CN1669239A

CN1669239A - 跳频无线通信方法及系统

Info

Publication number: CN1669239A
Application number: CNA028295765A
Authority: CN
Inventors: 荘司洋三; 小川博世
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JPWO2004025863A1; US20050249265A1; CN100367683C; JP3937023B2; EP1551111A4; DE60233173D1; US7804883B2; EP1551111A1; EP1551111B1; WO2004025863A1

Abstract

本发明的发送机将由发送数据生成的IF频带调制信号以及由跳频图形发生器控制的跳频合成器获得的跳频信号输入混频器，从而获得频率跳跃的无线信号，并加以发送。接收机将经放大并除去了不需要电波的接收信号和由在跳频图形发生器中加上固定频率偏移信号的信号控制的跳频合成器的输出信号输入混频器，在无线频带信号一直保持其相对频谱关系的状态下，向对应于该偏移信号的、没有跳频的IF频带进行下转换，将不需要的电波除去，经平方检波，将再生的IF频带调制信号解调，获得所要的接收信号。

Description

跳频无线通信方法及系统

技术领域

本发明涉及在毫米波段等频率非常高的区域进行采用跳频方式的无线通信时的跳频无线通信方法及系统。

背景技术

在建立不需要许可的频带下使用的无线通信系统时，作为用于避免或者充分抑制窄带干扰的影响的一种手段，采用跳频方式是有效的。

图6及图7表示采用通常的跳频方式时的无线通信系统的接收机结构和发送机结构。从输入发送数据的中频(IF)频带调制器得到的信号，以及由来自跳频图形发生器的信号控制的跳频合成器3的输出，由发送机输入到混频器4，从而得到跳频的无线调制信号。在它通过带通滤波器5除去不需要的电波成分后，由发送天线6发送。另一方面，在接收机通过接收天线7将接收信号接收、并由放大器8放大后，通过宽带通的带通滤波器9将不需要的电波成分除去后，将该信号以及由生成对应于所要的接收信号的跳频图形的跳频图形生成器11控制的跳频合成器12的输出信号输入混频器10，使它通过带通滤波器13，获得不跳频的某一固定IF频率的调制信号。将该信号输入IF频带解调器14，解调数据。再有，图7中还一并表示了将接收机中用于捕获跳频频率同步的结构。也就是说，带通滤波器13的输出进一步通过信号检测(包络检波)器15和积分器16，在阈值比较器17中与阈值电平进行比较，再输入相位控制器18，通过此输出，进一步控制跳频合成器12的生成相位。

在这种情况下，为了保持传送的信号品质以及为了充分获得跳频的干扰抑制效果，要求发送机使用的跳频合成器的输出与接收机使用的跳频合成器的输出通常有预定的频差关系，并且相位差的时间变动也要小。因此，作为发送机、接收机内使用的跳频合成器，必须是频率稳定性优良、且相位噪声低，同时要求高速响应。已提出各种方法，在频率特别高的微波区域通过电介质谐振器或PLL(Phase Lock Loop：锁相环路)进行稳定化、低噪声化等。

但是，随着使用频率变为非常高(例如30GHz以上的毫米波段)，实现频率稳定度高的低相位噪声跳频合成器变得困难，同时制造成本上升。另外，如果传送的调制信号是窄带通调制信号的多载波信号或者是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：正交频分多路传输)信号，则要求发送机、接受机之间的跳频合成器具有非常高精度的频率同步。另外，由于频率突发地变化，必须相应地高速响应。但是，实现能够这样高精度频率同步的跳频合成器，例如在毫米波段这样高的频率下，通常是非常困难的，同时在出现大的频率偏移的情况下，立刻加以响应或者同步补充是困难的，为了克服这种困难，不得不使系统具有非常昂贵的稳定化装置。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于：建立不受频率变换用本机振荡器或跳频合成器的频率不稳定性影响的跳频方式的无线系统。

另外，本发明的目的在于：能够在难以采用跳频方式的毫米波段等频率非常高的频率区域采用跳频方式，建立低成本、小型的终端及系统，而作为此时使用的本机振荡器或者跳频合成器不要求高稳定性。

