CN1265785A - 无线电发射机中自动频率偏移设置与控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种调频(FM)无线电发射机,例如蜂窝电话,包括一种自动偏移控制系统,用于自动补偿FM发射机灵敏度的变化。该FM发射机有一个包括受控振荡器的锁相环,该振荡器响应加在其上的控制信号,用调频方式将输入信号调制到一个输出频道频率上去。一个定标器响应输入信号和至少一个定标常数,根据至少一个定标常数调整输入信号,并将调整过的输入信号提供给锁相环,产生调制了输入信号的输出频道调频信号。当受控振荡器调谐到多个输出频道频率之一时,一种自动偏移控制系统测量加在受控振荡器上的控制信号,并根据测量结果更新至少一个定标常数,从而提供自动偏移控制。

Description

无线电发射机中自动频率偏移设置与控制的系统和方法

发明领域

总的来说本发明涉及无线电通信领域，更具体地说本发明涉及无线电发射机里的频率调制。

发明背景

通过用话音频带电压信号控制工作在输出频率上的压控振荡器，调频发射机可以将话音信号调制到射频信号上去。在锁相环或频率合成器的帮助下，可以相对于一个精确的晶体基准，将平均频率精确地控制在需要的频道频率上。话音频带信号使频率从平均值出现瞬时的偏移，这种偏移跟麦克风的话音波形同步。

一般应当将话音信号和频率偏移之间的关系控制在严格的容差范围内。频率偏移太大会导致信号暂时地漂到相邻频道里去，产生“边带拨刺声”干扰。频率偏移太小会降低接收机的音量，有噪声时会导致话音难以听懂。在这种调频发射机里频率偏移的不确定性来自压控振荡器对话音频带信号的灵敏度的变化，这一灵敏度用每伏特兆赫兹频率偏移表示。

至少有两个现有技术无线电产品对调频信号采用了数字定标，以补偿压控振荡器灵敏度的变化。马可尼(Marconi)公司大约在1980～1985年生产的叫做SCIMITAR-V的一种电台(radio)将调制定标系数当作压控振荡器(VCO)工作频率或频道号的函数，用只读存储器储存起来。这款电台的一个变型STARCOMM由英格兰的马可尼和爱立信(Ericsson)(本受让人)合作开发，其中也采用了同样的压控振荡器斜率偏移补偿技术。

下文将参考图1对这一技术作一般性的介绍。如图1所示，受控振荡器例如压控振荡器10在B点产生一个输出，该输出信号是用A点输入的调制信号进行调制得到的调频信号。压控振荡器在小数N频率合成器环路(fractional-N synthesizer loop)的控制下，围绕所需频道的中心频率振荡，这一小数N频率合成器环路包括环路滤波器11、相位误差检测器12和小数N频率合成器即分频器13。小数N频率合成器、相位检测器更详细的工作原理和环路滤波器的具体设计方法可以在颁发给本发明人的美国专利第5095288号和第5180933号上找到，在这里将这两个发明引作参考。

从输入端A进来的调制信号通过两条路径对输出信号进行频率调制，这叫做两点调制。这两条路径有时叫做“环内”和“环外”调制，或者叫做“闭环”和“开环”调制。闭环调制采用模数转换器14将调制信号数字化，得到表示调制信号波形的一系列数值取样。小数N频率合成器13将这些取样数值加到频道码N+dN上去，以确定瞬时频道频率加上由于调制产生的瞬时频率偏移。然后小数N分频器13让锁相环将压控振荡器10调谐到这一值上去。

当调制信号试图改变频率的速度比环路能跟上的速度还要快时，由于环路滤波器11的带宽限制，无法将调制信号如实地加到压控振荡器上去。此时可以让压控振荡器绕过环路滤波器，直接工作在开环调制状态。这相当于预先告诉压控振荡器环路要求的输入频率变化值。于是压控振荡器采用新的频率时多少能够跟要求这一变化的锁相环同步，从而减少环路里的误差。这样，环路滤波器就不会限制调制信号的带宽。

直接调制最好在压控振荡器的平坦调频响应处进行。从原理上讲，可以在环路滤波器11以后将电压相加来这样做，但是在VCO控制线上增加元件并不合适，因为它对干扰非常敏感。因此，最好利用环路滤波器元件R₀和C₀按比例缩小了阻抗的α·R₀和C₀/α，把直接调制信号作为环路滤波器的另一个输入加上去。由于时间常数(α·R₀)(C₀/α)跟R₀C₀一样，因此这样得到的频率响应是平坦的，但VCO控制线的调制灵敏度却按比例α缩小了。串联电容C₀/α也可以将A点的直流电平跟压控振荡器隔离，它可能跟VCO控制线上的直流电平不同，因为这与频道有关。

