CN1442010A - Tdma突发通信系统内的比特检测门限 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了在诸如以非常短的持续时间进行突发传输为特征的TDMA系统之类的数字通信系统内，一种最佳调整接收比特检测门限的方法。在本发明的一个实施例中，用半双工无线电调制解调器来发送和接收消息，用于空载和地面自动相关监视广播(ADS－B)业务。在收发单元内提供了一个反馈通道，用来将发送信号提供给接收机通道。比特检测门限调整电路接收发送信号，将模拟基带信号数字化，检测正、负峰值并计算出峰－峰偏移值，从而确定比特检测门限值。

Description

TDMA突发通信系统内的比特检测门限

发明领域

本发明涉及改善时分多址(TDMA)突发通信系统的方法和系统，具体地说，涉及最佳调整TDMA通信系统内的比特检测门限的方法和系统。

发明背景

在数字通信系统中，关键性的一项任务是使发送和接收台之间的数据定时同步，以便获得高效率的数据链路性能。通常，在这样的系统内的接收机利用恢复数据时钟定时的电路对信号连续进行监视。一旦在一个信号内检测到时钟，就将数据分离出来予以分析，确定数据消息的同步，使接收机可以对信号解码。在采用始终有发送的调制信号或者长时间发送的系统中，可以用诸如Costas环和Kalman滤波之类的技术来获得和保持精确的数据定时同步。

然而，在TDMA通信系统中，特别是在发送持续时间极短和以高比特率发送时，许多用于获得精确的数据定时同步的现有技术都是不可行的，会产生不可接受的不良结果和/或效率很低。例如，可以连续地对接收机的输出采样，将数据存储起来并实时予以统计分析，力图分离和确定短持续时间(即突发)TDMA通信的定时。这种方案通常用传统的强力DSP技术实现。这种数据定时同步的缺点是通常效率很低，实现起来也很不经济。

为了在TDMA突发通信系统内正确地进行数据定时同步，必需消除接收机偏压对模拟基带输出信号的影响。鉴频器用来将接收信号的频率偏移变换成有一个偏压的电压相对时间的变化。这个偏压可能会由于温度、元件老化和其他因素而改变。偏压的这些改变或偏移对数据检测电路精确地将时变的电压变换成检测到的比特的能力有不利的影响。具体地说，随着偏压的改变，鉴频器的理想接收比特检测门限发生漂移，离开中心值，从而可能引起误码率增大。由于这样的系统以1兆比特的数据率工作，鉴频器的数据比特门限即使稍漂离中心一点也会导致丢失数据。

因此，需要有一种系统和方法可以最佳地调整TDMA突发通信系统内的接收比特检测门限。在这样的通信系统中，一旦接收比特检测门限得到调整，确定时间同步就成为一个容易得多的任务，因为用经校正的偏置采样使接收机的同步过程可以只解决时间的不确定性。这样的系统和方法会导致可以不用对模拟基带输出信号进行采样和/或后处理的简化处理过程。

发明概要

本发明是对短持续时间的TDMA突发通信系统的一种改进。概括地说，本发明监视自生成的发送信号，通常是由运载工具生成的自有(ownship)信号，确定发送信号中心，用来为接收机所获取的停播(offair)信号设置比特检测门限。本发明通过用上述发送信号校准鉴频器，解决了鉴频器漂移的问题。按照本发明设计的系统根据发送信号检测出偏差后进行补偿。

在本发明的一个实施例中，提供了一种调整数字通信系统内接收比特检测门限的方法。这种方法包括：接收一个自生成(即“自有”)广播信号，确定这个自生成广播信号的中值频率，以及根据这个中间值调整比特检测门限。

确定自生成广播信号的中间值通常涉及检测自生成广播信号的正峰值和负峰值，以及确定自生成广播信号的峰—峰偏移值。通过发送自生成广播信号同时估计所述正、负峰值。在大多数应用中，在峰—峰偏移值确定后包括一个滤波处理，用来减小短期抖动，进一步确定比特检测门限值。通常，通过收发单元内发送信号电平反馈通道的中间电平频率反馈通道接收自生成广播信号。

