CN1311647C - 同步跳频发送接收机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种供在跳频无线电系统中使用的从无线电收发信机通过在无线电信道的同时组合序列上接收，直到从主收发信机接收到寻呼消息为止来进行同步，并且然后可以恢复到单个信道跳频操作。从属的多信道接收机被亚装备，以便只在它的带宽内信道的子集(PF12，PF13)上同时接收，接收信道通过带宽内的独立编程进行选择。同时接收的信道可被选择，以便与主和从设备之间不同的未对准程度相对应。

Description

同步跳频发送接收机的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在跳频无线电系统中使用的无线电接收机；一种实施这样一种接收机的收发信机，一种实施这样一种接收机的集成电路，并涉及一种操作这样一种接收机的方法，并且例如应用到工作在无许可证的频带中的低功率无线电设备中。
背景技术
在使用跳频的无线电系统中，无线电收发信机依据预先确定的序列重复地改变频率，只在每个频率上停留很短的时间。假定收发信机是同步的，它们将始终在相同的时间上被调谐到相同的频率，并因此通信将是可能的。当收发信机移出范围，或中止通信，例如，采用功率节省模式时，在收发信机中的时钟将自由运行，并将漂移出同步。漂移量取决于收发信机时钟的稳定性和从前面的通信起流逝的时间。当通信被重新启动时，必须重新同步这些收发信机。
为了重新同步两个收发信机，收发信机之一必须通过无线电信道搜索，以便识别其他的收发信机当前被调谐到哪个信道。如果在这些收发信机的时钟之间有大的漂移量，可能必须通过在系统中使用的所有无线电信道进行搜索。这可能导致在通信被建立以前长的延时，结果使用户感受到差的服务。被搜索的收发信机可能也是通过无线电信道跳频的，这就使搜索问题混在一起。
这样的情景可能被发现的一个频带的例子是2.4GHz ISM频带，其中准许无许可证的短距离通信。在这个频带中能够使用的一种技术是蓝牙[“Bluetooth Specification”version 1.0，available athttp：//www.bluetooth.com]。一种用于蓝牙技术的典型应用是用于在移动电话和PC之间通信的电缆的替换。
利用蓝牙术语，通过在一系列信道中的每个信道上发送“寻呼”消息，直到在一个信道上接收到“寻呼响应”消息为止，一个“主设备”可以搜索一个“从设备”；然后主和从设备可以同步并且通信能够进行。蓝牙技术规范规定了一种智能搜索策略，其中主设备首先基于对漂移的估计在从设备最可能被找到的跳频上搜索，如果不成功，则搜索较少可能的跳频。蓝牙使用32个信道用于寻呼，其中主设备为了搜索的目的，将16信道分为A组(最可能的)和16信道分为B组(较少可能的)。对所有的组A和B的频率进行搜索可能要花费2.56秒钟，二如果主设备正在包括同步通信链路的网上搜索，则这个时间可能被延伸。
发明内容
本发明的一个目的是以经济有效的方式减少同步跳频无线电收发信机的跳跃序列所需的时间。
依据本发明的一个方面，提供一种同步跳频无线电收发信机的跳跃序列的方法，包括在第一速率上根据第一序列顺序选取的第一多个无线电信道这中的每一个上从第一收发信机发送第一消息至少一次，在第二收发信机中在第二速率上根据第二序列从第二多个无线电信道中顺序地选取的无线电信道的同时组合上接收，其中第一和第二多个无线电信道具有至少部分的通用性，并且为了响应在第二收发信机上在第二多个无线电信道之中的任何一个上接收到第一消息，从第二收发信机中发送第二消息，并对准第一和第二收发信机的跳跃序列。
通过使用能够同时在一个以上无线电信道上接收的接收机，在第一和第二收发信机(搜索和被搜索)到达一个公共无线电信道上以前流逝的搜索时间可被减少。
一般，第一和第二收发信机的跳跃速率并不相等。例如，在第二收发信机在信道的单一组合上接收而没有跳跃时的周期期间，第一收发信机可以在多个信道上顺序地发送第一消息。或者，例如，在第一收发信机在单一信道上重复地发送第一消息时的周期期间，第二收发信机可以通过多个同时信道的组合进行跳跃。