当压控振荡器必须在很宽的频率范围内工作时，频率跟控制电压之间的关系并不是理想的线性关系，这使得正切调制灵敏度dF/dV通常不是常数而是跟着频率一起变化。然而在图1的设计中都把这一特征曲线看成是常数，补偿这一固定曲线的定标值都是事先计算出来并储存在只读存储器16里的。当然，无论如何在工厂生产中要进行的压控振荡器调整可以用来保证在每一单元里都使用相同的正切调制灵敏度随频率变化的标称曲线。对正切调制灵敏度随频率的变化进行的补偿可以通过用放大模数转换器15调整直接调制信号来实现，这一模数转换器15将A点的模拟输入信号跟代表0/256和255/256之间、步长为1/256的8位数字相乘。

平衡所有频道频率上调制偏移的8位定标常数是事先计算出来并储存在象只读存储器(ROM)16这样的存储器里的。所有模块里这些值都一样，而且出厂后一般就不再更新。但为了使用定标值的固定ROM表，需要在工厂里手工调整压控振荡器，以得到预期的正切调制灵敏度曲线。

发明简述

本发明对调频(FM)无线电发射机进行自动偏移设置和控制，从而使偏移不受受控振荡器的灵敏度随频率、温度、时间和/或其它因素变化的影响。这样一来，发射机就会一直有准确的定标常数。

具体而言，本发明的调频无线电发射机将输入信号用调频方式调制到多个输出频道频率的一个上去。这一调频无线电发射机有一个锁相环，锁相环里有一个受控振荡器，它按照加在其上的输入控制信号将输入信号用调频方式调制到多个输出频率的一个上去。一个定标器响应输入信号和至少一个定标常数。这一定标器至少按照一个定标常数调整输入信号，将调整过的信号馈送给锁相环从而在多个频道频率之一上产生调频信号。当受控振荡器调谐到多个输出频道频率之一时，一个自动偏移控制系统测量加在受控振荡器上的控制信号，并根据输入控制信号的测量结果至少更新一个定标常数。由此对多个频道频率之一上的调频信号进行自动偏移控制。

压控振荡器的灵敏度可以通过计算压控振荡器频率/从前面的测量获得的电压特性的斜率而获得。于是可以利用所选工作频率处的斜率值来调整输入信号从而得到适当的调制频率偏移。这种调整可以是例如通过用模数转换器使输入信号数字化而实现，需要的时候进行预调制滤波、压缩扩展、偏移限制或者利用数字信号处理中任何其它的普通信号调整功能。然后将得到的数字信号流跟定标常数相乘，再经过数模转换得到调整过的基带信号，加到受控振荡器的频率控制端上。用这种方法可以得到正确的频率偏移，即使受控振荡器的斜率灵敏度随着频率、模块、时间或者温度的不同而不同。

有许多技术可以用来连续地测量加在受控振荡器上的输入控制信号，并更新至少一个定标常数，从而实现自动偏移控制。具体而言，可以在制造过程中先测量一次加在受控振荡器上的控制信号，并设定至少一个定标常数。出厂以后可以在工作过程中再次测量加在受控振荡器上的控制信号，并更新至少一个定标常数。可以反复、周期性地更新定标常数。

在另一个实施方案里，这一自动偏移控制系统在第一组多个输出频率上重复地测量加在受控振荡器上的控制信号，并计算第二组多个输出频率上的定标常数。或者自动偏移控制可以反复地测量多个输出频率中某些频率上加在受控振荡器上的控制信号，然后通过内插计算并更新多个输出频率中的其它频率或所有频率上的定标常数。这一内插可以是线性内插、二次内插、更高阶的内插或者其它的普通内插方法。

在又一个实施方案里，这一自动偏移控制系统可以根据用户命令测量加在受控振荡器上的控制信号，例如隔了一段时间以后才开机时这样做。在另一个实施方案里，这一自动偏移控制系统可以扫描受控振荡器的多个频率，测量多个频率上加在受控振荡器上的控制信号，并更新其它或所有频率的定标常数。

在其它的实施方案里，对加在受控振荡器上控制信号的测量是在每次给调频无线电发射机加电的时候进行的。或者，对加在受控振荡器上控制信号的测量甚至可以在一个频道频率的调频过程中，通过用一个滤波器将频率调制信号平均掉，得到平均的输入控制信号而进行。可以根据对平均控制信号的测量结果至少更新一个输出频率的定标常数。