在本发明的另一个实施例中，给出了在TDMA通信系统中实现的一种比特检测门限调整电路。这种电路包括一个通过以预定数据率对信号采样将模拟基带输入信号数字化的模数(A/D)变换器以及与A/D变换器电连接、接收来自A/D变换器的信号并确定正/负峰值的正、负峰值检测器。此外，这种电路还包括一个与正、负峰值检测器进行数据通信的计算任务单元，用来计算峰—峰偏移值，以确定比特检测门限值。比特检测门限值与来自A/D变换器的采样信号一起传送给比特检测器，以便将采样信号变换成数字化的数据比特流。通常，这种电路可以包括一个与计算任务单元进行数据通信的滤波器，用来对峰—峰偏移值滤波，以减小短期抖动，进一步确定比特检测门限值。

按照本发明的一个实施例设计的系统运用一个射频(RF)接收机鉴频器，在它可能漂移的整个动态范围内充分呈线性。最好，有一个温度补偿电路将鉴频器保持在线性范围内。接收机在发送期间保持激活，在收发开关处建立一个反馈通道来监视发送的RF信号，发送的RF信号是一个非常干净的信号，正和负峰值由频率的偏移确定。模拟基带发送信号变换成数字信号后，由数字处理测量峰值，确定中心，将该中心设置为TDMA比特检测门限。该中心可以取为峰值的平均值。

按照本发明的另一个实施例，建立一个中频电平反馈通道。在这个实施例中，可以在飞行器的无线电波内发送一个短的调制模式，用来代替自有信号校准鉴频器。该技术适用于只接收工作模式，此时不启用RF功率放大器，因此不发送短突发通信信号。

附图简要说明

从以下结合附图所作的说明中可以看到本发明的以上说明的一些优点以及其他一些优点。这些附图不一定是按比例绘制的，其中：

图1为按照本发明的一个实施例用于调整数字通信系统内的接收比特检测门限的一种方法的流程图；

图2为在数字通信网内一个典型的RF收发机(即调制解调器)的高级示意性框图，其中示出了按照本发明的一个实施例设计的反馈通道；

图3为按照本发明的一个实施例设计的适合与图2所示电路配合使用的比特检测门限处理电路的高级示意性框图。

发明详细说明

下面将结合示出本发明的优选实施例的附图对本发明进行更为详细的说明。然而本发明可以用许多不同的形式实现，不应该认为只局限于在这里所提出的各实施例；提供这些实施例可以使所述内容更为透彻和全面，向熟悉该技术领域的人员充分表达本发明的范围。同样的标号始终指的是同样的单元。

参见图1，所示出的是按照本发明一个实施例调整数字通信系统内的接收比特检测门限的一种方法的流程图。所考虑的这种数字通信系统通常包括时分多址(TDMA)突发通信系统，其特征是以高数据率进行短持续时间(即突发)通信。可以想象和在这里所揭示的这种独创性的构思内，本发明的比特检测门限调整方案也可与其他数字通信系统配合运用。在本发明的一个实施例中，TDMA突发通信系统被应用于自动相关监视广播(ADS-B)业务，这种业务通常例如用于传输空载和地面通信的消息。然而，可以理解，本发明并不局限于这种应用，本发明在其他TDMA突发通信系统中也有广泛的应用。

在步骤10，比特检测门限调整过程接收一个自生成广播信号，诸如由一个飞行器或者任何其他运载工具发送的“自有”广播消息。举例来说，在ADS-B业务中，每个所配备的飞行器一般每秒广播一个包括各自状态向量信息诸如位置和速度之类的消息。如熟悉该技术领域的人员所知，所谓“自有广播消息”(即自生成广播信号)是指飞行器发送的信号，而“停播广播消息”是指“自有”飞行器接收的由通信系统内其他实体发送的信号。