在被第二收发信机同时接收到的无线电信道组合中的信道可被选择，以便对应于不同的漂移程度。例如，如果每个组合包括两个信道，可从利用序列周期的大约一半分开的跳跃序列中的位置选取该两个信道。在蓝牙设备的情况下，每个组合可以包括从A组和B组中选取的信道。
可以通过第一和第二收发信机中任何一个或两者中的调整来执行第一和第二收发信机的跳跃序列的对准。
依据本发明的第二方面，提供一种无线电接收机，用于同步跳频无线电收发信机的跳跃序列，包括：用于通过一系列无线电信道跳频的装置；用于在多个无线电信道上同时接收的装置；用于解调在多个无线电信道中任何一个上接收到的第一消息的装置；和用于对接收第一消息作出响应而发送第二消息的装置。
这样一种接收机可以包括：能够在N(N＞2)个无线电信道之中的每一个同时接收无线电信号的前端；用于同时将N个无线电信号之中的每一个混频到相应IF频率的装置；多个少于N个的IF滤波器；用于将多个IF滤波器之中的每一个调谐到IF频率之中所选的IF频率的装置；和用于解调通过至少一个IF滤波器接收到的至少一个信号的装置。
通过使用比N要少的IF滤波器，并通过使这些IF滤波器可调谐，接收机成本可以比为每个IF频率提供IF滤波器要低，并且IF滤波器可被调谐到第一消息最可能被接收到的那些信道。例如，在一些无线电系统中，这些可能是专门指定的寻呼信道。而且，对于不同的收发信机，第一消息最可能被接收到的信道可以是不同的。
在第一消息已被从第一收发信机接收到以后，第二收发信机可恢复到一次只接收一个信道，以便使功率消耗为最少。
通过步进式(stepwise)调谐信道组上的N个信道的群集(cluster)，可以扫描无线电系统中的整个信道组。当接收机通过信道组被调谐时，第一收发信机发送第一消息(寻呼信道)的信道可以定位在接收到的信道群集内不同的位置上。可调谐的IF滤波器可被调谐，以便选择第一消息最可能被接收到的那些信道。
可选的是，信道群集可被下混频为低IF，每个信道在不同的IF频率上。也可选的是，已被下混频的信道之一可以是在零IF上。
可选的是，低IF滤波可在多相滤波器中实施，这可以是可编程的，以使寻呼信道能够在接收到的信道群集内被选取。
依据本发明操作的接收机可以是经得起高电平的电路集成。
附图说明
现在将参考附图利用对蓝牙设备的示例应用来描述本发明，其中
图1是依据本发明的一种接收机的方框简图，
图2图解说明可为蓝牙无线电系统使用的全部无线电信道组，
图3图解说明通过频率转换后的滤波选择信道群集，和
图4图解说明通过滤波从一个群集中选择各个寻呼信道。
具体实施方式
当蓝牙收发信机不在从事通信时，它将围绕预置的32个寻呼信道序列扫描它的接收机，监听由主设备发送的寻呼消息，这指明新的通信开始，并使主和从设备能够同步。这些寻呼信道包括32信道跳跃序列，这从设备地址中导出并且对于不同的设备是不同的。32信道被分布在79个信道上。用于执行扫描的定时由内部时钟来控制。
当在一个无通信的周期以后，一个主设备希望与一个从设备建立通信，它就进入寻呼模式，在A组中的那些信道上发送寻呼请求。根据与该从设备以前的通信，主设备可以估计从设备可能被调谐到哪个信道上，但是如果从以前的通信起已经过很长的时间，则可能它们的时钟已漂离，并且估计将是错的，额定情况下时钟的稳定度为30ppm。因此，如果在来自从设备的A组信道上无寻呼响应消息被接收到，主设备在B组信道上发送寻呼消息。在所有的A组信道上发送可能花费1.28秒钟；在所有的B组信道上发送可能花费1.28秒；总共2.56秒。通过使用能够同时接收A和B组信道的接收机，主和从设备将在1.28秒的初始周期期间到达一个公共频率，从而减少同步的最大时间。注意，如果发生大的漂移，主和从设备将使不同的信道分类为A组信道和B组信道，即，被主设备分类为A组的信道可被从设备分类为B组信道。
