PL187931B1 - posób nadawania i odbioru sygnału radiowego z modulacją częstotliwości w modemie danych radiowych imodem danych radiowych - Google Patents

Abstract

1 . Sposób nadaw ania 1 odbioru sygnalu radiow ego z m odu- lacja czestotliw osci w m odem ie danych radiow ych, w którym dem oduluje sie odebrany sygnal radiow y z m o d u lacja czesto tli- w osci sygnalem generow anym przez lokalny g en erato r kw arco- wy na pierw szej czestotliw osci lokalnego gen erato ra kw arcow e- go oraz m oduluje sie nadaw czy sygnal pasm a podstaw ow ego sygnalem lokalnego generatora kw arcow ego na drugiej czesto- tliw osci lokalnego generatora kw arcow ego, zn am ienn y tym , ze po dem odulacji odebranego sygnalu radiow ego przeksztalca sie odebrany sygnal pasm a podstaw ow ego na zbiór odebranych próbek cyfrow ych, kom pensuje sie k azd a z odebranych próbek cyfrow ych za p om oca w artosci kom pensacji odbiorczej, dekodu- je sie próbki skom pensow ane, odebrane próbki cyfrow e 1 w y- prow adza sie odebrany strum ien danych cyfrow ych, nastepnie koduje sie nadaw czy strum ien danych cyfrow ych, kom pensuje sie kazda z tych kodow anych próbek danych za p o m o ca w artosci kom pensacji nadaw czej, przeksztalca sie sk o m p en so w an a zako- do w an a próbke danych na nadaw czy sygnal pasm a podstaw ow e- go i, po m odulacji nadaw czego sygnalu pasm a podstaw ow ego, w ysyla sie nadaw czy sygnal radiow y z m o d u la g a czestotliw osci 2 . M odem danych radiow ych zaw ierajacy odbiornik do o d - bierania sygnalów z m odulacja czestotliw osci 1 dem odulow ania odebranych sygnalów z m odulacja czestotliw osci sygnalem o czestotliw osci lokalnego generatora kw arcow ego odbiornika, zn am ien n y ty m , ze zaw iera nadajnik (303) do nadaw ania sygna- lu z m o dulacja czestotliw osci oraz dolaczony do odbiornika (201) i nadajnika (303) procesor sygnalu cyfrow ego (105, 301) FIG. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nadawania i odbioru sygnału radiowego z modulacją częstotliwości w modemie danych radiowych i modem danych radiowych.

Znane modemy bezprzewodowe wykorzystują generator kwarcowy do generowania lokalnej częstotliwości stosowanej do nadawania i odbioru sygnałów danych drogą radiową poprzez antenę. Generatory kwarcowe stosuje się tam, gdzie wymagają tego przepisy (na przykład nadajniki radiowe i CB) lub warunki techniczne. Jednakże wskutek różnic wykonania elementów generatorów kwarcowych istnieje zwykle odchylenie częstotliwości związane z ich konstrukcją.

Gdy nadajniki i/lub odbiorniki radiowe z modulacją częstotliwości (FM) produkuje się w dużych ilościach, częstotliwość nośna każdego zespołu będzie się zmieniać, co powoduje, że nadawany sygnał jest poza wymaganym zakresem częstotliwości. W modemie danych radiowych wykorzystującym nadajnik radiowy FM, błąd częstotliwości nośnej powoduje utratę marginesu błędu danych, większe ilości błędów bitowych, co powoduje, że więcej ramek danych jest nadawanych z błędem, więcej ponownych prób i uzyskiwanie mniejszej przepustowości dla użytkownika radiowego modemu danych. Ta utrata marginesu błędu jest istotna, zwłaszcza dla czteropoziomowych systemów kodowania danych.

W odbiorniku niezgodność pomiędzy częstotliwością odbiorczą odbiornika i częstotliwością nadawczą bazowej stacji nadawczej powoduje, że odbierany zdemodulowany sygnał

187 931 ma przesunięcie odchyleniowe prądu stałego. W radiowym modemie danych wykorzystującym odbiornik radiowy FM niezgodność pomiędzy częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego oscylatora odbiornika powoduje utratę marginesu błędu danych oraz większe ilości błędów bitowych. Niezgodność częstotliwości może być spowodowana przez różnice w wykonaniu modułów piezoelektrycznych generatorów kwarcowych w nadajniku, odbiorniku albo w jednym i drugim.

Problem ten ograniczano w znany sposób w nadajniku poprzez stabilizację i zmianę efektu piezoelektrycznego modułu piezoelektrycznego, na przykład poprzez jego ściskanie, przy użyciu technik sprzętowych i/lub stosując bardziej dokładne, ale droższe moduły piezoelektryczne w generatorze, które dają mniejsze odchylenie częstotliwości. Ściskanie przeprowadza się zwykle ręcznie, jest to więc proces drogi, pochłaniający czas i podatny na błędy. Ponadto stosowanie elementów generatora kwarcowego o mniejszych odchyleniach częstotliwości zwiększa jego koszt, a tym samym zwiększa koszt radiowego modemu danych.

