选频率与所发射频率相对应，则假设已捕获频率并终止搜索，若不对应，则选择所述N个频率中的另一个频率，选择时，跳频序列中与前面选定频率相邻的频率除外。
按本发明的第三方面，提供了一个用于跳频系统中的接收机，其中，一个发射机在一个预定的N个频率的序列上连续跳频，其中N为大于2的整数。接收机包含有存储所述N个频率的预定序列中的各频率的表达式的装置，选择表达式的装置，响应于选择的所述N个频率之一的表达式，调谐接收机的装置，在一个跳频周期内监测所选频率的装置，且若所选频率与发射频率相对应，则认为已捕获频率，不过，若它们不相互对应，则选择装置选择所述N个频率中的另一个的表达式，在选择时，跳频序列中与前面所选频率相邻的频率除外。
本发明是基于这样的认识，即，当接收机选择一个尝试捕获的频率时，若第一个频率与当前正发射的跳频序列中的频率不相符，则将跳频序列各相位中紧随第一频率之后的频率选为第二个或随后的频率是没有意义的。因此，在选择频率时，应避免选取预先已知不相符的跳频序列的相位，施加这种约束条件可以更快地获得同步。
频率选择可以是任意的，也可以是基于接收信号强度测量值的。
若一个或第一个所选频率为f(i)，则在选择第二频率f(j)时，应该施加j≠i+1的约束条件。选择第三个频率f(k)时所受的约束为k≠i+2和k≠j+1。举例来说，若跳频序列为f(1),f(2),f(3)…f(N-1),f(N)，且发射机即将发射f(6)(举例来说)，接收机选择(i)=2并侦听，在跳频周期内没有检测到传输。随后，在选择f(j)时，上述约束条件不允许(j)=3，因为它知道，在第一跳频周期内，f(2)不符合，则在第二跳频周期内，f(3)也不会符合。在选择其它序列时也使用一个类似考虑，这样，就渐次地消除了跳频序列中无效的相位。
下面，参照附图，描述本发明。
图1是一个跳频通信系统的方框简图；图2是一个副站的方框简图；图3是一个连续跳频发射机的时序图；图4A,4B和4C是跳频序列的理论相位，该序列与在连续跳频周期中选择不同频率以便尝试并捕获的接收站相关；图5是捕获过程的流程图。
在图中，同样的参考符号用来标识相同的特性。
跳频通信系统可以是一个无绳电话系统或是一个国内双向控制系统，包括一个主站10，为简便起见，主站10可被认为是一个位置固定的站，并包括至少一个副站12，为简便起见，该站可认为是一个移动站或便携式电台。根据网络结构，可以有几个主站10，它们通过陆地线路或无线链路连接到系统控制器(未示出)上，或者，主站可被编程以共同地作为一个虚拟系统控制器。每种类型的站都包括一个收发机14，其操作由控制器16控制。站10,12间的通信借助于一个跳频方案，其中，一个频带被划分为N个频道，这里，假设N=50或75个频道，并根据一个适当的伪随机算法设计一个跳频序列f(1),f(2),…,f(N-1),f(N)。为使一个站能接收来自其它站的传输，存储了跳频序列细节的接收站必须捕获频率，以便将其跳频相位与发射站相位同步。
图2是一个副站12的方块图。天线18连接到节点19上，节点19一端与一个接收机20相连，另一端连接一个发射机22。一个解码器24连接在接收机20的一个输出端与控制器(CON)16的一个输入端之间，控制器16根据一个PROM26中预先存储的程序控制副站12的操作。一个频率合成器28被连接到接收机20和发射机22上，其频率是可以根据控制器16提供的数据转换的。存储在PROM26的区域30中的数据可以采取任何合适的形式，例如，可以是频率或与不同分频数相关的数据，一旦捕获成功使频率综合器在所要求序列中的频率上跳频，或按照一个以下将要描述的算法跳频，使副站与天线18接收的发射跳频序列的相位同步。该算法可以是一个标准随机算法，可以基于存储在存储器32中的接收信号强度测量值(RSSI)，或基于其它诸如信道质量的信息，例如故障率信息。
