专利名称：数据传时补偿调制器频率偏移的方法和装置及无线电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半双工频率调制的通信系统中使用的发射机调制器，具体涉及允许数据传输时补偿调制器频率偏移的方法和装置以及无线电设备。
产生固定包括移频键控(FSK)数据调制的传统方法利用馈相环PLL，以从PLL的基准频率得到的它的稳定性，来维持有关的压控振荡器VCO的频率。PLL的频率基准电路典型地由晶体振荡器组成。数据施加到VCO，然后VCO提供FSK调制。这个方法与晶体振荡器的直接频率调制的较旧技术相比较，具有维持非常高级频率偏差的能力。这种能力对于高的数据速率的系统是非常重要的，其频率偏差典型地是数据速率的可观的一小部分，例如25％。与移频收发信机结构的组合，PLL能在宽的工作频率的范围内精确和稳定的工作。
在数据系统中PLL调制器普遍出现的问题涉及到环路带宽。当数据具有基本上在环路带宽之上的频率内容且能够满意地调制VCO时，如果频率内容落在环路带宽之内，例如发生长串的“0”或“1”，则将产生数据流的分散失真，使数据流变为通过预定的接收机不能恢复的数据。这种问题已经以各种方式论述过。一些方法采用双端口调制方案，这种途径使PLL响应向着直流DC方向扩展，但因受环路的一些元件动态范围的限制从未完全达到它。另一些方法采用复杂方案，对进来的数据读并重新编程环路分频器，以获得DC响应。还有其它的方法符合于PLL频率调制器的高通响应，并且使用数据“白化器”(Whitener)，使数据随机化，来处理长串“0”或“1”，但仍须与麻烦的图形相对抗，经常地混淆这种尝试。
据此，现在需要一种用以在允许数据传输时补偿调制器频率偏移的方法、装置和无线电设备，该方法和装置与现有的技术相比较，复杂程度小多了。
图1是实现根据本发明的用于在允许数据传输时补偿调制器频率偏移方法的一个实施例的流程图。
图2是更详细地表示根据本发明的图1调整预调制信号的步骤的流程图。
图3是根据本发明的用以在允许同时数据传输时补偿调制器频率偏移的装置的一个实施例的方框图。
图4是更详细地表示根据本发明图3的调整电路的方框图。
图5是根据本发明在允许数据传输时使用了补偿调制器频率偏移的装置的无线电设备的一个实施例的外形图。
总的来说，本发明提供了一种用以在允许半双工频率调制通信系统中数据传输时补偿调制器频率偏移的方法、装置和无线电设备。输入信号被调整，以在该输入信号通过频率调制器以提供一个发送机激励信号时可使频率偏移反向。在频率训练期间，发送机激励信号通过一个开关到解调器。该解调器的输出被平均并在初始调整时使用。利用这样的方法和系统，与以前的技术相比较，补偿频率偏移的复杂性少多了。
在图1-4中更全面地示出了本发明。图1以标号100示出根据本发明实施补偿调制器频率偏移方法的一个实施例的流程图。这种情况的调制器是频率调制器，它是由自由振荡(free-running)信号控制的振荡器组成的，它具有一个外部端子，用于控制其频率。信号控制的振荡器的例子是电压控制振荡器、电流控制振荡器和光控振荡器。电压控制振荡器(VCO)是最普通的。单独地说，VCO固有地能够由一个宽范围的频率含有DC这个希望的特性。但是，VCO也经受了工作频率偏移，这使它对于许多应用是不适用的。为了解决这个问题，利用了一种修改量来调节该输入(该输入承载信息，输入到调制器，被称为预调制信号)，通过合成器形成一个已调整的预调制信号(步骤102)。这种调整也可能在数据不存在时进行。在调制器通过其外部控制端子可得到具有足够的频率调谐范围时，(在步骤104)通过频率调制器传送已调整的预调制信号的整个效应是发送机激励信号的保证，该信号具有所需频率调制频谱，且具有中心频率利用修改量的手段调整足以补偿该调制器遇到的任何频率偏移。响应于满足训练规则的几个预定的变量，由训练命令启始该训练周期(步骤106)。从最后的训练周期开始，预定的变量可能是一个特定的期满到时的时间，亦即实际硬件改变温度一个特定量，在前述的解调器附加地服务于接收机功能或任何其它用户规定的训练方案的实施中，接收信号不存在。训练控制器接收和处理有关训练规则的变量，并且当满足规则时发送训练命令。除了启始训练周期之外，训练命令同时闭合一个开关(步骤108)，以将发送机激励信号施加到解调器上，以提供解调器的输出。然后，平均该解调器的输出(步骤110)，以提供平均的解调器输出，它属于施加到解调器的信号的平均测量值。