Problem błędu częstotliwości nośnej zmniejszano również w odbiorniku realizując możliwości automatycznego śledzenia częstotliwości. W tych znanych sposobach analizuje się zawartość otrzymanego sygnału w czasie i reguluje odbiornik, aby dokonać kompensacji. Jednak w ten sposób nie eliminuje się całkowicie problemu, ponieważ dane znajdujące się na początku ramki mogą być odbierane z błędem albo w ogóle nie być odbierane, gdy urządzenie śledzące próbuje zablokować albo ustawić się na odbieranym sygnale na częstotliwości nośnej. Tak więc początkowe ramki danych są tracone, co powoduje mniejszą przepustowość danych.

W europejskim opisie patentowym nr 0 540 359 jest ujawniony adaptacyjny detektor progowy zawierający komparator cyfrowy wykorzystywany w systemie przywoławczym. Detektor ma określone poziomy odniesienia względem, których jest porównywany odebrany sygnał w komparatorze cyfrowym. Poziomy odniesienia mogą być zmienione zgodnie z logiką aktualizacji, jeżeli zmiany występują na poziomach sygnałów odbieranych. Detektor może także kompensować różnice pomiędzy poszczególnymi detektorami sygnału z modulacją częstotliwości.

W europejskim opisie patentowym nr 0 651 520 jest z kolei ujawniony układ sterowania dla cyfrowych odbiorników radiowych. W radiowym, cyfrowym systemie transmisji z modulacją częstotliwości, różnice częstotliwości pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem, które dochodzą do poziomu wyrównania napięcia stałego na wyjściu demodulatora są zliczane dla dowolnej jednej transmisji danych przez realizację sterowania częstotliwością lub poziomem napięcia stałego podczas wstępnej sekwencji mającej znany, stały składnik napięcia stałego, oraz przechowywanie sygnału sterującego zasadniczo niezmienionego dla wykorzystania podczas dalszej transmisji danych.

W opisie patentowym USA nr 5343498 jest ujawniony radiowy system z wielodostępem z podziałem czasu, które realizuje synchronizację dwuetapową. Uproszczona synchronizacja ramka/szczelina następuje poprzez synchronizację znakową z dużą dokładnością. Taka synchronizacja znakowa jest przekazywana do jednostki przesuwania częstotliwości, która określa wielkość dryftu częstotliwościowego pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem i kompensuje dryft częstotliwościowy.

W innym opisie patentowym USA nr 5444736 radiowe urządzenie transmisyjne zawiera obwód detekcji dla wykrywania zmian częstotliwości odebranej radiowego kanału transmisyjnego podczas transmisji i tworzenia cyfrowego sygnału detekcji, układ modulacji szerokości impulsu i układ wygładzania. Układ modulacji szerokości impulsu moduluje sygnał impulsowy mający zadaną z góry częstotliwość zgodnie z cyfrowym sygnałem detekcji z obwodu detekcji. Układ wygładzania wygładza impulsy modulowane w szerokości i tworzy analogowy sygnał sterujący. Częstotliwość nadawcza lokalnego generatora kwarcowego jest sterowana zgodnie z tym analogowym sygnałem sterującym.

Ponadto, w publikacji WO 91/05427 międzynarodowego zgłoszenia patentowego jest ujawniony sposób kompensacji przesunięcia poziomu napięcia stałego dla sygnału odebranego mającego znaną wartość średnią taką jak zero. Różnice pomiędzy tą znaną wartością średnią i rzeczywistą odebraną wartością średnią są wykorzystywane do obliczania wartości napięcia stałego.

187 931

Istotą sposobu nadawania i odbioru sygnału radiowego z modulacją częstotliwości w modemie danych radiowych, według wynalazku, w którym demoduluje się odebrany sygnał radiowy z modulacją częstotliwości, sygnałem generowanym przez lokalny generator kwarcowy na pierwszej częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego oraz moduluje się nadawczy sygnał pasma podstawowego sygnałem lokalnego generatora kwarcowego na drugiej częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego, jest to, że po demodulacji odebranego sygnału radiowego przekształca się odebrany sygnał pasma podstawowego na zbiór odebranych próbek cyfrowych, kompensuje się każdą z odebranych próbek cyfrowych za pomocą wartości kompensacji odbiorczej, dekoduje się próbki skompensowane, odebrane próbki cyfrowe i wyprowadza się odebrany strumień danych cyfrowych, następnie koduje się nadawczy strumień danych cyfrowych, kompensuje się każdą z tych kodowanych próbek danych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, przekształca się skompensowaną zakodowaną próbkę danych na nadawczy sygnał pasma podstawowego i, po modulacji nadawczego sygnału pasma podstawowego, wysyła się nadawczy sygnał radiowy z modulacją częstotliwości.

Istotą modemu danych radiowych według wynalazku zawierającego odbiornik do odbierania sygnałów z modulacją częstotliwości i demodulowania odebranych sygnałów z modulacją częstotliwości sygnałem o częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego odbiornika, jest to, że zawiera nadajnik do nadawania sygnału z modulacją częstotliwości oraz dołączony do odbiornika i nadajnika procesor sygnału cyfrowego.