这一自动偏移控制系统可以包括一个模数转换器，用来将振荡器的控制信号变换成数字信号，还可以包括一个控制处理器，利用这些数字信号计算至少一个调制定标常数。定标器可以包括一个数字信号处理器，对输入信号和至少一个定标常数做出响应。数字信号处理器根据至少一个定标常数调整输入信号，将调整过的输入信号馈送给锁相环，从而在多个频道频率中的一个上产生调频输出信号。

本发明特别适合用于蜂窝无线电电话，这些电话中压控振荡器的灵敏度可能会随着频率的变化而变化，还可能随着时间和/或温度的变化而变化。

附图简述

图1是一个有调制补偿功能的普通调频发射机的框图。

图2是有本发明自动偏移控制功能的调频发射机的框图。

图3是采用本发明自动偏移控制功能的蜂窝电话的框图。

优选实施方案详述

下面参考附图更详细地介绍本发明，其中展示了本发明的优选实施方案。但是本发明还可以用许多其它形式来实现，不应当认为它只限于这里介绍的实施方案，相反，介绍这些实施方案只是为了使这一说明更加全面更加完整，并将本发明的所有内容完整地展示给本领域里的技术人员。所有附图中相似的数字表示相似的部件。

介绍本发明时将考虑利用两点调制的一个小数N频率合成器。这样既可以实现普通的模拟(音频)调频，又可以利用象高斯最小频移键控(GMSK)或者连续相位频移键控(CPFSK)这样的调制方法，实现数字数据调频。

参考图2，其中的锁相环频率合成器300有一个象压控振荡器(VCO)那样的受控振荡器100、环路滤波器101、相位检测器102和一个频率合成器控制电路103。锁相环频率合成器300还有一个输入端，用来输入直接调频信号或者开环调频信号，还有一个输出端，用来测量将VCO调谐到一个给定频率的平均控制电压。相位检测器102最好是电荷泵类型的，数字频率合成器控制电路103最好是小数N型的。频率合成器300可以是前面提到的美国专利公开的那种类型。

数字信号处理器104产生频率调制信号，作为一系列数字取样。数字调制取样信号可以直接馈送给小数N频率合成器控制电路103，实现闭环调制，这是一种选择，尤其是在纯模拟(音频)调频应用中更是如此。闭环调制不需要按照频率定标，也不需要进行数模转换。可以按照同时提交的(cofiled)，申请序列号为＿＿，标题为“具有直流响应的三点调制方法和合成器系统”的美国专利所介绍的σ-δ调制模式，通过让小数N分频器进行N分频或者N+1分频来实现闭环调制，这里将这一申请引作参考。

利用控制处理器200提供的定标常数，将DSP(数字信号处理器)产生的开环调制信号作为频道频率的函数进行调整。然后从DSP 104输出调整后的开环调制信号，利用模数转换器105转换成模拟调制信号，它可以用内插低通滤波器从一系列离散波形取样重构连续时间信号。数模转换器105也可以采用引用的同时提交的申请中的σ-δ调制。然后同过阻值为αR₀的电阻和电容值为C₀/α的电容将数模转换器105输出的模拟调制信号加到PLL控制环101上去，从而得到平坦的调制频率响应。

控制处理器200可以实现本发明中自动确定特定VCO和特定频率的定标常数，从而将调制输出信号的频率偏移控制在更严格的容限内的功能。利用模数转换器106对平均压控振荡器控制信号取样并转换成数字形式，控制处理器200能够测量压控振荡器的频率-电压(或电流)控制曲线，从而确定定标常数。改变到一个新的频率，压控振荡器已经稳定下来以后，控制处理器控制模数转换器106对压控振荡器的控制信号取样并数字化，测量之前留有足够的时间让压控振荡器稳定下来。

对控制电压的测量最好在图2中电容值为C₀的积分电容上端进行，这样做的原因有：首先跟模数转换器106相连的这一点对干扰不是那么敏感；其次，电容上的电压更接近真正的平均值，而且受环路噪声和瞬态电流的影响较小；最后，电阻R₀和电容C₀的滤波作用使调制信号得到了衰减，从而不会破坏测量结果。当然，可以在压控振荡器路径上任意一个合适的点进行测量。

