CN1145261C - 采用分数n锁相环合成变频振荡信号的传输方法 - Google Patents

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Abstract

在一个传输方法中，从输入信号形成的传输信号传输到接收单元并被接收单元借助于振荡信号变换为输出信号。其中传输信号至输出信号的变换采用一个接收方法实现，在此方法中输出信号受振荡信号的相位噪声干扰的严重程度因干扰的频率位置而异。利用分数N锁相环从一个参考信号合成出振荡信号，参考信号频率等于网格频率的整数倍，网格频率是两个可合成的振荡频率间的频率间距可能的最小值。以干扰谱线的形式出现在振荡信号频谱中的相位噪声通过适当选择网格频率而位于那些频率位置上，在这些频率位置上干扰谱线对输出信号没有干扰或仅有轻微干扰。

Description

采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法
技术领域
本发明涉及一种传输方法，其中由输入信号构成一个已调制的传输信号，它被传输到一个接收单元并被接收单元变换成为一个输出信号，在接收单元中存在一个与一个振荡信号的振荡频率的频率变换。
背景技术
这种方法通常在广播技术中用于传输广播信号。其中从一个输入信号产生的经调制的传输信号被传输到一个接收单元并且被接收单元转换成输出信号。在接收单元中传输信号的频率变换一个振荡信号的振荡频率。输出信号的质量，即由信号传输产生的输出信号相对于输入信号的失真主要决定于振荡信号的相位噪声，虽然利用一个高质量的振荡器，例如利用一个晶体振荡器，可以得到具有很小相位噪声的振荡信号，然而这个振荡信号的振荡频率不能在多个频率值上切换，因此采用这种振荡器的接收单元不能选择频道。
产生振荡频率能在一个频率网格上的各个频率值间切换的振荡信号的常用方法是采用一个锁相环。其中振荡频率由一个低相位噪声的参考信号的参考频率导出。其中，振荡频率能以频率步距进行切换，此频率步距等于参考频率的许多倍。尽管使用了一个低噪声参考信号，得到的振荡信号仍然是有相位噪声的信号。由于相位噪声对输出信号的干扰作用，由锁相环引起的相位噪声必须仍然是小的。上述要求只有通过选用高的参考频率才能实现，因此上述要求限制了锁相环的应用领域，因为当选用高的参考频率时振荡频率只能以大的频率步距进行切换。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法，它可以简单且廉价地实现，利用此方法振荡信号的振荡频率能迅速并且以小频率步距在多个频率值上切换，而且利用此方法得到一个对输出信号来说有利的振荡信号噪声性能。
为此，本发明提出了一种传输方法，其中由输入信号构成一个已调制的传输信号，它被传输到一个接收单元并被接收单元变换成为一个输出信号，在接收单元中进行与一个振荡信号的振荡频率的频率变换，一个分数N锁相环被用于产生振荡信号，它从一个具有确定的参考频率的参考信号合成出振荡信号，其中参考频率等于网格频率的整数倍且网格频率等于两个可合成的振荡频率间的频率间距的最小值，其中，一种接收方法被用于变换传输信号成为输出信号，其中一个描述振荡信号的相位噪声谱对输出信号的质量影响的相位噪声计权函数具有零点，它们之中至少有一些位于一个确定的零点频率网格上，以及如此选择网格频率，使得在振荡信号的频谱中以干扰谱线的形式出现的振荡信号的相位噪声位于频率位置，在这些频率位置上干扰谱线对输出信号没有干扰或仅有轻微的干扰。
按照本发明，一个接收方法被用于由传输信号至输出信号的变换，其中振荡信号频谱中的相位噪声根据其频率位置进行不同的计权，即取决于相位噪声的频率位置，振荡信号的相位噪声对输出信号有不同程度的干扰。接收方法的特性由所谓的相位噪声计数函数描述，该计数函数反映振荡信号的相位噪声谱分量对输出信号质量的影响。因此相位噪声计数函数是对于由振荡信号的相位噪声产生的输出信号失真的度量。用一个分数-N-锁相环从一个具有确定的参考频率的参考信号合成出振荡信号，其中振荡信号的振荡频率和参考信号的参考频率之比是一个有理数，即参考频率比振荡频率低一个有理的频率转换因子。因此利用此分数N锁相环能合成得到频率网格上的各振荡频率，其网格频率等于参考频率除以一个整数的除数。这里频率网格的两个相邻的频率之间的频率间距称为网格频率。基于此有理的频率变换因子，振荡信号的频谱具有多个干扰谱线，其频率位置由参考频率决定。按照本发明，反映振荡信号相位噪声的干扰谱线通过适当选择网格频率而被置于那些频率范围内，在这些频率范围上基于相位噪声计权函数的频率曲线输出信号不被干扰或仅受到微弱干扰。
利用下述的方法作为接收方法是有益的，其中相位噪声计数函数有多个零点，即有多个频率，在这些频率处相位噪声计数函数的值为零，它们之中至少有一些位于一个确定的零点频率网格上。如此选择网格频率使得在振荡信号的频谱中的干扰谱线位于相位噪声计数函数的零点处。
因为接收单元和分数N锁相环可集成并简单而又廉价地实现，它们特别适用于诸如“欧州电信标准ETS 300401”公布的数字广播系统(DAB，Digital Audio Broadcasting)的广播设备。在此广播系统中所谓的COFDM-(编码正交频分复用-，Coded Orthogonal FrequencyDivision Multiplex-)方式被用作传输方式。它属于多载波方式，其中由等频率间隔的大量子载波构成的多载波信号作为传输信号被传输到接收单元。在此广播系统中从传输信号至输出信号的变换导至上述的相位噪声计权函数。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。附图中，
