CN1182311A - 采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统 - Google Patents

采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统 Download PDF

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Abstract

一采用TDD/FH的无线通信系统,用于减少干扰台的干扰,防止第三方偷听,及增强频率利用率。该无线通信系统采用时分双工/频率跳跃方式,具有:一个数据源;一个跳跃频率产生器;一个频率调制器;一个功率放大器;一个天线;一个带通滤波器;一个开关用于在发送时连通天线与功率放大器而在接收时连通天线和带通滤波器;一个接收频率混频器;一个中频混频器;及一个频率解调器。

Description

采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统
本发明涉及一种无线通信系统，尤其涉及一种FM(频率调制)调制/解调的无线通信系统。
一普通的无线通信系统利用一固定的通信载波进行通信。即在一频率设置器中设置完发送/接收频率之后，通信就利用上面设置的发送/接收频率进行直至通信结束。图1所示是一频率调制/解调的无线通信系统的结构简图，即上述无线通信系统的一种。在图1中，一数据源10产生的数据被输入给一低通滤波器12(以下称作LPF)并在LPF12中被低通滤波。同时频率设置器16控制发送频率组合器18以便转换具有预定发送频率的数据。发送频率组合器18将与FM调制器14中预定的发送频率对应的发送频率在频率设置器16的对应控制下输入给FM调制器14。此时FM调制器14接收到输入的低通滤波的数据并按照发送频率进行频率调制。在此经频率调制过的数据被称作发送数据。发送数据被输入给一带通滤波器20(以下称作BPF)。发送数据经BPF20带通滤波后被输入给一功率放大器22。功率放大器22放大经带通滤波的发送数据并接着将其输入又一BPF24。BPF24带通滤波放大的发送频率并将其输入给一双工器26。双工器26通过天线28将带通滤波的发送数据发射出去。
在此同时，在接收时，从天线28接收的信号通过双工器26被输入给调谐器30。接着调谐器30提供与频率设置器16中预定的接收频率一致的一调谐频率。而且调谐器30的输出被输入给一低噪放大器32(以下称作LNA)。这时LNA32放大输入的信号并将放大的信号输入给一混频器34。混频器34将频率设置器16中预定的接收频率与LNA32的接收信号混频并进行典型的下行转换。
另一方面，混频器34的输出被输入给一BPF36并形成一中频接收信号。该接收信号再一次被输入给一混频器38并与一中频Fif混频。混频的信号被输入给一FM解调器40。这种情况下，FM解调器40的输出作为一带通信号经一LPF42被输入给数据源10。
在前面提到的FM调制/解调的无线通信系统中，通信中采用的发送/接收频率是固定的。因此在出现有意识或无意识的干扰台的干扰时很难进行通信。而且因为通信是利用一固定载波进行的，所以有一个问题那就是第三方很容易听到，无论是有意还是无意。
该通信系统采用FDD(频分双工)方式。所用FDD当然要能区分发送频段和接收频段。为了降低发送频率和接收频率间的干扰，通常要在发送频段和接收频段之间定位一导向波段。拒此，会导致频率利用率的恶化，在FDD方式时只具有有限的无线波段。而且因为是通过一个天线进行通信所以需要双工器。结果费用自然提高。
再者，如上述的常规无线通信系统会受到有意识或无意识的干扰台的干扰，因而降低了频率利用率。
本发明的一个目的是提供一种采用TDD/FH方式的无线通信系统，以便降低干扰台的干扰、预防第三方偷听、及提高频率利用率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种采用时分双工/频率跳跃方式的无线通信系统，它包括：一个数据源，用于提供发送数据或接收输入的收到数据；一个跳跃频率产生器，用于在每隔给定时刻产生随预定频率变化的频率；一个频率调制器，用于在提供了发送数据时依据与跳跃频率对应的发送频率调制频率；一个功率放大器，用于功放频率调制器的输出；一个天线，用于以固定时间周期接收输入的功率放大器输出的信号并发射输入的信号或接收收到的数据；一个带通滤波器，用于依据跳跃频率带通滤波从天线接收的收到数据；一个开关，用于在发送时连通天线与功率放大器而在接收时连通天线和带通滤波器；一个接收频率混频器，用于接收输入的经带通滤波的接收信号并将接收信号与对应于跳跃频率的接收频率混频；一个中频混频器用于接收接收频率混频器的输出并将接收信号与一中频混频；及一个频率解调器，用于接收中频混频器的输出、解调频率、并再次将解调的频率输入给数据源。