为了在接收机比特检测电路监视或接收“自有”发送消息，通常需要在通信系统的收发单元内配置一个反馈通道。在本发明的一个实施例中，用一个半双工无线电调制解调器作为收发单元，而在这个调制解调器内可以实现一个反馈通道，以将发送信号从发送通道中吸取到接收机通道。可以配置各种装置向接收机提供反馈信号，因此都是在这里所揭示的本发明的范围之内。举例来说，将在详细说明中稍后说明的图2例示了在一个诸如调制解调器之类的通信链路内提供反馈通道的两种实施例。

此外，对于接收或监视自生成广播信号的比特检测门限调整过程来说，接收机检测电路必需在发送“自有”消息时保持激活(即接通)，而在“自有”消息发送完成时去激活(即断开)。这样就确保比特检测调整过程限于只对“自有”广播消息执行，而在接收机接收停播信号(即来自其他实体的广播消息)时不执行。

在步骤20，比特检测门限调整过程确定自生成广播信号的中间值。在本发明的一个实施例中，确定中间值还要检测自生成广播信号的正、负频率值和确定自生成广播信号的峰—峰偏移值。例如，ADS-B业务中的发送信号通常是一个非常干净的信号，具有由频率偏移确定的清晰的正、负频率峰值。比特检测门限调整过程将在发送信号中检测出这两个频率峰值，再计算出峰—峰偏移值，从而得到中间值。

在步骤30，比特检测门限调整过程根据中间值调整接收机比特检测门限。在本发明的一个实施例中，还对峰—峰偏移进行滤波，以减小测量中的短期抖动。滤波处理的输出就是比特检测门限，限定为逻辑1与0状态之间的中间点。这个比特检测门限传送给将采样数据变换成数字比特流的比特检测器。

图2为按照本发明的一个实施例设计的在半双工调制解调电路100内的传输反馈通路的例示图。在本发明的数字通信系统内也可以实现其他的发送和接收信号的装置，因此与其他收发方案有关的其他反馈通道也是在这种独创性构思的范围内。在所示的这个实施例中，用二元频移键控(BFSK)调制作为射频(RF)调制方法。在BFSK调制中，二元逻辑值“1”通过RF载波的频率移到一个较高的频率来表示，而二元逻辑值“0”通过RF载波的频率移到一个较低的频率来表示。

通过激活用来启动电路和激活FM调制器120开始对发送的数据比特流进行调制的发送控制信号110，开始通过发送通道发送自有数据。

在标准的ADS-B业务中，每个飞行器每秒广播一次含有它的状态向量信息(位置和速度)的消息。这个广播消息的格式包括一个最前面的36比特串，该比特串规定了一个独特的同步模式。在ADS-B业务以只接收模式开展时，该业务不广播消息，然而由于系统仍然接收消息，因此仍需要用一个自生成信号来校准系统。因此，在只接收模式中，发送一个空闲模式，这个模式通常不包括同步模式，因此其他飞行器或基站检测不到。为在此讨论方便，标准的ADS-B业务广播消息和只接收模式的空闲模式一起称为“自有”消息/发送，用于本发明的校准过程。

通过激活用来启动电路和激活FM调制器120开始对发送的数据比特流进行调制的发送控制信号110，开始通过发送通道发送自有消息。该FM调制器将发送的比特流变换成一个调频(FM)信号。按照本发明，通过“自有”发送来确定FM鉴频器130的DC偏置，从而可以相应调整比特检测门限。为了将“自有”发送传送给FM调制器，配置了一个反馈通道，使发送信号可以吸至接收机通路。在本发明的一个实施例中，在RF功率放大器150前的反馈通道140执行中频电平环回功能。有益的是，本实施例使门限调整可以在不通过天线160发送任何RF信号的情况下(诸如设备配置成用于只接收业务之类)进行。在这种情况下，空闲模式用作门限调整的“自有”消息。虽然没有示出，在反馈通道140内可以包括一个由发射机电路驱动的开关，以有选择地使发送通道与接收通道耦合。