在手持式无线电装置里，例如在蜂窝电话里，控制处理器200跟一个人机接口(MMI)相连，人机接口是键盘、显示器或蜂鸣器这样的变换器的统称，它们将有关状态告诉人，并接受键盘输入。控制处理器200还能通过接收机(没有画出)从网络或基站(没有画出)接收信息，这些网络或基站根据例如通过MMI的业务请求为发射机分配发射频率。

如果分配了一个发射频道，控制处理器200就确定一个相应的至少包括N的频率合成器编程码(如果采用小数N频率合成器就还包括dN)并通过总线将该编程码发送给频率合成器。经过几毫秒，当频率合成器稳定到分配的频率后，控制处理器200就让模数转换器106对压控振荡器控制信号V测量取样，并从模数转换器106读出来。这样每次设定一个新的频率控制码N，都可以得到相应的一对坐标(N，V)。

在工厂里按照本发明制造产品时，可以让产品中的频率合成器按顺序在所有的频率上工作，在所有频率上将V-N值记录到微处理器的EPROM或者EEPROM(电可编程只读存储器或者电可擦除可编程只读存储器)里。显然，EEPROM是一种断电的时候能够记住内容的读写存储器，也就是说它是一种非易失性存储器。利用电池供电可以使随机存取存储器变成非易失性存储器，但最好不这样做。另一个选择是使用易失性随机存取存储器，如果将电池取走或者电池的电用完了，它会丢失它的内容，恢复供电时，总是执行工厂的设置程序，按顺序选择许多频道，记录相应的频率合成器控制信号。

没有必要经常测量所有频道的有关参数。例如在AMPS(高级移动电话服务)那样的模拟调频蜂窝电话里，总共有400个频道，占用25MHz的带宽，频道间隔为30kHz。但是在1MHz间隔的25个频道上或者在500kHz间隔的50个频道上测量调谐电压就足够了。只要取样密度能够覆盖压控振荡器控制特性的主要变化就行。

给定一个信号电压值V-频道号N的表，很可能它没有把每一个频道号包括在内，控制处理器200可以估计正切调制灵敏度，对应每一个频道号，包括这个表中没有的频道号，它是控制信号的单位变化导致的频率变化值。可以用内插或曲线拟合和曲线的数值微分确定斜率dF/dV来进行估计。

针对频率测量控制电压表而不是针对电压测量频率这一事实不应当成为一种障碍，因为只要这条曲线是单调的，自变量和因变量就可以互换。例如，控制处理器200可以计算出正切调制灵敏度的倒数，也就是dV/dF。如果调整是通过跟定标系数相乘，那么这就与需要的定标常数直接相关。如果计算出了dF/dV，那么就可以通过除以这一值来调整信号。既然乘法通常比除法简单，计算dV/dF就方便得多，尽管也可以计算dF/dV，然后计算它的倒数。

没有必要每测量一次就让控制处理器重新计算一次定标常数。压控振荡器的特性不会发生快速变化，因此对储存的表进行非实时的更新就足够了，这样不会给处理器200的实时处理增加负担。利用最新的测量结果进行更新可以作为后台任务来完成。

可以将各种复杂程度的算法编程程序存入控制处理器200里，以针对给定频道确定定标常数dV/dF。这里将介绍三种算法：线性内插、二次内插和更高阶的内插。

线性内插

如果当前频道号N处于N1和N2之间，那么可以假定它的斜率dV/dF是(V2-V1)/(N2-N1)，这里V2和V1分别是在此以前在频道N2和N1里测到的控制电压。在当前频道N测量到一个新的电压V后，可以更新这些电压值。换言之，处理器200中的表里储存了数据的那些频道之间有新的测量结果时，可以用来更新表里储存的值。

二次内插

假设控制电压跟频道号之间的关系是一个二阶多项式(二次的)，即：

V＝aN²+bN+c

那么如果当前频道N位于(N2+N1)/2和(N3+N2)/2之间，其中的N3、N2和N1是表中的频道点，就可以进行以下过程：

计算： $D2=\frac{V3-V2}{N3-N2};D1=\frac{V2-V1}{N2-N1}$ $a=\frac{D2-D1}{N3-N1};b=\frac{V3-V1}{N3-N1}-a(N3+N1)$

于是在频道N处正切灵敏度的倒数dV/dF就是2aN+b。

如果表中的频道号N3、N2、N1是等间隔的，将它们之间的频率间隔看成一个频率单位，也就是说N3-N2＝N2-N1＝1，N3-N1＝2，而且将N2取作零点(即零频率)，那么N3＝+1以及N1＝-1，以上公式简化为： $a=\frac{V3-2\·V2+V1}{2};b=\frac{V3-V1}{2}----\left(1\right)$