本发明的跳频无线通信方法及系统在多个无线通信终端之间进行通信，各终端包括：在分别具有通过将来自中频频带调制/解调部的中频频带调制信号与本机振荡信号相乘而生成的无线调制信号的发送部，以及通过在无线调制信号上乘以本机振荡信号而生成被下转换的中频频带解调信号并在中频频带调制/解调部进行解调的接收部。设置用于仅发送基准本机振荡信号的1个发送站或者多个无线通信终端内的1个成为基地站或主站，将本站使用的本机振荡信号与无线调制信号一起发送。多个无线通信终端分别在上述中频频带调制/解调部中用跳频方式调制发送信号，并且解调接收信号。另外，多个无线通信终端分别接收来自发送站的基准本机振荡信号，并将它放大、进行带通滤波，然后通过注入同步振荡器或放大器来再生基准本机振荡信号，将该信号用作发送功能部件和接收功能部件使用的本机振荡信号，进行相互通信。

另外，本发明在多个各自的无线通信终端中，发送部以作为跳频合成器而发挥功能的本机振荡信号将以中频频带生成的调制信号向射频频带进行上转换，并将由此得到的单侧带波或双侧带波的跳频无线调制信号和用于此上转换的本机振荡信号同时传送。接收部以在相应于所要的接收波的跳频图形上附加了固定频率偏移的图形跳频的本机振荡信号，将接收信号向第1中频频带信号进行下转换，然后使该信号通过带通滤波器，从而提取下转换后的本机振荡信号成分和调制信号成分两种信号成分，并且通过生成此两种信号成分的乘积成分，再生所要的第2中频频带调制信号。

附图说明

图1是表示实施例1的图。

图2是表示实施例1中发送/接收的频谱的图。

图3是表示实施例2中发送机结构的图。

图4是表示实施例2中接收机结构的图。

图5是表示实施例2中发送/接收的频谱的图。

图6是表示传统的跳频方式的发送机结构的图。

图7是表示传统的跳频方式的接收机结构的图。

具体实施方式

<实施例1>

图1表示说明本发明实施例1的无线通信系统结构，图2表示各站发送/接收的信号频谱变化的情况。如图1(C)所示，所述系统由一个基准信号站19与多个终端站23构成。如图1(B)所示，基准信号站19通过放大器21将基准本机振荡器20生成的基准本机振荡信号放大后，由天线22向服务区发送。如图1(A)所示，各终端站23通过接收天线24加以接收。接收的信号通过放大器25放大后，其一部分被分路，由带通滤波器26除去不需要的电波，再输入到注入同步振荡器或放大器27。结果，获得与基准信号站19发出的基准本机振荡信号同步的本机振荡信号。终端站23将获得的本机振荡信号分路为二，一路输入接收用频率变换器(混频器)28，另一路输入接收用频率变换器(混频器)29。另外，终端站23的混频器28和29分别与解调和生成跳频方式(HF)信号的FH方式的中频(IF)频带调制/解调电路31连接，混频器28的输出即IF频带HF调制信号，通过带通滤波器30除去不需要的电波成分后，输入FH方式的中频(IF)频带调制/解调电路31，获得所需要的数据。另一方面，由FH方式的中频(IF)频带调制/解调电路31得到的IF频带HF调制信号被输入混频器29，向射频频带进行频率变换，再通过带通滤波器32除去不需要的电波，然后通过放大器33将信号放大，并由发送天线34发送。

再有，HF方式的IF频带调制/解调电路31中包含的发送机/接收机结构本身与图6及图7所示的传统跳频方式的系统相同。按照实施例1，无线信号中产生的频率偏移及相位噪声通过输入HF方式的IF频带调制/解调电路31之前的电路可以充分除去，因此，作为其后的HF方式的IF频带调制/解调电路31，不需要响应速度那样快或同步跟踪能力优良的电路，所以可以使用传统的跳频方式的电路。