下面参照仅作为实例给出的附图更详细地描述发明。
通过参照下面的详细描述且结合附图考虑，对本发明更全面的估价及其许多附带的优越性将更易理解且显而易见，类似的参考符号表示同一或类似单元，其中：
图1是一FM调制/解调无线通信系统的结构示意图；
图2A和2B是依据本发明一实施例采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统的结构方框图；及
图3和4是依据本发明一实施例的TDD包的示意图。
在完成上述目的的本发明的一实施例中，数据被调制以便经无线发送/接收且利用在事先按固定时间周期设置的频率中变化的一种频率。
贯穿附图，要注意同样的字母参考数码将用来标识一样的或等效的具有同样功能的单元。而且在下面的描述中，象包含了电路和频率的具体单元的标号具体细节被事先设置以供的一更透彻地理解本发明。然而很明显，对于本领域的一技术员而言本发明的实现亦可无这些具体细节。本发明中将避免对不必要地模糊本发明技术主题的已知功能和结构进行详细描述。
图2A和2B是依据本发明一实施例采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统结构的方框图。为便于解释，在下文中图2A和2B统称图2。
在图2的实施例中，采用源数据速率为16kbps作为例子。而且图2中采用TDD(时分双工)方式。此处TDD的脉冲串时间为5ms。再者，TDD速率为200Hz。结果是发送5ms和接收5ms。其中采用作为频带扩展通信系统的FH(频率跳跃)方式。FH的一载波跳跃频率每5ms就要变更设置而且其所用频带为230MHz-290MHz。
本发明采用GFSK(高斯滤波最小偏移键控)而BT为0.5。TDD数据的一符号速率为40kbps而BT按0.5滤波。因此调制信号的带宽为40kHz。调制信号所占带宽为40kHz，而所用的整个带宽为60MHz。因而在整个带宽中有1500种音信号。而且发送和接收按TDD方式每隔5ms轮流进行。此外，载波频率通过FH每5ms变化一次。同时，载波频率在230MHz-290MHz之间依据一跳跃码型设置。此处，跳跃模式的确定在1500种频率中随机选择。
多数情况下数据被划分成通信所需的信令或控制用信令数据，数据通信用的数据业务，及话音信号通信用的话音业务。
一信令数据源130提供信令数据，将信令数据输入给第一个FIFO(先入先出)44。接着第一个FIFO44将输入的信令数据送给一BCH编码器46。此时BCH编码器46按BCH码编码信令数据。而且将BCH编码后的数据输入给中继发射机48。因此信令数据被中继发送给一数据源选择器56。在图2中该处路径标为S。
同时一数据源50提供话音业务或数据业务。数据源50将话音业务或数据业务输入给第二个FIFO52。接着第二个FIFO52将输入的话音业务或数据业务输出。
在此，当第二个FIFO52输出的是话音业务时，第二个FIFO52的输出被直接输送给数据源选择器56。在图2中该路径标为V。
同样，当第二个FIFO52输出的是数据业务时，第二个FIFO52的输出被输送给交错器54。在交错器54中复用的数据业务被输送给数据源选择器56。在图2中该路径标为D。
于是数据源选择器56在信令数据、数据业务、和话音业务中选择一个。并将所选择的数据按16kbps的发送速度输出。
在该例中，BCH编码器46、中继发射机48、和交错器54被用来增强数据的可靠性。BCH编码器46具有纠错和检查功能而中继发射机48也具有与BCH编码器46相同的功能。同样交错器54具有错误随机化功能。