Korzystnie zawiera mikroprocesor dołączony do procesora sygnału cyfrowego.

Korzystnie nadajnik i odbiornik są umieszczone na zewnątrz karty PCMCIA (Międzynarodowe Stowarzyszenie Producentów Kart Pamięci Komputerów Osobistych) zawierającej procesor sygnału cyfrowego i mikroprocesor.

Korzystnie zawiera interfejs PCMCIA.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest skuteczna kompensacja błędu częstotliwości nośnej w modemie danych radiowych, co powoduje, że transmisja jest mniej podatna na błędy. Ponadto zgodnie z wynalazkiem ogranicza się liczbę ponownych prób transmisji oraz uzyskuje się transmisję o wyższej przepustowości.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy systemu komputerowego z radiowym modemem danych wykonującym kompensację nadawczą i odbiorczą częstotliwości nośnej, fig. 2 schemat blokowy modemu wyjaśniający kompensację dla błędu częstotliwości nośnej przy odbieraniu sygnału radiowego z modulacją częstotliwości, fig. 3 - schemat blokowy modemu wyjaśniający kompensację dla błędu częstotliwości nośnej przy nadawaniu sygnału radiowego z modulacją częstotliwości, fig. 4 - szczegółowy schemat blokowy procesora sygnału cyfrowego w modemie, fig. 5 - schemat blokowy radiowego modemu danych z modulacją częstotliwości, który wykonuje kompensację błędu częstotliwości nośnej przy odbiorze i nadawaniu sygnałów radiowych z modulacją częstotliwości, fig. 6 - sieć działań przy odbiorze sygnałów z modulacją częstotliwości, fig. 7 - sieć działań przy nadawaniu sygnałów z modulacją częstotliwości, fig. 8 - konfigurację dla wyznaczania i zapamiętywania wartości kompensacyjnych, fig. 9 - zakres błędu częstotliwości modułu piezoelektrycznego generatora lokalnego, fig. 10 - wykres zależności pomiędzy przesunięciem sygnału pasma podstawowego a częstotliwością nośną..

Schemat blokowy systemu komputerowego z urządzeniem macierzystym 100 i bezprzewodowym modemem 101 jest przedstawiony na fig. 1. Modem bezprzewodowy 101 jest podobny do modemu przewodowego pod tym względem, że umożliwia komputerowi albo innemu urządzeniu wysyłanie i odbiór danych ze źródeł zewnętrznych. Urządzenie macierzyste 100 może być dowolnym komputerem albo innym urządzeniem przetwarzającym. Bezprzewodowy modem 101 można zainstalować jako kartę adaptera albo kartę rozszerzeń, jak typu PCMCIA, albo w oddzielnej obudowie.

W przedstawionym systemie zapewniono kompensację częstotliwości dla częstotliwości nośnej stosowanej w łączności bezprzewodowej. Kompensację częstotliwości można stosować, gdy modem radiowy nadaje i/lub odbiera sygnały. Niniejszy wynalazek można stosować w każdym radiowym systemie z modulacją częstotliwości.

187 931

W korzystnym przykładzie wykonania modem radiowy składa się z trzech głównych elementów: mikroprocesora 103, procesora sygnału cyfrowego (DSP) 105 i radia 107 zawierającego antenę. Mikroprocesor 103 zawiera pamięć, korzystnie statyczną pamięć o dostępie swobodnym RAM (SRAM) i/lub pamięć typu flash i/lub DRAM, i odnośny zespół obwodów oraz odpowiada za połączenie z komputerem macierzystym 100 albo innym urządzeniem, które ma wysyłać i odbierać dane. Może realizować też inne funkcje jak buforowanie, funkcje zarządzenia modemem, konfigurację procesora DSP 105 i jego programowanie albo uruchomienie, konfigurację i programowanie albo uruchomienie radia 107, oraz zarządzanie komunikatami i protokołem. Mikroprocesor 103 może również sterować przydziałem kanałów i częstotliwości oraz sterować syntezatorem częstotliwości albo generatorem częstotliwości, który wykorzystuje moduł piezoelektryczny do generowania sygnałów o częstotliwościach potrzebnych do modulacji i demodulacji sygnałów radiowych. Mikroprocesor 103 również generuje dodatkowe warstwy stosu protokołowego, jak warstwę CDPD MAC (sterowanie dostępem do nośnika) oraz podwarstwę usługową RD-LAP. Interfejs mikroprocesora 103 umożliwia modemowi odbiór danych i poleceń z urządzenia macierzystego i dostarczanie danych i informacji o stanie do urządzenia macierzystego.