现有三种类型的修改量，用于形成已调整的预调制信号(步骤102)。预定的修改量在开始时使用和例如可能在工厂设置阶段，把频率调制器工作频率设在常规的标称值，作为下一步更新的起点。另一种可替代的方案是，预定的修改量可能是由实际硬件查阅查找表的温度来确定的。更新修改量响应于来自训练控制器的训练命令，在训练周期期间使用，并且由平均的解调器输出来确定。一个存储的更新修改量在大部分时间使用，以使收发信机正常工作，它是在训练周期结束时更新修改量的数值，而且是把调制器调谐到希望的工作频率时的数值。
图2以标号200示出一个流程图，它更详细地表示根据本发明的图1调整预调制信号的步骤。修改量在开始时是预定的修改量，在训练命令指示时是更新修改量，或在训练命令指示时是存储的更新修改量(步骤202)。该修改量被保持和与预调制信号组合，以提供经调整的预调制信号(步骤204)。当训练期间是由来自训练控制器的训练命令启动时，通过将平均解调器输出与预定基准电平比较来提供更新修改量和误差参数(步骤206)。误差参数与预定误差电平进行比较(208)。如果误与参数大于或等于预定误差电平，则更新修改量被保持并传送到组合器，而且训练周期继续下去(步骤212)。典型的是，修改量将递增的DC偏移，用加法电路与预调制信号相加。频率调制器的中心频率将由于调整预调信号而改变。平均的解调器输出再次与预定基准电平比较，以提供更新修改量的新数值。随着调制器补偿方法收敛以在平均解调器输出与希望的基准之间提供一个最小误差，在任何特定训练周期可产生几个顺序的数值的更新修改值。这将使得频率调制器的中心频率在希望的基准频率的已知最大误差之内。因在与预信号组合时，修改量保持恒定，故避免了PLL的低通响应，而且DC传输是可能的。如果误差参数小于预定误差电平，则最后的更新修改量被保持作为存储更新修改量(步骤210)，并且训练周期结束。
如果解调器的基准希望改变而且知道其关系，则预定的基准电平解调通过索引到变量(例如温度或工作电压)的查找表附加地更新。
图3以标号300示出根据本发明的用以在允许同时数据传输时补偿调制器的频率偏移的装置的一个实施例的方框图。该装置包括一个调整电路302、一个频率调制器304、一个训练控制器306、一个开关308、一个解调器310、及一个平均器312。
调整电路302接收解调信号并根据来自训练控制器306的训练命令320施加一个预定修改量316、一个更新修改量、或一个存储更新修改量，以提供已调整的预调信号322。这个装置用预调制信号314工作，它是发送数据或是发送数据不存在，即静周期。已调整的预调信号322通过频率调制器304，提供发送机激励信号324。频率调制器304典型地是如下信号控制振荡器的一种压控振荡器、电流控制振荡器或光控制振荡器。训练控制器306接收和使用训练规则326并且在被选择时利用接收信号(332)来确定何时把训练命令320发送到开关308和调整电路302。训练控制器典型是是微处理器或数字信号处理器，它控制整个无线电设备的功能。当训练命令320指示时，开关308把发送机激励信号324传送到解调器310。解调器310使用切换的发送机激励信号328提供解调器输出33。平均器312从训练控制器306接收解调器输出330和比特指示信号334。平均器312可能包括最大峰值检测器和最小峰值检测器。在预调制信号314上呈现数据时，解调器的输出330将不是一个恒定值，但在其平均值上有正和负的摆动，这是因为数据调制造成的关于频率调制器304中心频率的正和负的频率偏差的缘故。峰值检测器将捕获峰值并平均它们，提供平均解调器输出318。峰值检测器可能是简单的二极管检波器电路。而且最小的和最大的峰值可能是用一个电阻网络或是运算放大器加法电路来平均。如果调制格式要求扩展滤波施加到该数据上，如以0.2高斯最小频移键控(GMSK)，例如，必须允许足够的时间来保证足够数目的数据比特是顺序地全“0”或全“1”时，利用比特指示器信号334对平均器312指示。这就许可在解调器中出现数据滤波器和任何其它滤波存在，然后峰值检测器返回对应于以调制器的中心频率为中心的最大的负偏差和正偏差的值。在解调信号上314未出现数据时，解调器输出330是一个恒定值，代表频率调制器304中心频率，而且最大和最小的峰值检测器返回相同的值。平均的解调器输出318是输入到调整电路302的输入。
响应于满足训练规则326的一些预定变量，训练周期由训练命令启始。例如训练规则326可能是根据从最后的训练开始的一个期满到时的时间温度的变化、接收信号不存在、或是一个用户确定的训练方案。温度变化可利用热敏电阻来检测，它是由训练控制器监视的。当该装置不被训练时，解调器310可被连接用于接收该接收信号332，以便数据恢复。在这种情况下，训练控制器在启始训练周期之前可能寻找接收信号的不存在，以使进来的数据不丢失。