图1表示一个数字广播系统的原理电路图，作为实施本发明方法的系统实施例，
图2表示图1中分数N锁相环提供的振荡信号的频谱，
图3表示图1接收单元的相位噪声计权函数。
具体实施方式
如图1所示，一个数字信号作为输入信号e输入到发送单元S，发送单元将它按COFDM-或OFDM-(正交频分复用-，Orthogonal-Frequency-Division-Multiplex-)方式变换为传输信号m。其中输入信号e被编码，调制和变频，得到由许多位于传输频率网格上的子载波构成的多载波信号作为传输信号m。
传输信号m经过发送单元S的发射天线SANT传输到接收单元E的接收天线EANT，并由接收单元按OFDM-或COFDM-方式变换为输出信号a。在这里传输信号m用振荡信号o进行变频，通过后续的信号处理得到一个数字信号作为输出信号a，这个信号在无错误传输时与输入信号e相同。
使用分数N锁相环PLL从参考信号r产生振荡信号o。分数N锁相环PLL由鉴相器PD，环路滤波器SF，压控振荡器VCO，分频器FT和分频控制单元TS组成。其中鉴相器PD比较参考信号r和振荡信号o经分频器FT分频得到的分频信号t，并输出一个与这两个信号o的相位差有关的调整信号P，它经过设计成低通滤波器的环路滤波器SF得到平滑的调整信号p’输入到压控振荡器VCO。压控振荡器VCO产生的振荡信号的频率，即振荡频率fo，与参考信号r的频率，即参考频率fr成正比，这是经过分频器FT反馈的结果。因此振荡频率fo满足fo＝fr·F这个关系式，其中F是分数N锁相环PLL的频率变换因子。这个频率变换因子F是一个有理数，即一个分数，得到这个因子的方法是，通过分频控制单元TS的控制，分频器FT的分频比以适当的方式在两个整数间切换，例如在第一个整数N和比它大1的第二个整数间切换。它可以F＝N+K/M的形式表示，其中N和K/M分别是频率变换因子F的整数部分和分数部分。这样振荡频率f0可在多个值之间切换，这些值相互间隔一个网格频率fd或间隔网格频率fd的整数倍，其中网格频率fd等于参考频率fr除以整除数M。分数K/M的分子给出M次分频中有多少次按第一个值N分频及有多少次按第二个值N+1分频。整数部分N，分数K/M的分子K和除数M都取整数值，并满足下述条件：
N≥1，M≥2，M＞K≥O。
如图2所示，干扰谱线S-4……S6存在于振荡信号O的频谱FPLL(f)中。干扰谱线S-4…S6位于振荡信号O的频率网格上，即它们的频率f-4…f6偏离振荡频率fo整数倍的网格频率fd，而且它们与振荡频率fo处的有用谱线lo相比特别高，振荡信号O的基础噪声SR表示迭加的相位噪声，它能使输出信号a严重失真。虽然干扰谱线的振幅可通过选择小的环路滤波器SF的环路带宽来降低，这个措施在上述例子中是不采用的，因为振荡信号O的基础噪声SR在确定的频率范围内可能变得更大。
输出信号a与相位噪声的关系用相位噪声计权函数H(f)描述。它反映振荡信号O的频谱相位噪声对输出信号a的质量，例如误比特率即输出信号a的错误二进制码元数目与传输的二进制码元数的比值，的影响。
图3示出接收单元E的相位噪声计权函数H(f)，这是对传输信号m的一个子载波在所用的接收方式下得到的。其大小能用下式表示：
| H ( f ) | = | 2 · sin ( π ( f - f u ) · N FFT / f c ) N FFT · Sin ( π · ( f - f u ) / f c ) · Sin ( π ( f - f u ) · ( N FFT / f c + D ) ) |
其中f是被考察相位噪声的频率，fu是被考察子载波的频率，fc是在接收单元E中频率变换后进行的取样所用的取样率，NFFT是在接收单元E中取样后进行快速富氏变换所用的样值数，D是保护间隔时间。例如上述数值可选为fc＝2.048MHz，NFFT＝2048，D＝246μs或fc＝2.048MHz，NFFT＝512及D＝61.5μs。
对子载波频率fu对称的相位噪声计权函数H(f)具有大量的零点n-3…n8和N-2…N9，其中零点N-2…N9比子载波频率fu大或小差频df＝fc/NFFT的整数倍，即零点N-2…N9位于零点频率网格上。
相位噪声计权函数H(f)说明，零点N-2…N9位置上作为相位噪声迭加在振荡信号O的基础噪声SR上的干扰谱线S-4…S6受该接收方法，即受该接收单元的计权值为零，这样它们不导至输出信号的失真。为了将频谱FPLL(f)中的干扰谱S-4…S6对输出信号a的影响减至最小，通过适当选择网格频率fd，即通过适当选择参考频率fr和除数M来调整振荡信号O的频率网格，使得干扰谱线S-4…S6的频率f-4…f-1和f-4…f6与相位噪声计权函数H(f)的零点频率网格上的某些零点N-2…N9位置重合。例如这可通过选择fd＝L·df实现，其中L是一个整数。在所述实施例中上述要求是如此实现的；使得振荡信号O的网格频率fd等于传输信号m的两个相邻子载波间的频率间距的整数倍。这样就保证了振荡信号O的频谱FPLL(f)中的干扰谱线S-4…S6不增大误比特率或者由于在实际中总是存在的频率偏差这些干扰谱线导至的误比特率增长是如此之小，使得它对输出信号的干扰是不可察觉的。
选择高参考频率fr使得振荡信号O的基础噪声SR，尤其是在由实施例中零点N-1…N1所限定的主要考虑的相位噪声计权函数H(f)范围内是微弱的。