Procesor DSP 105 generuje funkcje nadawcze, wraz z kodowaniem i kompensacją częstotliwości nośnej dla nadawanych sygnałów. Procesor DSP 105 generuje także funkcje odbiorcze, wraz z dekodowaniem i kompensacją częstotliwości nośnej dla odbieranych sygnałów. W korzystnym przykładzie wykonania procesor DSP 105 zapewnia ponadto kompensację częstotliwości nośnej dla nadawanych i odbieranych sygnałów. Generowane przez procesor DSP 105 funkcje mają postać jednej albo więcej instrukcji przeprowadzanych przez niego na danych albo strumieniach danych w potoku sygnałów cyfrowych. Te instrukcje można uzyskiwać z pamięci związanej z procesorem DSP 105 albo pamięci związanej z modemem radiowym. Mikroprocesor 103 może także wspomagać ładowanie instrukcji procesora DSP 105 z pamięci nieulotnej do pamięci ulotnej albo pamięci procesora DSP 105 i może nawet ładować instrukcje z urządzenia macierzystego. Instrukcje te mogą być przechowywane w pamięci nieulotnej na płycie modemu radiowego, wewnątrz procesora DSP 105 albo w urządzeniach z pamięcią takich jak ROM, EEPROM, pamięć typu flash albo każde inne urządzenie z pamięciią do którego procesor DSP 105 ma dostęp. Funkcje procesora DSP 105 są szczegółowo omówione poniżej.

W korzystnym przykładzie wykonania radio 107 składa się z nadajnika do modulowania sygnałów i odbiornika do demodulacji sygnałów. Nadajnik i odbiornik mogą być podłączone z anteną 109 poprzez duplekser. Nadajnik odpowiada za generowanie sygnału z modulacją częstotliwości (FM) na częstotliwości nośnej przy użyciu sygnału pasma podstawowego i sygnału lokalnego generatora kwarcowego, czyli modulowanie częstotliwości nośnej według sygnału pasma podstawowego. Odbiornik odpowiada za wytwarzanie sygnału pasma podstawowego z sygnału FM przy użyciu sygnału lokalnego generatora kwarcowego, czyli demodulowanie sygnału FM dzięki zmianie częstotliwości nośnej, aby dostarczyć sygnał pasma podstawowego. Radio 107 albo inny zespół obwodów łączności zapewnia odpowiedni dostęp bezprzewodowy albo przewodowy do sieci łączności. Radio 107, jak zwykle w modemach bezprzewodowych, może mieć własną baterię.

W korzystnym przykładzie wykonania modem radiowy może być umieszczony w gnieździe PCMCIA urządzenia macierzystego. Fig. 5 przedstawia modem bezprzewodowy ze złączem PCMCIA i układem logicznym interfejsu PCMCIA zapewniającym modemowi zewnętrzny interfejs, przy czym różne elementy modemu mogą być umieszczone na zewnątrz karty PCMCIA. W odbiorniku oraz nadajniku przedstawionych na fig. 2 i 3 pokazany jest sygnał lokalnego generatora kwarcowego o odpowiedniej częstotliwości, przy czym moduł piezoelektryczny można wykorzystywać do wygenerowania sygnału lokalnego generatora dla wielu częstotliwości i kanałów, jak pokazuje fig. 5. Jest oczywiste, że chociaż przykład przedstawia tylko jeden stopień, można stosować wiele stopni, co jest powszechne na przykład w odbiornikach superheterodynowych.

W modulacji częstotliwościowej (FM) zmienia się częstotliwość nośną albo częstotliwość pośrednią jeżeli kanały są multipleksowane proporcjonalnie do wartości średniej

187 931 sygnału pasma podstawowego. W modulacji FM częstotliwość nośną moduluje się sygnałem pasma podstawowego. Większość modemów bezprzewodowych wykorzystuje generator sterowany modułem piezoelektrycznym do generowania częstotliwości lokalnego generatora stosowanej do nadawania i odbioru sygnałów danych drogą radiową poprzez antenę. Wskutek występowania różnic w wykonaniu modułów piezoelektrycznych występuje zwykle odchylenie częstotliwości związane z tymi elementami dla określonego generatora. Jak pokazano na fig. 9 moduł piezoelektryczny ma odchylenie częstotliwości pokazane jako Ac- Moduły takie można stosować do generowania sygnałów o wielu częstotliwościach. Tak więc jeden taki element można stosować do uzyskiwania wielu sygnałów lokalnego generatora kwarcowego o różnych częstotliwościach. Aby zminimalizować odchylenie częstotliwości, obwody konstruuje się z elementami dającymi się stroić, przy czym można je nastroić ręcznie, aby zminimalizować odchylenie częstotliwości. Wykonuje się to w masowej produkcji elementów, gdzie odchylenie częstotliwości jest różne dla każdego modułu piezoelektrycznego w każdym urządzeniu. Koszt tych elementów jest zależny bezpośrednio od wielkości odchylenia Ac- Im mniejsze jest odchylenie Ac tym wyższy jest koszt. Do kosztu modułu piezoelektrycznego i wymagającego intensywnej pracy procesu ściskania trzeba dołączyć koszt elementów dających się stroić.