数据源选择器56的输出被输送给一扰频器58。扰频器58接收数据源选择器56的输出并对接收到的数据源的输出扰频。此处之所以扰频数据源选择器56的输出是为了防止第三方识别到数据和防止数据流的1或0的连续产生，而在发送端较易调制数据。在接收端，数据和时钟的复原能够较易进行。扰频器58的输出被输入给一发送缓存器60。发送缓存器60以16kbps接收扰频器58的输入并缓存接收到的输入信息从而进行TDD通信。此时，因为在数据发送时以32kbps发送数据，所以需要缓存功能来进行数据速率的转换。发送缓存器60的输出数据为32kbps。于是当TDD控制器76的状态为发送时32kbps的数据被输出，而当TDD控制器7 6的状态为接收时无数据被输出。结果发送缓存器60用5ms输出输入的信号并在下一5ms中不输出信号。
依据TDD控制器76每5ms间隔产生的32kbps数据被输入给一帧产生器62。帧产生器62将输入的数据转换成TDD包结构并输出40kbps的数据栏。
同时，图3和图4是依据本发明一实施例的TDD包的示意图。图3特别示出控制信令包，其中一个包包括200个符号。图3的一RZ(引示区rampzone)为4个符号完成包间的缓存功能。PA(前置码型pre-amble patlern)为26个符号，该区是利用32个符号的FSP(帧同步码型frame sync pattern)建立包同步所必须的。而且CIF(控制信息字段control information field)和SIF(信令信息字段signalling information field)对应要发送的实际信令数据字段为127个符号。TB(尾部比特tail bit)为3个符号而NU(空区null zone)是空着的8个符号空区，考虑到与系统之间信号的无线电波延迟相关的往返延迟而留用的。
另一方面，在图4中示出的数据和话音业务包中，每个包都有200个符号。图4的一RZ(引示区)为4个符号完成包间的缓存功能。PA(前置码型)为26个符号是包同步确立所必须的区。而且TIF(业务信息字段trafficinformation field)对应要发送的实际话音业务字段或数据业务字段为160个符号。TB(尾部比特)为3个符号而NU(空区)是空着的8个符号空区，考虑到与系统之间信号的无线电波延迟相关的往返延迟而留用的。
帧的传送速率为40kbps而且间断地输出。也就是说帧被5ms输出5ms不输出。帧被输入给一高斯滤波器64。这时，高斯滤波器64接收输入的帧并按0.5BT滤波。因此，该帧具有高斯滤波系统的脉冲波形。这样，帧被GFSK调制。高斯滤波器64的输出利用一FM调制器66中的发送载波频率执行FM调制。这里的FM调制器66执行与通常FM调制器14一样的功能。然而发送载波频率在每个跳跃处被转换。结果实际FM调制器66的输出频率并不固定而在每个跳跃处被随机转换。
在每个跳跃处转换频率的随机处理将解释如下。一TOD68输出时间信息。而时间信息被称作TOD信息。TOD信息被输入给一HPG70。HPG70接收输入的TOD信息并产生跳跃码型。
例如，在TOD＝1、TOD＝2、TOD＝3……TOD＝T时，HPG70产生如下面表达式1所示的跳跃码型。
[表达式1]
H1＝h1 1，h2 1，h3 1，……hN 1；TOD＝1
H2＝h1 2，h2 2，h3 2，……hN 2；TOD＝2
H3＝ht 3，h2 3，h3 3，……hN 3；TOD＝3
HT＝h1 T，h2 T，h3 T，……hN T；TOD＝T
在上面的表达式中，字符“N”代表跳跃码型的长度。例如当N＝1500时，跳跃码型的周期为1500并改变1500个跳跃频率实现通信。
HPG70产生的跳跃码型被输入给一HFM72。这样HFM72标记实频率。标记实频率的处理如下。
如下面的表达式2给出跳跃码型。
[表达式2]
H＝h1，h2，h3，……hN
在上面的表达式2中，当h1＝4，h2＝1000，h3＝1123，和hN=5时，由如上描述的跳跃码型确定的跳跃频率在下面的表达式3中给出。
[表达式3]
F＝F4，F1000，F1123，……F5
这时，HFM72的输出根据发送/接收选择开关74的发送/接收状态被输入给一发送频率组合器78或一接收频率组合器80。
TDD控制器76输出一TOD状态信号指示TDD是处于发送状态还是接收状态。在此，若TDD状态信号指示TDD处于发送状态，发送/接收选择开关74就与接收频率组合器80接通，在接收频率组合器80中控制组合下次发送所用频率。若TDD状态信号指示TDD处于接收状态，发送/接收选择开关74就与发送频率组合器78接通，在发送频率组合器78中控制组合下次发送所用频率。
发送频率组合器78和接收频率组合器80组合如表达式3所示跳跃的频率。在此，通常接收/发送跳跃码型彼此不等并且彼此不同。接着发送频率组合器78和接收频率组合器80产生按跳跃码型跳跃的频率。这样产生的频率被用作载波。这样，在通信时，载波是不固定的并且按每个跳跃处变更的频率跳跃，从而实现通信。