另外，图2表示的是实施例1中发送/接收的信号频谱对于时间的变化。通常基准信号站19发送的频谱(浓的黑色部分)的频率不随时间变化，使用基准本机振荡信号进行上转换而发送的无线调制信号(淡的黑色部分)的频率随时间而跳跃。

在实施例1中，在终端之外另外设有只发送基准本机振荡信号的站，而通过这种结构，对于每个发送站的发送架空线功率受到限制的系统，可以将更多的发送功率按基准本机振荡信号分配，因此可以使通信区域扩大。

但是，也能够使基准本机振荡信号发送站同时具有终端功能或接收、发送信号的功能。也就是说，在终端群中某一个为主站，将本站使用的本机振荡信号作为基准本机振荡信号发送到空间，其它的各无线终端接收此基准振荡信号，进行放大、带通滤波后，通过注入同步振荡器，能够再生与适当电平的基准本机振荡信号同步的本机振荡信号，并将该信号作为发送/接收功能部件使用的频率变换用本机振荡信号。

在任一情况下，依据实施例1，均能通过构成为发送基准本机振荡信号，形成不受频率变换用的本机振荡器的频率不稳定性影响的结构。因此，可以建立不受频率变换用的本机振荡器的频率不稳定性影响的跳频方式的无线系统。

<实施例2>

图3及图4表示说明本发明实施例2的无线通信系统的发送机结构和接收机结构，图5表示此时终端之间发送/接收的信号频谱变化的情况。本发明可以用于多个无线终端之间的通信，各无线终端设有采用图3结构的发送部和采用图4结构的接收部，因此能够双方向通信。

图3例示的发送机中，发送数据通过IF频带调制器35而生成IF调制信号，由跳频图形发生器37控制的跳频合成器38获得的FH信号和该IF频带调制信号被输入混频器，从而获得跳频的无线信号。再有，该输出中通常除了正如图5所示的频率已变换的两侧频带波的无线信号之外，还包含作为本机振荡信号而使用的跳频合成器的输出信号。这些信号由放大器39放大后，由天线40发送。

如本实施例那样，在发送混频器输出中的两侧频带波信号和本机振荡信号时，基本上不会产生要由带通滤波器除去的电波成分，因此如图3所示，在频率变换用混频器后面不需要带通滤波器，因此能够得到低成本的发送机结构。

另外，如果采用镜频抑制型混频器，则也能得到频率被变换的单侧频带波的无线信号和作为本机振荡信号而使用的跳频合成器的输出信号。

而在接收机中，由接收天线41接收的信号通过放大器42放大后，由带通滤波器43将不需要的电波除去，再输入到混频器44。然后，由偏移信号生成器46在跳频发生器45中加了固定频率偏移信号的信号所控制的跳频合成器47的输出信号，被输入混频器44，结果在射频频带信号一直保持其相对频谱关系的状态下，在混频器44的输出中出现对应于该偏移信号的、不跳频的向第1IF频带作了下转换的信号。若用带通滤波器48将不需要的电波除去后，再用平方器49对它进行平方检波，则能够再生发送源使用的中频频带上的调制信号。在原理上该信号中不会产生伴随向FH方式中的毫米波段上、下转换的频率偏移及相位噪声的劣化。这是由于输入到平方器的、向IF频带下转换的原来的本机振荡信号成分和无线调制信号成分具有相同的频率偏移及相位噪声成分，通过平方检波而使之抵消。因此，通过将获得的IF频带信号输入IF频带解调器50，能够获得所要的接收信号。另外，在图4中将接收机内用于捕获跳频频率的同步的结构也一起表示。也就是说，平方器49的输出进一步通过信号检测(包络检波)器51和积分器52，在阈值比较器53中与阈值电平进行比较，然后将它输入到相位控制器54，通过此输出，能够进一步控制跳频合成器47的发生相位。