Claims (5)

1.采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法，其中由输入信号(e)构成一个已调制的传输信号(m)，它被传输到一个接收单元(E)并被接收单元变换成为一个输出信号(a)，在接收单元(E)中进行与一个振荡信号(O)的振荡频率(fo)的频率变换，一个分数N锁相环(PLL)被用于产生振荡信号(O)，它从一个具有确定的参考频率(fr)的参考信号(r)合成出振荡信号(O)，其中参考频率(fr)等于网格频率(fd)的整数倍且网格频率(fd)等于两个可合成的振荡频率(fo)间的频率间距的最小值，
其特征是，
-一种接收方法被用于变换传输信号(m)成为输出信号(a)，其中利用了接收单元(E)的相位噪声计权函数(H(f))，该函数描述了振荡信号(O)的相位噪声谱对输出信号(a)的质量影响，其表达式如下： | H ( f ) | = | 2 · sin ( π ( f - f u ) · N FFT / f c ) N FFT · Sin ( π · ( f - f u ) / f c ) · Sin ( π ( f - f u ) · ( N FFT / f c + D ) ) |
其中(f)是被考察相位噪声的频率，(fu)是被考察子载波的频率，(fc)是接收单元(E)中频率变换后进行的取样所用的取样率，(NFFT)是在接收单元(E)中取样后进行快速富氏变换所用的样值数，(D)是保护间隔时间，相位噪声计权函数具有零点(n-3...n8，N-2...N9)，这些零点之中至少有一些零点(N-2...N9)位于一个确定的零点频率网格上，
-以及如此选择振荡信号(O)的网格频率(fd)，使得在振荡信号(O)的频谱(FPLL(f)中以干扰谱线(s-4...s6)的形式出现的振荡信号(O)的相位噪声与零点(N-2...N9)中位于网格频率上的至少一些零点的位置重合。
2.如权利要求1所述的采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法，其特征是，它被应用在一个用于传输广播信号的数字广播系统中。
3.如权利要求1所述的采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法，其特征是，具有多个等频率间距的子载波的多载波信号作为传输信号(m)传输到接收单元(E)。
4.如权利要求3所述的采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法，其特征是，正交频分复用或编码正交频分复用方式被用于构造传输信号(m)。
5.如权利要求3或4所述的采用分数N锁相环合成变频振荡信号的传输方法，其特征是，如此选择振荡信号(O)的网格频率(fd)，使得它等于传输信号(m)的两个相邻的子载波间的频率间距的整数倍。
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