Zgodnie z wynalazkiem zapewnia się kompensację dla każdej różnicy pomiędzy częstotliwością stosowaną do modulacji i częstotliwością stosowaną do demodulacji sygnału FM, czyli zapewnia się kompensację dla różnicy pomiędzy częstotliwością nośną odbieranego sygnału FM i częstotliwością lokalnego generatora kwarcowego bezprzewodowego modemu. Fig 2 przedstawia przebieg sygnału dla odbioru sygnałów FM. Sygnał FM jest odbierany z anteny 109 i dostarczany do odbiornika 201. Odbiornik 201 pobiera sygnał FM o częstotliwości nośnej i wyprowadza sygnał pasma podstawowego. Ten sygnał pasma podstawowego jest następnie przetwarzany przez procesor DSP 105, aby utworzyć strumień danych, który mikroprocesor 103 dostarcza do urządzenia macierzystego. Odbiornik 201 pobiera sygnał FM o częstotliwości nośnej i wyprowadza sygnał pasma podstawowego. Jest to realizowane, jak przedstawiono na fig. 2, przy użyciu mieszacza i lokalnego oscylatora, przy czym dla przejrzystości pominięto niezbędne wzmacniacze i filtry. Należy zauważyć, że można wykorzystać inne techniki do generowania sygnału pasma podstawowego z odebranego sygnału modulowanego FM, na przykład zastosować wiele mieszaczy ze stopniem przetwarzania częstotliwości pośredniej (IF), które mogą wygenerować jeden albo więcej sygnałów pasma podstawowego.

W przypadku gdy odbiera się sygnał FM na częstotliwości nośnej, w wyniku różnicy pomiędzy sygnałem o częstotliwości sygnału FM i sygnałem o częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego tworzy się napięcie, które jest proporcjonalne do różnicy pomiędzy dwiema częstotliwościami. Demodulując sygnał FM odzyskuje się sygnał pasma podstawowego z zmieniającej się częstotliwości nośnej sygnału FM. Jeżeli jednak częstotliwość odbiorczego lokalnego generatora kwarcowego, czyli częstotliwość stosowana do demodulowania, nie jest taka sama jak częstotliwość stosowana przez nadawczy lokalny generator kwarcowy, czyli częstotliwość stosowana do modulowania, występuje niezamierzona różnica albo przesunięcie w sygnale pasma podstawowego, które jest proporcjonalne do różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym generatorem nadajnika i lokalnym generatorem odbiornika. Jest to przedstawione na fig. 10. Zakładając, że sygnał FM ma częstotliwość nośną fc, czyli wygenerowaną przez lokalny generator nadajnika, to zależnie od częstotliwości lokalnego generatora odbiornika sygnał pasma podstawowego wygenerowany przez odbiornik może zostać przesunięty, czyli mieć niezamierzone odchylenie prądu stałego. Jak pokazano na fig. 10, jeżeli fLO = fc generowany jest sygnał pasma podstawowego w zakresie C. Jeżeli fLo = fc+AC/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty, jak pokazuje zakres A. Jeżeli fLo - fc-AC/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty, jak pokazuje zakres B. Różnice częstotliwości pomiędzy sygnałem lokalnego generatora nadajnika i sygnałem lokalnego generatora odbiornika wytwarzają przesunięcie odchyleniowe prądu stałego w sygnale pasma podstawowego, czyli przesuwają sygnał pasma podstawowego.

187 931

Rozwiązanie według wynalazku kompensuje takie przesunięcia. W korzystnym przykładzie wykonania uzyskuje się to w procesorze DSP stosując wartość kompensacji odbiorczej. Procesor DSP zapewnia regulację dla błędu częstotliwości pomiędzy częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego generatora odbiornika. Wartość kompensacji odbiorczej można przechowywać w procesorze DSP albo w pamięci związanej z procesorem DSP albo w nieulotnej pamięci RAM, do której procesor DSP może uzyskać dostęp. Ustalanie wartości kompensacji odbiorczej jest omówione poniżej. Fig. 4 przedstawia funkcje procesora DSP do nadawania i odbioru sygnałów FM z kompensacją częstotliwości nośnej. Sygnał pasma podstawowego z odbiornika jest przekształcany na jedną albo więcej próbek cyfrowych przez przetwornik analogowo-cyfrowy 415. Próbki cyfrowe, które mogą mieć dowolną długość w bitach, ale zwykle są 8- albo 1ó-bitowe, są następnie regulowane poprzez wartość kompensacji odbiorczej 414 w kompensatorze 417. Wartość kompensacji odbiorczej można dodać albo odjąć od wartości każdej próbki zależnie od charakterystyki elementu kwarcowego stosowanego w bezprzewodowym modemie. Należy zauważyć, że można zastosować dowolną postać arytmetyki binarnej, aby przeprowadzić regulację. Regulację tą można traktować jako przesunięcie sygnału pasma podstawowego na żądany zakres, czyli zakres C z fig. 10, bez względu na różnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością lokalnego generatora stosowaną dla demodulowania odbieranego sygnału FM i lokalnego generatora stosowanego dla modulowanego sygnału FM. Skompensowane próbki cyfrowe są następnie dekodowane przy użyciu standardowych funkcji dekodujących, jak pokazano w dekoderze 419 na fig. 4. Licznik symboli 421 i blok odbiorczy pobierania i stabilizacji 423 współpracują ze sobą, aby zsynchronizować licznik symbolowy urządzenia z licznikiem symbolowym stacji bazowej (nadajnika). Estymator prądu stałego (DC) 425 monitoruje odbierany sygnał i dostarcza średni poziom odchylenia prądu stałego w czasie. Detektor 429 wyprowadza dane cyfrowe, które przetwarza się następnie, aby usunąć wszystkie błędy transmisji oraz informację o kodowaniu z korekcją błędów w przód i informację o ramkach, którą dołączono dla bezprzewodowej transmisji. Dane są następnie dostarczane do urządzenia macierzystego przez mikroprocesor.