图4以标号400更详细地示出根据本发明的用于图3的调整电路的方框图。该调整电路302包括一个更新修改量计算器406、一个保持电路404和一个组合器402。
该更新修改量计算器406将平均的解调器输出318与预定基准电平408比较，以提供更新修改量410和误差参数338，该参数由训练控制器读出。当平均的解调器输出318小于预定基准电平408时，更新修改量410增加，当平均的解调器输出318大于预定基准电平(408)时，更新修正器410减小。在起动开始时，保持电路404把预定修改量316传送至组合器402。如果由训练控制器读出的误差参数不是最小的，则训练控制器给保持电路发送信号，把更新修改量传送到组合器402。如果误差参数是最小的，则训练控制器给保持电路发信号，以保持更新修改量作为存储更新修改量。该保持电路可能是一个数/模交换器(DAC)。组合器402使修正器412和预调制信号314组合，以提供已调整的预调制信号322。预定修改量316可能是由工厂设置的电平。更新修改量是基于平均的解调器输出318，存储更新修改量是在训练周期的给结束时的更新修改量的值。
图5以标号500示出了根据本发明使用了装置300的无线电设备500的一个实施例的外形图，该装置在允许数据传输时补偿调制器频率偏移。装置300接收预调制信号314并把发送机激励信号324提供给天线504。该装置300还接收该接收信号332，以产生已解调的接收信号336。除了产生已解调的接收信号336之外，该装置300有效地使用解调器310(图3)产生解调器输出330(图3)，以在允许数据传输补偿调制器频率偏移。该装置的效率是合乎希望的，因为本发明提供一种减小无线电设备的尺寸和一种重要的用户满意特性。
据此，本发明提供了一种在允许数据传输时补偿调制器频率偏移的方法、装置及无线电设备。输入信号是可以调整的，以在信号通过频率调制器来提供发送机激励信号时，频率偏移可被忽略。在训练期间，发送机激励信号通过一个开关送到解调器。解调器的输出被平均，而且在初始调整时使用。利用这种方法、装置和无线电设备可使频率偏移得到补偿，与以前的技术相比复杂性小多了。
虽然上文描述了示例性的实施例，但本领域的技术人员显而易见。在不脱离本发明的条件下可进行许可替代和修改。对此，预想所有这样的替代和修改都包括在所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种用以在半双工频率调制通信系统中补偿调制器频率偏移的方法，该系统使用预调制信号、接收信号、预定训练规则和一个预定修改量，其特征在于，该方法包括以下步骤1A)使用下述之一来调整预调制信号以提供已调整的预调制信号1A1)在起动开始时的预定修改量；1A2)响应来自训练控制器的训练命令，在训练周期，平均解调器的输出，以确定一个更新修改量；和1A3)一个存储的更新修改量，它是在训练周期结束时而不是训练/开始时的更新修改量的值；1B)通过频率调制器传送调整的预调制信号，以提供一个发送机激励信号；1C)使用预定训练规则，来确定训练命令；1D)由训练命令指示，利用一个开关把发送机激励信号施加到解调器，以提供解调器输出；和1E)平均该解调器输出，以提供平均解调器输出。
2.根据权利要求1方法，其特征在于，至少2A-2D之一2A)预调制信号代表发送的数据，2B)预调制信号发送的数据不存在；2C)其中训练规则至少根据2C1-2C4之一2C1)从最后的训练开始的期满到时的时间；2C2)温度变化；2C3)接收信号不存在；和2C4)一个用户确定训练方案；以及2D)平均器包括一个最大峰值检测器和一个最小峰值检测器。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤1A)进一步包括3A)传送下列之一修改量3A1)在起动开始的预定修改量；3A2)当训练命令指示时的更新修改量；和3A3)当训练命令指示时的存储更新修改量；3B)将修改量与预调制信号组合，以提供已调整的预调制信号；3C)先前的平均解调器输出与预定基准电平比较，以提供更新修改量和误差参数；和3D)确定误差参数是否低于预定的误差电平和下列之一3D1)当误差参数低于预定的误差电平时，保持最后的更新修改量作为存储更新修改量；和3D2)当误差参数大于或等于预定误差电平时传送更新修改量；和进一步选择，3E)其中利用一个查找表来更新预定基准电平。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，频率调制器是一个信号控制振荡器，和进一步选择时，其中信号控制振荡器是下述之一4A)电压控制振荡器；4B)电流控制振荡器；和4C)光控振荡器。