于是正切灵敏度的倒数dV/dF就是2a(N-N2)+b，或者dV/dF＝(V3-2·V2+V1)(N-N2)+(V3-V1)/2。

换句话说，2dV/dF同样也可以用作定标系数，2dV/dF＝2(N-N2)·(V3-2·V2+V1)+(V3-V1)。

也可以采用4dV/dF或者8dV/dF。这样选择的主要目的是控制小数点的位置，以降低固定小数点的运算中的舍入误差，关于这一点本领域的普通技术人员都很容易理解，不必进一步介绍。

在前面原点和单位的定义中，N-N2总是在-1/2和+1/2之间。由于电压值最可能是按不多于8位的精度储存的，计算中通常无法保证太高的精度。8位，也就是单精度很可能就够了。如果8位量之间的差例如V3-V1非常小，只有几个LSB(最低有效位)，那么表中的值就相隔太近，没几个有用。换句话说，可以将用于二次插值的这些点(N3，V3)、(N2，V2)、(N1，V1)选择得相互之间离得更远，以便获得较大的差V3-V2。

更高阶的内插

更高阶的内插例如三次内插也是可以使用的，但很可能没有必要。还可以采用其它的方法，例如曲线拟合，其中计算出二次系数(a，b)，给出最接近三个以上的点的曲线，使误差平方和最小。二阶多项式能够刚好通过三个点。但这些方法一般都太复杂，没有这样的必要，其它的选择将利用表的更新来说明。

继续介绍图2，控制处理器200计算灵敏度dV/dF的倒数用作调制定标因子，这依赖于当前表中的压控振荡器控制电压-频道号N。这个表最初可以在工厂里构造好，但最好在产品的使用过程中继续自动更新。如果有合适的机会，该设备就周期性地重新测量整个表的参数。可以在人机接口里加上“重新校准”这样的菜单选项，使用户和服务人员都可以进行这项操作。

下面将介绍一种选择，也就是常规使用中每次测量出一个新数据点(N，V)时，如何更新表中的值。如果控制参数是用8位精度储存的，那么最小的变化就是一个LSB。如果它太粗略，即使测量它们时只用了8位，以及只需要高8位数字来计算dV/dF值就能得到合适的精度，也可以用16位精度储存V值。

从方程(1)可以看出，即使是16位值，二次系数(a，b)的计算也都非常简单，不需要16位以上的加法、减法和通过右移实现的用2除。如果表中的数据点间隔为一个频率单位，那么N-N2就是一个小数值。或者如果N是整数频道号，N-N2就是一个整数值。于是，如果表中的数据点是等间隔的，其间隔大于一个频道，那么N3-N2＝N2-N1＝dN就大于1。

这样dV/dF就是：

dV/dF＝(V3-2·V2+V1)/dN²+(V3-V1)/(2dN)

通过进行以下计算就可以避免除法运算：

2dN²·dV/dF＝2(V3-2·V2+V1)+(V3-V1)    (2)

可以将它当作一个定标系数使用。如果需要，可以将表中的间隔dN选择为等于2的幂，那么(2)式给出的dV/dF就可以通过适当的右移操作或者移动假想的小数点实现除以2dN²来得到。

同理，“a”和“b”的值为：

a＝(V3-2·V2+V1)/2dN²以及b＝(V3-V1)/2dN

但如果将dN选择为等于2的幂，就可以省略除数2dN²和dN，这时由于忽略了除以2的幂，因此必须记住隐含小数点的位置。这样，a和b的新值，用A和B表示，分别为：

A＝(V3-V2)-(V2-V1)以及B＝(V3-V2)+(V2-V1)

它们分别是a和b跟2dN²和2dN的乘积。

在频道N中测得一个新值V时，可以将该值V跟当前表中的值的内插结果比较。选取表中的值N3、N2、N1，使得N最接近N2。计算出A和B以后，预期的V就是：

A(N-N2)²/2dN²+B(N-N2)/2dN。

或者计算：

V’＝A(N-N2)²+BdN(N-N2)

已经用2dN²对它进行了调整，当dN是2的幂时，这等价于将它进行左移。然后用V’跟测量值V比较，这里的V也要左移相应位数，以便确定预测值和测量值之间的误差“e”，也就是：e＝2^m·V-V’，这里2dN²＝2^m。