发送频率组合器78的输出是在每个跳跃处变更的频率。发送频率组合器78的输出被输入给一FM调制器66。接着因FM调制器66调制高斯滤波器64和发送频率组合器78的输出，所以FM调制器66输出的频率也是跳跃的。FM调制器66的输出经一BPF82带通滤波后被输入给一功率放大器84。功率放大器84再将功率放大后的信号输入给一BPF86。经带通滤波的信号被输入给一发送/接收选择开关88。而且当TOD状态信号为发送状态时，带通滤波的信号被控制经天线90发射出去。而当TOD状态信号为接收状态时，发送/接收选择开关88与BPF92接通。因此，经天线90接收到的信号被输入给BPF92。
此时，BPF92和96控制跳跃码型的调谐频率。即HPG70产生的跳跃码型是在一HFM72中标记的频率。标记频率的跳跃频率经发送/接收选择开关74被输入给BPF92和96，从而调整BPF92和96的带通。带通在每个跳跃处都要调整。
在此同时，通过BPF92的接收信号被输入给一LNA94。LNA94放大接收到的信号并将其输入给BPF96。BPF96对应调谐的带通带通滤波收到的信号。带通滤波过的信号被输入给一混频器98。混频器98将在接收频率组合器80中组合的频率与带通滤波过的信号相混频并进行下行转换。这时在接收频率组合器80中组合的频率也是在每个跳跃处根据跳跃码型变化的。混频器98的输出被送往BPF100带通滤波而带通滤波后的信号被输入给一混频器102。混频器102将带通滤波过的信号与一中频Fif混频。混频后的信号被输入给一BPF104。BPF104带通滤波信号并将带通滤波的信号输入给一FM解调器106。FM解调器106解调带通滤波后的信号并产生一基带信号。此时，一接收数据再生器108利用FM解调器106的输出解调间断的接收数据。接着，上述解调按40kbps进行。解调的数据在一帧再生器110中被拆帧。与帧产生器62相比，此刻，帧再生器110利用图3和4描述的PA或FSP识别TDD包的开始点和结束点，仅检测象CIF、SIF或TIF这样的实信息字段，并以32kbps速率间隔输出检测信息。32kbps脉冲串的帧再生器110的输出被输入给一接收缓存器112。对应发送缓存器60，接收缓存器112以16kbps的连续数据输出脉冲串和输入的32kbps的信息，并执行数据比率变更所需的所有缓存操作。
接收缓存器112的输出被输入给解扰器114。解扰器114对应扰频器58并解扰输入数据。解扰器114的输出被输入给一数据选择器116。这时要根据接收到的数据是控制信令数据、话音业务、或数据业务对输出路径作不同的调整。
当收到的数据是控制信令数据时，控制信令数据被输入给一择多表决单元120。对应中继发射机48择多表决单元120择多表决输入的控制信令并纠错。
相反地，择多表决单元120的输出被输入给BCH解码器124。这时BCH解码器124用BCH码解码择多表决单元120的输出。接着BCH解码的控制信令数据被输入给第三个IFO126。第三个FIFO126将输入的控制信令数据输入给一信令数据源130。
在该例中，当接收数据为话音业务时，话音业务经第四个FIFO128被输入给数据源50。而且当接收数据为数据业务时，数据业务被输入给去交错器118。因此，接收数据被去交错并经第四个FIFO128被输入给数据源50。
依据本发明采用TDD/FH的无线通信系统利用FH和TDD方式，从而能够进行宽带频率跳跃。而且依据本发明采用TDD/FH的无线通信系统由于引入了为TDD通信创造的TDD包所以可强行进行纠错。借此控制数据的可靠性被增强。在数据业务时，能够进行比特错误的交错和随机化。而且在连到另一错误纠错器时纠错更容易。
再者依据本发明采用TDD/FH的无线通信系统根据控制信令、话音业务、和数据业务来处理数据源。通过扰频使第三方不可能偷听到。甚至在信息数据中连续产生1或0时，比特码型被随机化，从而在接收端更易复原、稳定地调制数据和时钟以及随机化比特码型。
另外，依据本发明采用TDD/FH的无线通信系统利用GFSK增强了频率利用率。与通常的FDD相比采用TDD通信系统能提高频率利用率。本发明没有通常FDD所需的双工器而用一TDD开关代替双工器，因此本发明中开关的优点是低价格、低功耗、最小化和轻便。与通常的固定频率相比采用频率跳跃的通信系统很难被第三方偷听。所以即使存在干扰台的有意/无意的干扰，通信仍是可能的。