Sposób odbioru i przetwarzania sygnału FM jest pokazany na fig. 6. Sygnał FM jest demodulowany, aby wytworzyć sygnał pasma podstawowego przy użyciu sygnału lokalnego generatora w etapie 601. W etapie 603 sygnał pasma podstawowego jest przekształcany na postać cyfrową albo przekształcany na jedną albo więcej próbek cyfrowych. W etapie 605 każda próbka cyfrowa jest regulowana przy użyciu wartości kompensacji odbiorczej. W etapie 607 strumień skompensowanych próbek cyfrowych jest dekodowany, aby wyprowadzić strumień danych cyfrowych.

Kompensacja częstotliwości nośnej odbieranych sygnałów FM została omówiona powyżej. Kompensację częstotliwości nośnej można wykonać również dla nadawanych sygnałów Fm. Zwykle poziom odchylenia prądu stałego dla sygnału pasma podstawowego, który doprowadza się do nadajnika, jest ustalany na żądany punkt albo na żądany poziom. Jednak poziom odchylenia prądu stałego można wyregulować na podstawie różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym generatorem i żądaną częstotliwością nośną nadawanego sygnału FM. Fig. 3 przedstawia tor sygnału dla transmisji sygnałów FM poprzez modem radiowy. Dane do transmisji dostarcza się do modemu bezprzewodowego z urządzenia macierzystego do mikroprocesora 103 albo innego mikrosterownika. Mikroprocesor 103 dostarcza te dane do procesora DSP 301. Mikroprocesor 103 może zapewnić formatowanie komunikatów i funkcje ramkowania. Procesor DSP 301 wykonuje kodowanie i funkcję kompensacji częstotliwości nośnej, tworząc analogowy sygnał pasma podstawowego. Nadajnik 303 moduluje albo miesza analogowy sygnał pasma podstawowego z sygnałem lokalnego generatora na częstotliwości lokalnego generatora, tworząc sygnał FM na częstotliwości nośnej, który jest wysyłany przez antenę 109.

Procesor DSP 301 wykonuje regulację błędu częstotliwości pomiędzy żądaną nadawczą częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego generatora. Wartość kompensacji nadawczej można przechowywać w procesorze DSP 301 albo w pamięci związanej z procesorem DSP 301 albo w pamięci nieulotnej, do której może uzyskać dostęp procesor DSP 301 albo mikroprocesor 103. Ustalanie wartości kompensacji odbiorczej jest omówione poniżej.

187 931

Jak podano powyżej, przy nadawaniu sygnału FM na częstotliwości nośnej, różnica pomiędzy rzeczywistą nadawaną częstotliwością nośną FM i pożądaną częstotliwością FM kanału może wytworzyć napięcie, które jest proporcjonalne do różnicy pomiędzy dwiema częstotliwościami w systemie odbiorczym. Tak więc jeżeli system odbiorczy oczekuje częstotliwości nośnej na fc, ale nadajnik transmituje na fc+Δ albo fc-Δ, czyli przy użyciu lokalnego generatora na tych częstotliwościach, w odbiorniku powodowane są błędy albo utrata marginesu błędu. Może tak być nawet, gdy odbiornik wykonuje kompensację błędu częstotliwości nośnej, ponieważ kompensacja odbiorcza przeznacza czas na reakcję, podczas którego można utracić dane.