下面应当更新表里的V值，以减小这一误差，但最好不完全按照这一个测量值进行修改，因为需要对许多测量结果进行平均。既然三个值V1、V2、V3都对预测V’有贡献，而且N处于N1、N2和N3中的某个位置，因此关于这一新值，需要同时更新V1、V2和V3这三个值。根据卡尔曼滤波原理，灵敏度或者V’关于V1、V2和V3变化的梯度可以用下式计算： $\mathrm{grad}\left(V^{\′}\right)=\left[\begin{array}{c}d{V}^{\′}/\mathrm{dV}1=(d{V}^{\′}/\mathrm{dA})(\mathrm{dA}/\mathrm{dV}1)+(d{V}^{\′}/\mathrm{dB})(\mathrm{dB}/\mathrm{dV}1)\\ d{V}^{\′}/\mathrm{dV}2=(d{V}^{\′}/\mathrm{dA})(\mathrm{dA}/\mathrm{dV}2)+(d{V}^{\′}/\mathrm{dB})(\mathrm{dB}/\mathrm{dV}2)\\ d{V}^{\′}/\mathrm{dV}3=(d{V}^{\′}/\mathrm{dA})(\mathrm{dA}/\mathrm{dV}3)+(d{V}^{\′}/\mathrm{dB})(\mathrm{dB}/\mathrm{dV}3)\end{array}\right]$

也就是： $\mathrm{grad}\left(V^{\′}\right)=\left[\begin{array}{c}(N-N2)+\mathrm{dN}\\ -2\\ (N-N2)-\mathrm{dN}\end{array}\right](N-N2)$

为了使误差“e”趋于0，应当按照以下公式计算V’：

新V’＝旧V’+e·grad(V’)

但是，这一方法会产生荒谬的结果：当N接近N2时，例如N-N2＝1，(并让表里数据点的间隔为例如dN＝8)，更新了的V2跟新的测量值相差-2e，而V1和V2跟新测量值的误差更大，分别是8e和7e。这一学习过程不是收敛的，因为每一次更新都会放大二次项。

另外可以假定，误差的主要原因只是整个电压-频率曲线由于例如温度的改变而向上或向下发生了平移。如果这一假定正确，就应当通过向一个方向平移所有的点，从而减小误差。但不需要改变曲线的斜率。

于是最好只向测量值V平移一个正比于误差“e”的值，更新V2值，这样如果误差是0就不作任何改变，这样做是合理的。作为跟频道N最接近的表中的点，V2用以下公式更新：

新V2值＝旧V2值+e/2^q，或者：

新V2值＝旧V2值+Δ，这里Δ＝e/2^q    (3)

其中将2^q选择为2的幂，从而将除法简化为右移操作，并将它选择得足够大，使得每次新的测量结果只改变表中的值一点点，获得一个平均效果。

现在假设进行了重新校正，在表中所有数据点上测出了新值，并且在所有数据点上计算出来的e值基本上都一样。于是可以将曲线上的所有数据点都按照“e”的平均值平移。通过修改更新算法，使它更新表中所有的数据点，但离着一个新测量值远的数据点更新的少一点，离得近的更新得多一点，这样就可以近似得到上面那种效果。

例如可以用公式(3)计算出一个新V2值，于是可以将V2两边的值V1和V3增加δ/2；离V2两点远的V0和V4都增加δ/4，如此下去，这里的δ是新旧V2值的差。

图3说明如何将本发明用于象蜂窝电话这样的双向无线电电话。在图3里，从网站接收信息的接收机链包括天线300、让发射机和接收机同时使用同一付天线300的收发双工滤波器301、接收下变频器302、第一个中频滤波器303a、提供接收的信号的强度信息(RSSI)和硬限制的第二中频信号给信号处理器104、200的第二个下变频器和中频放大器子系统，104、200包括图2中的DSP 104和控制处理器200，以及模数转换器306a，该接收机还可以包括第5048059号美国专利中的对数极坐标转换器，这里将这一专利引作参考。处理器104、200对收到的信号解调并解码，得到语音或数据和信令信息，驱动耳机、蜂鸣器和人机接口的显示器。

下变频器302包括由主频率合成器308控制的第一个本振307。电路308还可以有第二个固定频率的频率合成器，用来控制中频系统303的第二个本振部分。控制处理器200将编程信息发送给主频率合成器308，根据分配的通信频道不同，使第一个本振(LO)307调谐在不同的频道上。

在双向或双工无线电系统里，发射机的工作频率通常总是跟接收频道的频率之间有一个固定的偏差。这一偏差叫做双工间隔，它必须足够大，从而使发射机不会干扰接收机，同时双工器301在物理上还能够实现。在这一实例里发射调频信号的发射机最好有一个振荡器/功放模块组合305，用于在中心频率Ftx上产生一个发射信号。用Frx表示接收频率，可以得到以下关系：