一种实施本发明的接收机被示于图1中，包括一个天线1，被耦合到选择相关频带的RF带通滤波器2。来自带通滤波器2的信号输出被低噪声放大器3放大，并且然后被分成两条路径I，Q，每个有一个混频器4，5。对混频器4，5的第一输入被耦合到低噪声放大器3的输出。混频器4，5的第二输入由来自振荡器6的一个本地振荡器信号提供。供给混频器5的本地振荡器信号藉助于一个90°相移器7被相对于供给混频器4的信号相移额定值90°。本地振荡器信号的频率近似等于感兴趣的信道群集的中心频率，从而将信道群集混频为围绕零频率为中心。混频的产物被低通滤波器8，9滤波，以排除在感兴趣的群集之外的信道，并且然后在模拟-数字转换器(ADC)10，11中进行数字化。在I和Q路径中数字化信号都被提供给分别是第一和第二信道滤波器12和13的同相和正交输入，这些滤波器可以是多相滤波器。信道滤波器12，13中的每一个是在控制器16的控制下可独立编程的，以选择一个信道。在第一和第二信道滤波器12，13的每一个中的任何信号被去旋转(de-rotate)到零频，除了该信号已在零频上，并在各自的第一去旋转器和解调器14以及第二去旋转器和解调器15中被解调。解调信号被提供给控制器16，用于依据蓝牙协议进行进一步处理。
图2-4示出信道和接收机中的滤波。参考图2，在2.4GHz频带中有79个可用信道可供蓝牙设备使用。考虑需要与一个从设备建立通信的一个主设备的情况，对于它的32信道扫描序列使用编号为4、7、11……等的信道，按照由扫描序列预先确定的次序，使得信道4和信道7定位于利用序列长度的一半隔开的位置处。因此，如果主设备估计，使用它的内部时钟，从设备当前被调谐到信道4，它将把信道4分类为A组信道，并将信道7分类为B组信道。相反，如果主和从时钟有漂移，使得主设备估计从设备当前被调谐到信道7，它将把信道7分类为A组信道，并将信道4分类为B组信道。
再次参考图1，RF带通滤波器2除去在79信道频带之外的不需要信号。79信道在混频器4和5中被频率变换，使得感兴趣的信道群集的中心落在零频(dc)。在本例中，群集包括4个信道4，5，6和7。已频率变换的信道示于图3中。通过适当选择振荡器6频率，能够控制落在dc周围的希望的信道群集的选择。
低通滤波器8，9选择感兴趣的信道群集。在图3中低通滤波被标记为LPF，而所选的信道群集示于图4中。低通滤波器8，9保护ADC 10，11不受不需要信号的影响，从而降低ADC所需的动态范围。
在控制器16的控制下，信道滤波器12和13被编程，以便分别选择信道4和7。在图4中，由信道滤波器12和13进行的滤波分别被标记为PF 12和PF 13。
在信道4或7上接收到的任何信号被去旋转为dc并分别在第一和第二去旋转器和解调器14，15中被解调，而且已解调的数据被传送到控制器16，用于消息处理。
如果已解调的数据是来自主设备的寻呼消息，从设备发送寻呼响应消息到主设备，可以将它的跳跃序列与主设备同步，并且可以禁用全部的而不是信道滤波器12，13和去旋转器和解调器14，15之一，以便降低功耗。
如果从设备没有在信道4或信道7上接收到寻呼消息，它可以重新调谐本地振荡器6，以便将不同的4信道群集下变换为以dc为中心，并可重新对信道滤波器12，13编程，以便在一个群集内选择另一对信道。重新调谐和重新编程继续进行，直到从主设备接收到寻呼消息为止。
在多于一个信道上同时接收信号是可能的，例如，在一个信道上接收来自主设备的寻呼消息，在另一个信道上接收来自另一个设备的不需要的信号。为了迎合这种可能性，控制器16可以包括一种装置，用于从同时在不同信道上接收到的多个信号中选择需要的信号，用于进一步处理。
一般，群集规模并不限于4个信道，而是可以包含任何方便数量的信道。
一般，可编程或可调谐信道滤波器的数目并不限于2个。该数目是建立通信的速度和接收机成本之间的一种权衡。
在所描述的例子中，信道群集被频率变换为dc周围。这使得在数字实现中ADC所需的样本速率为最小。变换到其他的频率也是可能的。将群集频率变换以使得一个信道以dc为中心也是可能的。
工业适用性
用于跳频无线电系统的设备。

Claims (17)