Jeżeli jednak częstotliwość lokalnego generatora nadajnika nie jest taka sama, jak pożądana częstotliwość nośna, można wyregulować wartość odchylenia prądu stałego dla analogowego sygnału pasma podstawowego, aby zapewnić nadawanie na żądanej częstotliwości. Przesuwając sygnał pasma podstawowego proporcjonalnie do różnicy częstotliwości pomiędzy częstotliwością lokalnego generatora nadajnika i żądaną częstotliwością nośną, generuje się sygnał FM na żądanej częstotliwości nośnej. Jest to przedstawione na fig. 10. Jeżeli nadajnik stosuje częstotliwość lokalnego generatora równą żądanej częstotliwości nadajnika, to fLO = fc i stosuje się sygnał pasma podstawowego w zakresie C bez żadnej kompensacji albo przesuwania. Jeżeli nadajnik stosuje częstotliwość lokalnego generatora, która jest większa niż żądana nadawana częstotliwość nośna, to fto - fc+AC/2- W tym przypadku sygnał pasma podstawowego jest przesunięty w dół, jak pokazuje zakres A, a więc odchylenie prądu stałego sygnału pasma podstawowego jest zmniejszone i wygenerowany sygnał FM ma oczekiwaną częstotliwość nośną. Jeżeli nadajnik stosuje sygnał lokalnego generatora, który jest mniejszy niż żądana nadawana częstotliwość nośna, czyli fLo = fc-AC/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty w górę, jak pokazuje zakres B, a więc odchylenie prądu stałego sygnału pasma podstawowego jest zwiększone i wygenerowany sygnał FM ma oczekiwaną częstotliwość nośną. Przesunięcie sygnału pasma podstawowego przez dodanie albo odjęcie sygnału odchylenia prądu stałego, wytwarza przesunięcie częstotliwości w nadawanej częstotliwości nośnej.

W korzystnym przykładzie wykonania kompensację częstotliwości nośnej wykonuje się w procesorze DSP 301 przy użyciu wartości kompensacji nadawczej. Wartość kompensacji nadawczej wraz z metodą wyznaczania wartości kompensacji nadawczej jest omówiona poniżej. Jak pokazuje fig. 4, dane do nadawania dostarcza się z mikroprocesora do kodera 400. Koder 400, jak pokazuje fig. 4, obejmuje ramkowanie 401, które powoduje dołączenie nagłówka i kodów redundancji cyklicznej (CRC) do danych. Można dołączyć ustalone wzory takie jak synchronizacja symboli i synchronizacja ramki, aby pomóc w dekodowaniu w odbiorniku. W danych można również umieścić dane o stanie kanału. Można wykorzystać korekcję błędów w przód 403, stosując kodowanie Reeda Solomona, albo dołączyć inną informację o detekcji i/lub korekcji błędów do strumienia danych/symboli. Można zastosować kodowanie kratowe albo splotowe albo inne schematy kodowania zależnie od żądanego protokołu łączności. Dla strumienia danych/symboli stosuje się filtr cyfrowy 405, aby uzyskać żądane kształtowanie postaci fali. Próbki cyfrowe, które mogą mieć dowolną długość w bitach, ale zwykle 8- albo 16-bitowe, są następnie regulowane poprzez wartość kompensacji nadawczej w kompensatorze 409. Wartość kompensacji nadawczej można dodać albo odjąć od wartości każdej próbki zależnie od charakterystyki modułu piezoelektrycznego stosowanego w bezprzewodowym modemie. Należy zauważyć, że można zastosować dowolną postać arytmetyki binarnej, aby przeprowadzić regulację. Regulację tą można traktować jako przesunięcie sygnału pasma podstawowego na pożądany zakres na podstawie różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym generatorem i pożądaną częstotliwością nośną nadajnika. Próbki cyfrowe dostarcza się do przetwornika cyfrowo-analogowego 411. Skompensowane próbki cyfrowe są następnie przekształcane na analogowy sygnał pasma podstawowego mający odpowiedni poziom odchylenia prądu stałego, aby wygenerować żądaną nadawczą częstotliwość nośną. Sygnał pasma podstawowego jest następnie modulowany przez nadajnik przy użyciu sygnału lokalnego generatora, aby wytworzyć sygnał FM na żądanej częstotliwości nośnej, który jest wysyłany przez antenę.

187 931

Sposób nadawania sygnału FM jest pokazany na fig. 7. Dane do nadawania są wprowadzane w etapie 701. Dane koduje się w etapie 703, aby utworzyć próbki sygnału. Każda próbka jest kompensowana w etapie 705 za pomocą wartości kompensacji nadawczej. W etapie 707 próbki są przekształcane na analogowy sygnał pasma podstawowego. Sygnał pasma podstawowego stosuje się następnie do modulowania sygnału lokalnego generatora w etapie 709 i nadaje się sygnał fM w etapie 711.

Rozwiązanie według wynalazku można stosować do kompensowania różnic częstotliwości nośnej, gdy odbiera się albo nadaje sygnały FM, jak opisano wyżej, zwłaszcza bezprzewodowym modemie, który wykonuje kompensację częstotliwości nośnej podczas nadawania i odbioru sygnałów FM. Procesor DSP do wykonywania obu tych czynności jest przedstawiony na fig. 4. Antenę można wspólnie wykorzystywać przy użyciu dupleksera albo też nadajnik i odbiornik mogą wykorzystywać oddzielne anteny. Korzystnie kompensację częstotliwości nośnej wykonuje się zarówno dla sygnałów nadawanych, jak i odbieranych. Wartości kompensacji częstotliwości nośnej, czyli wartość kompensacji nadawczej i wartość kompensacji odbiorczej są różne.