Frx-Ftx＝双工间隔    (4)。

用Flo表示本振307的频率，用IF1表示第一中频，于是：

Flo-Frx＝IF1或者Frx-Flo＝IF1    (5)。

后一种情况叫做“低端”混频，因为Flo比Frx低；前一种情况叫做“高端”混频，因为Flo比Frx高，通常都用高端混频。

将(4)和(5)相加得到：Flo-Ftx＝IF1+双工间隔＝Ftxoff，这叫做发射偏差频率。Ftxoff是接收本振307的工作频率跟所需发射频率之间的差。发射下变频器309将来自发射机PA/VCO 305的信号跟LO 307混合，产生一个频率为Ftxoff的信号。在分频器311里将这一信号进行N分频，再在相位比较器312里跟一个基准频率比较。基准频率是通过分频器313将基准振荡器314的信号进行“M”分频而得到的。分频器311和313的分频系数N、M中至少一个，最好是两个，由处理器104控制。处理器104给出的可以是一个σ-δ信号，它能改变分频系数，当PA/VCO产生了正确的发射频率，而且下变频器309正在产生预期的Ftxoff时，它使得相位比较器312输出的平均误差信号等于0。环路滤波器310对相位比较器312输出的相位误差信号滤波，为PA/VCO 305产生一个频率控制信号。还选择了σ-δ型连续分频系数以提供所需频率调制，这就是两点调制系统中的闭环调制部分，前面介绍过的同时提交的美国专利申请中有详细的介绍。

包括PA/VCO 305、分频器311和313、相位误差检测器312以及环路滤波器310的锁相环可以采用引用申请里改进方案中的任意一个或所有方案，包括同时控制两个分频器311和313，并控制相位检测器312的增益或电流输出，以保证环路带宽为常数。具体而言，最好这样来选择中频例如IF1，使得比值Ftxoff/Fref处于N1/M1和N2/M2之间，这里Fref是基准晶体314的工作频率，N1/M1和N2/M2都跟Ftxoff/Fref非常接近，但一个比它大，一个比它小。然后按照σ-δ位模式用(N1，M1)和(N2，M2)调整分频器311、313，就会得到量化噪声最小的所需调制。

调制的开环部分通过数模转换器和串联元件α·R₀和C₀/α来自数字信号处理器104，它可以包括纹波补偿，以消除需要的调制信号和由于改变分频系数而产生的不需要的调制，如同参考文献所述。

本发明可以实施为从环路滤波器310为PA/VCO 305提取频率电压值，然后利用模数转换器106对它进行模数转换，将得到的值读入控制处理器200或者DSP 104。这样就可以在处理器存储器中建立起控制电压-PA/VCO 305的工作频道表，而且可以按照上述方法让该系统学习开环调制的定标补偿。

本领域的技术人员可以想出许多的方法来更新表中的值，还可以利用一个模型事先对这些方法进行模拟测试，这个模型包括VCO特性由于温度、电源等等的变化，以核实所选算法是良好的。

所有这些方法都属于本发明的范围，这里本发明利用VCO调谐电压值-测量和记录的频道频率来确定调制定标常数，本发明的装置能够在正常的操作和使用中调节各种频道频率。

在附图和说明中，公开了本发明典型的优选实施方案，虽然采用了某些特定的术语，但其目的只是对本发明进行说明，而不是进行限制，本发明的范围由以下权利要求限定。

Claims (22)

1.一种调频(FM)无线电发射机，用输入信号对多个输出频道频率信号中的一个进行调频，该FM无线电发射机包括：

包括受控振荡器的一个锁相环，这一受控振荡器响应给它的控制信号，将输入信号调制在多个输出频道频率之一上；

一个定标器，响应输入信号和至少一个定标常数，根据至少一个定标常数调整输入信号，将调整过的信号提供给锁相环，从而将输入信号调制在多个频道频率之一上；和

一种自动偏移控制系统，当受控振荡器调谐到多个输出频道频率之一时，它能测量加在受控振荡器上的控制信号，根据控制信号的测量结果更新至少一个定标常数，从而为在多个频率上调制输入信号提供自动偏移控制。

2.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统能够计算出受控振荡器的频率随着受控振荡器控制信号的变化而发生的变化，根据控制信号的测量结果，更新至少一个定标常数。