1.一种同步跳频无线电收发信机的跳跃序列的方法，包括在第一速率上依据第一序列顺序地选取的第一多个无线电信道之中的每一个上从第一收发信机发送第一消息至少一次，在第二速率上依据第二序列从第二多个无线电信道中顺序地选取的无线电信道的同时组合上在第二收发信机中接收，其中第一和第二多个无线电信道具有至少部分的通用性，并且为了响应在第二收发信机上在第二多个无线电信道之中的任何一个上接收到第一消息，从第二收发信机中发送第二消息并将第一和第二收发信机的跳跃序列对准。
2.如权利要求1的方法，无线电信道的同时组合包括两个无线电信道的同时组合。
3.如权利要求2的方法，其中两个信道的同时组合包括从第二序列中选取的和从利用第二序列的大约一半周期分开的第二序列中的位置中选取的信道。
4.如权利要求1的方法，还包括：在第二收发信机的接收机中将N个无线电信道混频到相应的IF频率，其中N＞2；将多个少于N个的IF滤波器之中的每一个调谐到与无线电信道的同时组合之一相对应的IF频率之中所选的IF频率；通过任何一个IF滤波器接收第一消息；并解调由此接收到的第一消息。
5.如权利要求1-4之中任何一项权利要求的方法，还包括：将第二收发信机切换到一次单个信道接收模式，以响应接收到第一消息。
6.一种在跳频系统中使用的无线电接收机，包括：用于通过一系列无线电信道进行跳频的装置；用于在多个无线电信道上同时接收的装置；用于将在多个无线电信道之中任何一个上接收到的第一消息解调的装置；和用于发送第二消息以响应接收到第一消息的装置。
7.如权利要求6的无线电接收机，包括：能够在N个无线电信道之中的每一个上同时接收无线电信号的前端，其中N＞2；用于同时将N个无线电信号之中的每一个混频到相应的IF频率的装置；多个少于N个的IF滤波器；用于将多个IF滤波器之中的每一个调谐到选择的IF频率的装置；和用于将通过至少一个IF滤波器接收到的至少一个信号解调的装置。
8.如权利要求7的无线电接收机，其中至少一个相应的IF频率是低IF。
9.如权利要求8的无线电接收机，其中调谐到至少一个低IF的IF滤波器是多相滤波器。
10.如权利要求8或9的无线电接收机，其中通过至少一个低IF接收到的至少一个信号在解调之前被去旋转到零频率。
11.如权利要求7的无线电接收机，其中至少一个相应的IF频率是零。
12.如权利要求6或7的无线电接收机，包括能够用于对接收到预先确定的消息作出响应而调用一次单个信道接收模式的控制装置。
13.如权利要求6或7的无线电接收机，还包括用于从多个同时接收到的信号之中选择信号以便进一步处理的控制装置。
14.一种集成电路，包括在跳频系统中使用的接收机，该接收机包括：用于通过一系列无线电信道进行跳频的装置；用于在多个无线电信道上同时接收的装置；用于将在多个无线电信道之中的任何一个上接收到的第一消息解调的装置；和用于发送第二消息以响应接收到第一消息的装置。
15.如权利要求14的集成电路，该接收机还包括：能够在N个无线电信道之中的每一个上同时接收无线电信号的前端，其中N＞2；用于同时将N个无线电信号之中的每一个混频到相应的IF频率的装置；多个少于N个的IF滤波器；用于将多个IF滤波器之中的每一个调谐到选择的IF频率的装置；和用于将通过至少一个IF滤波器接收到的至少一个信号解调的装置。
16.一种收发信机，包括在跳频系统中使用的无线电接收机，该接收机包括：用于通过一系列无线电信道进行跳频的装置；用于在多个无线电信道上同时接收的装置；用于将在多个无线电信道之中的任何一个上接收到的第一消息解调的装置；和用于发送第二消息以响应接收到第一消息的装置。
17.如权利要求16的收发信机，该接收机还包括：能够在N个无线电信道之中的每一个上同时接收无线电信号的前端，其中N＞2；用于同时将N个无线电信号之中的每一个混频到相应的IF频率的装置；多个少于N个的IF滤波器；用于将多个IF滤波器之中的每一个调谐到选择的IF频率的装置；和用于将通过至少一个IF滤波器接收到的至少一个信号解调的装置。
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