为完整起见，副站12还包括一个带驱动器36的LCD板，一个扬声器38，一个麦克风40，一个小键盘42和一个消息存储器或RAM44，它们都连接到CON16上。
参照图3，下指箭头间显示的发射机跳频序列包含标识为f(1),f(2),…,f(N-1),f(N)的频率。当在一个ISM频率工作时，规定跳频序列要被连续发射。按照一种合适的伪随机算法，向这一数值序列分配实际频率，在本技术中，已经有一些这种算法的例子，并且，由于这种算法不是理解本发明的关键，所以此处不再介绍。
接通状态或例如正从衰减恢复的接收机需要同发射站取得同步。如以前所提到的，接收机已将跳频序列嵌入其存储器30中，但它需要将其相位与所发射跳频序列同步。
图4A到4C解释了本发明方法的原理，其中，遭受干扰的各频率信道，在最多N个跳频周期内参与频率捕获，但更典型的是，估计能在N/Z跳频周期内捕获频率。该方法基于这样的事实，即，所发射跳频序列的相位是从频率f(1)开始的，其后是f(2)等，直到f(N)，这样，若接收机在第一个跳频周期选择频率f(3)(例如)，则由于理论上的序列相位是f(3)…f(N),f(1),f(2)，而不是图3所示相位，所以不符合。这样，就是失相位的。当接收机选择下一个紧随的频率时，若为第二跳频周期选择f(4)，则它将重复上一个理论相位，接收机已知该相位是不能接受的。这样，应限制选f(4)。对于任何不能提供成功获取的其它所选频率，应使用类似的考虑。从以下例子中，可以清楚这一点。
1．参照图4A，接收机选择频率f(i)=3，在该频率上监听一个跳频周期。频率的选择可以是随机的，或是可受到接收信号强度测量值或其它信号的影响。选择f(i)=3，理论相位是f(3)…f(N),f(1),f(2)。
2．在该频率上，接收机未收听到发射机，故跳频到另一频率f(j)=6。可按前面步骤选择该频率，但约束条件是j≠i+1。这体现了这样一个知识，即跳频序列的一个相位已尝试过是不成功的。选择f(j)=6，理论相位是f(5)…f(N)…f(4)。
3．若在一个跳频周期内，接收机又没有收听到发射机，则接收机跳到另一个新频率f(k)=6。这次，频率的选择受两种约束k≠i+2和k≠j+1。这体现了这样一个知识，即已不成功地尝试过两个跳频序列相位。选择f(k)=6，理论相位是f(4)…f(N)…f(3)。
4．该步骤重复，直到从发射机收听到所要消息，或只有一个频率可供选择。这出现在有N-1个跳频序列相位被尝试过之后。在没有干扰时，最大获取时间为N跳频周期，此时，N个跳频序列的相位都被尝试一次。
5．如果由于干扰，在N跳频周期之后仍未获得同步，则重复整个过程。
若有一些跳频序列受到干扰，则与接收机保持在某频率上的过程相比，该算法可以更快地捕获频率。这是因为该算法允许捕获过程使用许多不同频率。这种增强频率分集可以避免接收机浪费时间在这样一些频率上侦听，在这些频率上，要收听的发射机有太多干扰。
图5举例说明了控制器16(图2)控制下执行的操作序列的流程图。
块50表示搜索过程的开始。块52表示，清除以前相位捕获操作中存储的“已尝试”频率列表。块54表示将接收机调谐到不在“已尝试”列表中的频率f(i)上。块56表示检查在跳频周期内是否检测到一个有效传输。若答案为是(Y)，则在块58中，由于已捕获相位，搜索终止。若答案为否(N)，在块60中，将频率f(i)加入“已尝试”列表。在块62中，“已尝试”列表中的所有值都递增MOD(N)以使用新的约束值。在块64中，检查是否所有的N个相位都已尝试。若没有no(N)，则重复块54,56,60,62中的搜索例程。若答案是yes(Y)，则终止搜索或在块52处开始重复。
在本说明和权利要求中，一个元件前的量词一个并不排除出现多个这种元素的可能性。再有，“包括”这个词并不排除可能出现除所列步骤或元件之外的步骤或元件。
