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

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。