5.一种用于在半双工频率调制通信系统中补偿调制器频率偏移的装置，该通信系统使用预调制信号、接收信号、预定训练规则和预定修改量，其特征在于，该装置包括5A)一个调整电路，可操作地耦合以接收预调制信号和预定修改量，用以施加下述之一修改量5A1)预定的修改量；5A2)更新的修改量；5A3)存储的更新修改量；根据来自训练控制器的训练命令提供调整的预调制信号并且通过频率调制器传送已调整的预调制信号，以提供发送机激励信号；5B)一个频率调制器，可操作地耦合到调整电路，使用已调整的预调制信号，提供发送机激励信号；5C)一个训练控制器，可操作地耦合到调整电路，和接收预定的训练规则、预调制信号、并在选择时接收该接收信号，用于把训练命令提供到一个开关和到该调整电路；5D)所述的开关，可操作地耦合到频率调制器和训练控制器，在通过训练命令指示时，用于把发送器激励信号传送到一个解调器；5E)所述的解调器，可操作地耦合到该开关，使用发送机激励信号，来提供解调器输出；和5F)一个平均器，可操作地耦合到解调器和训练控制器，响应训练命令用以平均解调器输出来提供平均的解调器输出。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，至少6A-6L之一6A)解调器被耦合还接收该接收信号，用于数据恢复；6B)预调制信号代表发送的数据；6C)预调制信号代表发送的数据不存在；6D)其中训练规则至少根据6D1-6D4之一6D1)从最后的训练开始的期满到时的时间；6D2)温度变化；6D3)接收信号不存在；和6D4)一个用户确定的训练方案；6E)预定修改量是工厂设置电平；6F)将预定的基准电平与平均解调器输出进行比较，更新修改量是6F1-6F2之一；6F1)当平均解调器输出小于预定基准电平时是增加的；6F2)当平均解调器输出大于预定基准电平时是减小的；6G)存储的更新修改量是在训练周期结束时的更新修改量的值；6H)平均器包括一个最大峰值检测器和一个最小峰值检测器；和6L)训练控制器提供由平均器利用的比特指示信号。
7.根据权利要示5的装置，其特征在于，调整电路进一步包括7A)一个更新修正器计算器，可操作地耦合，以接收预定基准电平和平均解调器输出，用于比较平均解调器输出与预定基准基电平，以提供更新修改量；7B)一个保持电路，可操作地耦合到更新修正器计算器，和接收预定修改量和训练命令，用于保持和通过修改量，修改是7B1-7B3之一7B1)在起动开始的预定修改量；7B2)当训练命令指示时的更新修改量；和7B3)当训练命令指示时的存储更新修改量；7C)一个组合器，可操作地耦合以保持电路，和接收预调制信号，使修改量与预调制信号组合，以提供已调整的预调制信号；和在选择时，7D)预确定基准电平由查找表更新。
8.根据权利要求5的装置，其特征在于，该频率调制器是一个信号控制振荡器，和在选择时，其中信号控制振荡器是下列之一8A)一个电压控制振荡器；8B)一个电流控制振荡器；和8C)一个光控制振荡器。
9.一种无线电设备，具有在半双工频率调制通信系统中补偿调制器频率偏移装置，该装置包括9A)一个调整电路，可操作地耦合，以接收预调制信号和预定修改量，该修改量是下述之一9A1)预定的修改量；9A2)更新的修改量；9A3)存储的更新修改量；根据来自训练控制器的训练命令，以用于施加修改量来提供调整预调制信号并且通过频率调制器传送调整的预调制信号；9B)一个频率调制器，可操作地耦合到调整电路，使用调整的预调制信号提供发送机激励信号；9C)该训练控制器，可操作地耦合到调整电路，和接收预定的训练规则、预调制信号，并在选择时的接收该接收信号，用于把训练命令提供到一个开关到调整电路；9D)该开关，可操作地耦合到频率调制器和训练控制器，在由训练命令指示时，用于把发送器激励信号传送到一个解调器；9E)该解调器，可操作地耦合到该开关，利用发送机激励信号提供该解调器输出；和9F)一个平均器，可操作地耦合到解调器和训练控制器，响应训练命令用于平均解调器输出以提供平均解调制输出。
全文摘要
现在描述一种在半双工频率调制通信系统中在允许数据传输时补偿调制器频率偏移的方法(100)、装置(300)和无线电设备(500)。对预调制信号进行调整，以在该信号通过频率调制器时提供发送机激励信号，校正频率偏移，在确定训练命令之后，发送机激励信号通过一个开关到解调器。该解调器的输出被平均以在调整中使用。
文档编号H04L27/10GK1140517SQ9519153
公开日1997年1月15日 申请日期1995年9月25日 优先权日1994年12月9日
发明者乔治·弗朗西斯·奥帕斯, 罗伯特·约瑟夫·德格鲁特 申请人:摩托罗拉公司