3.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统首先在生产过程中测量加在受控振荡器上的控制信号，至少设置一个定标常数，然后在出厂后的工作过程中测量加在受控振荡器上的控制信号，并更新这至少一个定标常数。

4.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统测量在多个输出频道频率中每一个频率上加在受控振荡器上的控制信号，并反复更新多个输出频道频率中每一个的定标常数。

5.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统反复测量在多个输出频道频率中某些频率上加在受控振荡器上的控制信号，并利用内插算法反复更新多个输出频道频率中所有频率的定标常数。

6.权利要求5的FM无线电发射机，其中的内插是线性内插、二次内插或更高阶内插中的一个。

7.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统响应用户命令测量加在受控振荡器上的控制信号。

8.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统反复扫描受控振荡器的多个频道频率，反复测量这多个频道频率上加在受控振荡器上的控制信号，并反复更新多个频道频率的定标常数。

9.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统在FM无线电发射机加电的时候测量加在受控振荡器上的控制信号。

10.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统在对一个频道频率的信号调频时反复测量加在受控振荡器上的控制信号，并根据这一个频道频率上对控制信号的测量结果反复更新所有频道频率的定标常数。

11.权利要求1的FM无线电发射机，其中的自动偏移控制系统包括：

一个模数转换器，用来将控制信号变换成数字信号；和

一个控制处理器，响应上述数字信号，至少计算出一个定标常数；和

其中的定标器包括一个数字信号处理器，该处理器能够响应输入信号和至少一个定标常数，根据至少一个定标常数调整输入信号，将调整过的信号提供给锁相环，从而用调频方式将输入信号调制在多个频道频率之一上。

12.权利要求2的FM无线电发射机，其中的锁相环包括：

一个相位检测器，用来检测一个基准频率和一个不正确的输入信号之间的相位偏差；

一个环路滤波器，根据相位检测器提供的信号将滤过波的误差信号提供给受控振荡器；和

一个小数分频器，响应受控振荡器，产生上述不正确的输入信号。

13.权利要求1的FM无线电发射机，其中的输入信号是一个蜂窝无线电电话输入信号，其中的多个输出频道频率是多个蜂窝电话频道频率。

14.调频(FM)无线电发射机中的一种偏移控制方法，用输入信号对多个输出频道频率信号之一进行调频，该FM无线电发射机包括一个锁相环，该锁相环有一个受控振荡器，该振荡器根据加在其上的控制信号用调频方式将输入信号调制到多个输出频道频率之一上；该发射机还包括一个定标器，它能响应至少一个定标常数和输入信号，根据至少一个定标常数调整输入信号，将调整过的输入信号提供给锁相环，产生调制了输入信号的多个频道频率之一的调频信号；其中的偏移设置方法包括以下步骤：

当受控振荡器调谐到多个输出频道频率之一上时，测量加在其上的控制信号；和

根据控制信号的测量结果，更新至少一个定标常数，从而对多个频道频率之一上调制的信号进行自动偏移控制。

15.权利要求14的方法：

其中的更新步骤包括，根据控制信号的测量结果，计算受控振荡器上控制信号的变化所引起的受控振荡器频率的变化的步骤。

16.权利要求14的方法，其中的测量和更新步骤包括以下步骤：

首先在制造过程中测量加在受控振荡器上的控制信号，并设置至少一个定标常数；和

然后在出厂后的工作过程中测量加在受控振荡器上的控制信号，并更新至少一个定标常数。

17.权利要求14的方法，其中的测量和更新步骤包括以下步骤：

测量第一组多个输出频道频率上加在受控振荡器上的控制信号；和

更新第二组多个输出频道频率的一个定标常数。

18.权利要求14的方法，其中的测量和更新步骤包括以下步骤：

测量多个输出频道频率中的某些频率上加在受控振荡器上的控制信号；和

用内插方式更新其它输出频率的定标常数。

19.权利要求14的方法，其中的测量步骤是根据用户的命令来启动的。

20.权利要求14的方法，其中的测量和更新步骤包括以下步骤：

扫描受控振荡器的多个频道频率；

测量多个频道频率上加在受控振荡器上的控制信号；和

更新多个频道频率中至少一个的定标常数。

21.权利要求14的方法，其中的测量步骤是在FM无线电发射机加电的时候进行的。

22.权利要求14的方法，其中的测量和更新步骤包括以下步骤：

当受控振荡器调谐到一个频道频率上时，测量加在其上的控制信号；和

根据对一个频道频率的控制信号的测量结果，更新多于一个频道频率的定标常数。

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