通过以上说明可见，本技术专业人士可以对本发明进行其它修改。这种修改可以包括跳频系统和接收机的设计，制造和使用中已知的一些其它特性，它们可被用来代替或补充此处已经描述的特性。
工业应用跳频系统，特别是那些工作在ISM频带中跳频系统的频率获取。
权利要求
1．一种跳频系统中的频率获取方法，其中，一个发射机在一个N个频率的预定序列上连续跳频，这里，N是一个大于2的整数，且其中，一个可调谐接收机存储所述N个频率的预定序列，该方法包括接收机以发射机跳频速率检测跳频序列的相位并从搜索中删除那些不能接受的相位，直到找到了一个与所发射相位匹配的相位，并结束搜索。
2．跳频系统中的一个频率捕获方法，其中，一个发射机在一个N个频率的预定序列上连续跳频，这里N是一个大于2的整数，且其中，一个可调谐接收机存储所述N个频率的预定序列，该方法包括接收机调谐到所述N个频率之一并在一个跳频周期内监测所选频率，若所选频率与发射频率相符，则认为已捕获频率并结束搜索，但是，若不相符，则选择所述N个频率中的另一个，但跳频序列中与前面所选频率相邻的频率除外。
3．如权利要求2的方法，其特征在于，若该另一个频率也与在该跳频周期内发射的频率不相符，则接收机选择所述N个频率中的另一个，但跳频序列中与该另一个频率(第二次所选频率)相邻的频率及与所述N个频率之一(第一次所选频率)隔一个的频率除外。若所述N个频率中的再一个也不相符，则重复该过程，接收机每次选择所述N个频率中的又一个并将不可接受跳频序列中的频率递增MOD(N)，直到出现相符。
4．权利要求2或3中的方法，其特征在于，所述频率的选择是随机的。
5．权利要求2或3中的方法，其特征在于，根据接收信号强度测量值选择频率。
6．权利要求3中的方法，其特征在于，所述的一个选择频率为f(i)，所述另一个频率的频率为f(j)，其中j≠i+1。
7．用于一个跳频系统中的接收机，该系统中，一个发射机在一个N个频率的预定序列上连续跳频，其中N为一个大于2的整数，接收机包含有存储装置，用于存储所述N个频率的预定序列中频率的表达式，还包括选择表达式的装置，根据选择的所述N个频率之一的表达式，调谐接收机的装置及用于监测所选频率一个跳频周期的装置，并且，若所选频率符合所发射频率，则假设已捕获频率，不过，若不相符，则选择装置选择所述N个频率中另一个的表达式，选择时，跳频序列中与以前所选频率相邻的频率除外。
8．权利要求7中的接收机，其特征在于，若该另一个频率与该跳频周期内发射的频率不相符，则选择装置选择所述N个频率中的另一个频率，但跳频序列中与该另一个频率相邻的频率及与所述N个频率之一隔一个的频率除外，且其特征在于，若所述N个频率中的另一不相符，则选择装置重复该过程，每次选择所述N个频率中的又一个并将不可接受跳频序列中的频率递增MOD(N)，直到出现相符标记。
9．权利要求7或8中的一个接收机，其特征在于，所述频率表达式的选择是随机的。
10．权利要求7或8中的一个接收机，其特征在于，根据所接收信号强度测量值，选择所述频率的表达式。
全文摘要
一个包含一个发射站和一个接收站的跳频系统,两个站都存储一个跳频序列,该序列由一个N个频率的预定序列组成,其中N是一个大于2的整数。接收站为了获得与在该频率序列上连续跳频的发射机的同步,启动一个搜索过程,调谐到N个频率之一上并在该跳频周期内检测该频率是否与当前发射的频率相符。若不相符,接收机排除与该频率相应的跳频序列相位并调谐到N个频率中的另一个上(所排除相位的下一个频率除外)并检测相符性。若不相符,则排除与该频率相对应的跳频序列的相位。继续搜索,逐次从搜索中排除那些被发现不能被接受的相位,直到发现一个与所发射相位匹配的相位并结束搜索。
文档编号H04B1/713GK1319280SQ00801582
公开日2001年10月24日 申请日期2000年5月19日 优先权日1999年6月2日
发明者D·K·罗伯茨 申请人:皇家菲利浦电子有限公司