因此，应该理解，本发明不限于作为执行本发明的最佳方式设想而在此公开的具体实施例，除在所附权利要求书中定义的之外，本发明不限于在该说明中描述的具体实施例。

Claims (9)

1一种采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统，包括：
一个数据源，用于提供发送数据或接收输入的收到数据；
一个跳跃频率产生器，用于在每隔给定时刻产生随预定频率变化的频率；
一个频率调制器，用于在提供了所说的发送数据时依据与所说跳跃频率对应的发送频率调制频率；
一个功率放大器，用于功放所说的频率调制器的输出；
一个天线，用于以固定时间周期接收输入的所说功率放大器输出的信号并发射所说的输入的信号或接收收到的数据；
一个带通滤波器，用于依据所述跳跃频率带通滤波从所说天线接收的收到数据；
一个开关，用于在发送时连通所说天线与所说功率放大器而在接收时连通所说天线和所说带通滤波器；
一个接收频率混频器，用于接收输入的经所说带通滤波的接收信号并将所说接收信号与对应于所说跳跃频率的接收频率混频；
一个中频组合器，用于接收所说接收频率混频器的输出并将所说接收信号与一中频混频；及
一个频率解调器，用于接收所说中频混频器的输出、解调频率、并再次将所说解调的频率输入给所说数据源。
2如权利要求1所述的系统，还包括：
一个帧产生器，用于接收输入的来自所说数据源的发送数据，将所说数据打包，并将所说数据输入给所述频率调制器；及
一个帧复原器，用于利用所说频率解调器的输出复原帧并将所说复原帧输入给所说数据源。
3如权利要求1所述的系统，其中所说数据源包含：
控制和信令数据的信令数据源；及
话音数据和数据通信的数据的数据源。
4如权利要求2所述的系统，还包括：
一个扰频器，用于接收输入的来自所说数据源的发送数据，扰频所说接收数据，并将所说扰频数据提供给所说帧产生器；及
一个解扰器，用于接收所说帧复原器的输出，解扰所说接收数据，并将所说解扰数据输入给所说数据源。
5如权利要求3和4所述的系统，还包括：
一个BCH编码器，用于接收输入的来自所说信令数据源的控制和信令数据并BCH编码所说接收数据；
一个中继发射机，用于接收所说的BCH编码器的输出并重复发送所说接收数据给所说扰频器以便纠错；
一个择多表决单元，用于在来自所说解扰器的输入数据是所说控制和信令数据时择多表决数据；及
一个BCH解码器用于接收所说择多表决单元的输出，BCH解码所说接收数据，并将所说BCH解码数据输入给所说信令数据源。
6如权利要求5所述的系统，还包括：
一个发送先入先出缓存器，用于接收输入的来自所说信令数据源的数据并将所说接收数据提供给所说BCH编码器；及
一个接收先入先出缓存器，用于接收输入的来自所说BCH解码器的数据并将所说接收数据提供给信令数据源。
7如权利要求3和4所述的系统，还包括：
一个交错器，用于接收输入的来自数据源的数据通信用数据并交错所说接收数据；及
一个去交错器，用于在从所说解扰器输入的数据为数据通信用数据时去交错所说数据。
8如权利要求7所述的系统，还包括：
一个发送先入先出缓存器，用于接收输入的来自所说数据源的数据，并直接将所说接收数据提供给所说交错器或所说扰频器；及
一个接收先入先出缓存器，用于接收输入的来自所说择多表决单元的数据或接收来自所说解扰器的数据，并将所说接收数据提供给所说数据源。
9如权利要求1所述的系统，还包括：
一个TOD，用于输出时间信息；
一个跳跃码型产生器，用于根据所说TOD的时间接收输入的所说数据，并产生跳跃码型；
一个跳跃频率标记器，用于接收来自所述跳跃码型产生器的所述跳跃码型的输入，并标记所说接收跳跃码型作为实频率；
一个时分双工控制器，用于产生一时分双工状态信号；
一个发送频率组合器，用于接收输入的来自所说跳跃频率标记器的频率，并在所说时分双工状态信号为发送状态时将所说的接收频率与发送频率相组合；及
一个接收频率组合器，用于接收输入的来自所说跳跃频率标记器的频率，并在所说时分双工状态信号为接收状态时将所说的接收频率与接收到频率相组合。
CN97119331A 1996-08-24 1997-08-23 采用时分双工/频率跳跃的无线通信系统 Pending CN1182311A (zh)

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