一旦自有发送信号已通过反馈通道140馈给接收通道，该信号将通过使信号的信道变窄的IF滤波器170后加到FM鉴频器130上。FM鉴频器负责将所接收的信号的频率偏移变换成随时间的电压变化。作为一个例子，一个比特的持续时间大约为1微秒，而频移大约为+/-300千赫(kHz)。对于典型的FM鉴频器来说，在接收到一个表示逻辑1频率的信号时可以有大约2.0伏特的输出，而在接收到一个表示逻辑0频率的信号时有大约1.0伏特的输出。

如在发明背景中所说明的那样，FM鉴频器的一个特征是它们非常容易受到由于温度和校准以及其他因素而引起的DC偏置漂移的影响。消除这种漂移的电路补偿不但有问题，而且很不经济。FM鉴频器的另一个特征是在没有RF输入信号的情况下，输出中有电平很高的噪声。在有RF信号时，噪声电平大大降低(FM“静噪”效应)，从而在鉴频器的输出信号中所希望的调制占优势。与BFSK调制的RF载波的正常偏差相比，可能影响FM鉴频器的DC偏置的其他因素(诸如由于飞行器相对运动而引起的多普勒频移之类)影响很小，就减小DC偏置漂移来说可以不予考虑。

可选地，可以实现反馈通道180，以用发送的RF信号如在ADS-B业务期间执行环回的功能。在这个实施例中，发送信号通过收/发开关190寄生地漏入接收通道。正如先前所说明的那样，通过激活用来启动电路和激活FM调制器120开始对发送的数据比特流进行调制的发送控制信号110，开始发送自有数据。来自本地振荡器200的频率在混频器210加给发送信号，经混频的信号由RF发射功率放大器150放大到足够的发射功率。在信号传送到收/发开关190和天线160前，信号可以寄生地通过开关漏入接收通道。

一旦发送信号漏至接收通道，它将遇到用来将信号限制到所希望的带宽内的前端滤波器220和用来将信号放大到足够的接收机功率的RF接收机功率放大器230。来自本地振荡器200的频率在混频器240加到接收信号上，所得到的信号传送给上面所说明的IF滤波器170和FM鉴频器130。有益的是，发送信号漏过开关190的这个实施例不需要对调制解调电路100作任何物理修改，可以在调制解调器的正常发送操作期间实现。

参见图3，图中例示性地示出了按照本发明的一个实施例设计的比特检测电路300。熟悉该技术领域的人员可以理解，在这里所说明的比特检测电路各单元可以用硬件、软件或硬件软件结合实现。在这个比特检测电路中，来自图2的调制解调器或任何其他收发单元的模拟基带信号得到处理。无论反馈通道是怎样实现的，最初，A/D变换器310以为数据率若干倍的采样率对模拟基带信号进行采样。正峰值检测电路320和负峰值检测电路330用来对来自A/D变换器310的数字化信号进行处理。峰值检测电路320、330在发射机启动后就被接通，使得检测器不会饱和在FM静噪效应出现前存在的高噪声电平。在检测电路320、330被接通时，它们清除还保留着的先前的值，开始分别跟踪输入的高、低峰值。

传输一完成，就断开正、负峰值检测器320、330，它们所测得的值由计算任务单元340读取。计算任务单元340得出正、负峰值之间的平均值(例如通过平均)，再由滤波器350进行滤波处理，减小测量中的短期抖动。滤波器350的输出为信号的表示在逻辑1和0状态之间的中间点的值，这就是比特检测门限。所得到的比特检测门限传送给比特检测器360。

在这方面，每广播一次自有消息就更新比特检测门限，使得短期和长期漂移两者都得到自动补偿。比特检测器360用这个门限值将数字化基带输出变换成一个二元数据流。在这个ADS-B业务实施例中，消息接收过程用这个数据比特流来获得理想的用于接收其他飞行器发送的ADS-B消息的时间同步。