Figura 8 przedstawia ustawienie testowe dla ustalenia wartości kompensacji i zachowania wartości kompensacji w modemie radiowym. Środowisko testujące składa się z odbiornika/nadajnika 801 i sterownika testowego 805, który korzystnie jest odpowiednio wyposażonym komputerem osobistym. Sterownik testowy 805 może zapisywać i odczytywać informację z pamięci bezprzewodowego modemu oraz może wysyłać i odbierać dane jako urządzenie macierzyste. Jak pokazano, sterownik testowy 805 można stosować również do sterowania odbiornikiem/nadajnikiem 801. Odbiornik/nadajnik 801 stosuje się do generowania sygnałów FM dla testowanego urządzenia (DUT) 803 i odbioru sygnałów radiowych FM z urządzenia DUT 803.

Aby ustalić wartość kompensacji nadawczej do zastosowania, gdy urządzenie DUT 803 nadaje sygnały FM, stosuje się następującą procedurę:

1) sterownik testowy nakazuje urządzeniu DUT 803 nadawanie sygnału testowego,

2) odbiornik testowy mierzy częstotliwość nośną urządzenia DUT 803,

3) sterownik testowy zmienia wartość kompensacji nadawczej procesora DSP urządzenia DUT 803 aż odbiornik testowy wykryje albo wskaże sterownikowi testowemu albo ustali, że częstotliwość nadajnika jest poprawna,

4) sterownik testowy zachowuje następnie wartość kompensacji nadawczej w pamięci nieulotnej urządzenia DUT 803.

Aby ustalić wartość kompensacji odbiorczej do zastosowania, gdy urządzenie DUT 803 odbiera sygnały FM, stosuje się następującą procedurę:

1) nadajnik testowy generuje sygnał FM na testowej częstotliwości nośnej,

2) sterownik testowy odczytuje wartość korekcyjną z estymatora DC w procesorze DSP urządzenia DUT 803,

3) sterownik testowy zmienia wartość kompensacji odbiorczej w procesorze DSP urządzenia DUT 803 aż odczytana wartość korekcyjna będzie zerowa,

4) sterownik testowy zachowuje następnie wartość kompensacji odbiorczej w pamięci nieulotnej urządzenia DUT 803.

Jak widać z powyższego, procedury wzorcowania i ustalania kompensacji można stosować dla modemów radiowych przy produkcji modemów. Po ustaleniu błędu częstotliwości można ustalić wartość kompensacji i zachować ją, aby procesor DSP miał do niej dostęp. Wartość kompensacji, czyli poziom odchylenia prądu stałego, można ustalić dla każdego produkowanego zespołu. Wartość kompensacji stosuje się następnie do kompensowania błędu albo przesunięcia w częstotliwości nośnej każdego modemu radiowego.

187 931

109

FIG. 2

109

FIG. 3

187 931

400

FIG.4

187 931

ZŁĄCZE

PKCIA

FIG.5

601

FIG.6

187 931

701

FIG.7

187 931

801 803 805

FIG.8

AMPLITUDA

Δ

FIG.9

187 931

FIG.10

187 931

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób nadawania i odbioru sygnału radiowego z modulacją częstotliwości w modemie danych radiowych, w którym demoduluje się odebrany sygnał radiowy z modulacją częstotliwości sygnałem generowanym przez lokalny generator kwarcowy na pierwszej częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego oraz moduluje się nadawczy sygnał pasma podstawowego sygnałem lokalnego generatora kwarcowego na drugiej częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego, znamienny tym, że po demodulacji odebranego sygnału radiowego przekształca się odebrany sygnał pasma podstawowego na zbiór odebranych próbek cyfrowych, kompensuje się każdą z odebranych próbek cyfrowych za pomocą wartości kompensacji odbiorczej, dekoduje się próbki skompensowane, odebrane próbki cyfrowe i wyprowadza się odebrany strumień danych cyfrowych, następnie koduje się nadawczy strumień danych cyfrowych, kompensuje się każdą z tych kodowanych próbek danych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, przekształca się skompensowaną zakodowaną próbkę danych na nadawczy sygnał pasma podstawowego i, po modulacji nadawczego sygnału pasma podstawowego, wysyła się nadawczy sygnał radiowy z modulacją częstotliwości.
2. 2. Modem danych radiowych zawierający odbiornik do odbierania sygnałów z modulacją częstotliwości i demodulowania odebranych sygnałów z modulacją częstotliwości sygnałem o częstotliwości lokalnego generatora kwarcowego odbiornika, znamienny tym, że zawiera nadajnik (303) do nadawania sygnału z modulacją częstotliwości oraz dołączony do odbiornika (201) i nadajnika (303) procesor sygnału cyfrowego (105, 301).
3. 3. Modem według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera mikroprocesor (103) dołączony do procesora sygnału cyfrowego (105, 301).
4. 4. Modem według zastrz. 3, znamienny tym, że nadajnik (303) i odbiornik (201) są umieszczone na zewnątrz karty PCMCIA zawierającej procesor sygnału cyfrowego (105, 301) i mikroprocesor (103).
5. 5. Modem według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera interfejs PCMCIA.