在一个优选实施例中，A/D变换器310、正、负峰值检测器320、330和比特检测器360可以用硬件实现，而计算任务单元340和滤波器350可以用软件实现。

本发明针对需要，提出了一种最佳调整在TDMA突发通信系统内的接收比特检测门限的系统和方法。同样，在采用本发明的检测门限调整方案的系统中，确定时间同步成为一个容易得多的任务。在这里所揭示的系统和方法提供了一个简化的过程，可以不用对模拟基带输出信号进行采样和/或后处理。

受益于上述说明和附图中所述的本发明的原理，熟悉该技术领域的人员可以想出本发明的许多变型和其他的一些实施方式。因此，可以理解，本发明并不局限于所公开的这些特定实施例，各种变型和其他实施方式都被包括在所附权利要求书给出的本发明的范围之内。虽然在这里用了一些具体术语，但它们是在一般和描述意义上使用的，并没有限制意义。

Claims (13)

1.一种调整数字通信系统内的接收比特检测门限的方法，所述方法包括下列步骤：

接收一个自生成广播信号；

确定该自生成广播信号的中间值；以及

根据该中间值调整比特检测门限。

2.权利要求1的方法，还包括在确定自生成广播信号的中间值前对所接收的自生成广播信号进行数字化的步骤。

3.权利要求1的方法，其中，所述接收自生成广播信号的步骤还包括接收一个自有广播信号的步骤，而所述确定自生成广播信号的中间值的步骤还包括确定该自有广播信号的中间值的步骤。

4.权利要求1的方法，其中所述确定自生成广播信号的中间值的步骤还包括下列步骤：

检测自生成广播信号的一个正频率峰值和一个负频率峰值；以及

确定自生成广播信号的峰—峰偏移值。

5.权利要求4的方法，所述方法还包括对峰—峰偏移值进行滤波的步骤，以充分减小短期抖动和确定比特检测门限值。

6.权利要求4的方法，其中所述检测自生成广播信号的正频率峰值和负频率峰值的步骤还包括基本上与发送自生成广播信号同时检测正频率峰值和负频率峰值的步骤。

7.权利要求1的方法，其中所述接收自生成广播信号的步骤还包括通过一个中间电平频率反馈通道接收自生成广播信号的步骤。

8.权利要求1的方法，其中所述接收自生成广播信号的步骤还包括通过一个发送信号电平频率反馈通道接收自生成广播信号的步骤。

9.一种调整TDMA通信系统内的接收比特检测门限的方法，所述方法包括下列步骤：

接收一个模拟自有广播信号；

以预定数据率对模拟自有广播信号进行数字化；

从数字化自有信号中检测一个正频率峰值和一个负频率峰值；

根据正、负频率峰值计算数字化自有信号的峰—峰偏移值；以及

根据峰—峰偏移值调整比特检测门限。

10.权利要求9的方法，所述方法还包括对所计算出的峰—峰偏移值进行滤波以减小短期抖动的步骤。

11.一种在TDMA通信设备内实现的比特检测门限调整电路，所述电路包括：

一个模数(A/D)变换器，通过以预定数据率对信号采样将模拟基带输入信号数字化；

一个与A/D变换器电连接的正峰值检测器，用来接收来自A/D变换器的信号，确定一个正峰值；

一个与A/D变换器电连接的负频率峰值检测器，用来接收来自A/D变换器的信号，确定一个负频率峰值；

一个与正、负峰值检测器数据通信的计算任务单元，用来计算峰—峰偏移值，确定比特检测门限值；以及

一个与计算任务单元数据通信和与A/D变换器电连接的比特检测器，用来接收来自A/D变换器的数字化信号和来自计算任务单元的比特检测门限值，以将数字化信号变换成一个数字化的数据比特流。

12.权利要求11的比特检测门限调整电路，其中，所述正频率峰值检测器和负频率峰值检测器在TDMA通信设备开始发送信号时被激活以检测频率峰值，而在TDMA通信设备完成发送信号时去激活。

13.权利要求11的比特检测门限调整电路，所述电路还包括一个与计算任务单元数据通信的滤波器，用来对峰—峰偏移值进行滤波，以减小短期抖动。

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