正如以上说明，在实施例2中也可以建立不受跳频合成器的频率不稳定性影响的跳频方式的无线系统。

工业上可利用性

根据本发明，可以建立不受频率变换用的本机振荡器或者跳频合成器的频率不稳定性影响的跳频方式的无线系统，能够采用以前难以采用同一方式的毫米波段等频率非常高的区域的跳频方式。另外，作为此时使用的本机振荡器或者跳频合成器，不需要高稳定，因此，可以建立低成本、小型的终端及系统。

Claims

1.一种跳频无线通信方法，其特征在于：

在多个分别设有通过将来自中频频带调制/解调部的中频频带调制信号与本机振荡信号相乘而生成无线调制信号的发送部，以及通过在无线调制信号上乘以本机振荡信号而生成下转换的中频频带解调信号并在所述中频频带调制/解调部进行解调的接收部的无线通信终端之间进行通信的无线通信方法中，

1个发送站发送基准本机振荡信号；

所述多个无线通信终端分别在所述中频频带调制/解调部采用跳频方式调制发送信号，并解调接收信号；并且

所述多个无线通信终端分别接收来自所述发送站的所述基准本机振荡信号，并将它放大、进行带通滤波，然后由注入同步振荡器或放大器来再生基准本机振荡信号，将它用作发送功能部件和接收部件使用的本机振荡信号，相互进行通信。

2.如权利要求1中所记载的跳频无线通信方法，其特征在于：

设有用于仅发送所述基准本机振荡信号的1个发送站。

3.如权利要求1中所记载的跳频无线通信方法，其特征在于：

所述多个无线通信终端中的1个成为基地站或主站，将本站使用的本机振荡信号与无线调制信号一起发送，而成为子站的其它各无线通信终端接收所述基地站或主站发送的基准本机振荡信号。

4.一种跳频无线通信方法，其特征在于：

在所述多个无线通信终端的每个中，所述发送部以作为跳频合成器而发挥功能的本机振荡信号将在中频频带生成的调制信号向射频频带进行上转换，并将由此得到的单侧带波或双侧带波的跳频无线调制信号以及用于此上转换的本机振荡信号同时传送；

所述接收部以用在相应于所要求接收波的跳频图形上附加了固定频率偏移的图形来跳频的本机振荡信号将接收信号向第1中频频带信号进行下转换后，使该信号通过带通滤波器，从而提取下转换后的本机振荡信号成分和调制信号成分这两种信号成分，并且通过生成该两种信号成分的乘积成分，从而再生所要的第2中频频带调制信号。

5.一种跳频无线通信系统，其特征在于：

在多个分别设有通过将来自中频频带调制/解调部的中频频带调制信号与本机振荡信号相乘而生成无线调制信号的发送部，以及通过在无线调制信号上乘以本机振荡信号而生成下转换的中频频带解调信号并在所述中频频带调制/解调部进行解调的接收部的无线通信终端之间进行通信的无线通信系统中，

设有1个发送基准本机振荡信号的发送站；

所述中频频带调制/解调部由跳频方式的中频频带调制/解调装置构成，调制发送信号并解调接收信号；并且

所述多个无线通信终端分别接收来自所述发送站的所述基准本机振荡信号，将它放大、带通滤波后，由注入同步振荡器或放大器再生基准本机振荡信号，将它用作由发送功能部件和接收功能部件使用的本机振荡信号，相互进行通信。

6.如权利要求5中所记载的跳频无线通信系统，其特征在于：

设有1个用以仅发送所述基准本机振荡信号的发送站。

7.如权利要求5中所记载的跳频无线通信系统，其特征在于：

所述多个无线通信终端中的1个成为基地站或主站，将本站采用的本机振荡信号与无线调制信号一起发送，而成为子站其它各无线通信终端接收所述基地站或主站发送的基准本机振荡信号。

8.一种跳频无线通信系统，其特征在于：

在所述多个无线通信终端的每个中，所述发送部以作为跳频合成器而发挥功能的本机振荡信号将在中频频带生成的调制信号向射频频带上转换，并将由此得到的单侧带波或双侧带波的跳频无线调制信号和用于该上转换的本机振荡信号同时传送；

所述接收部以用在相应于所要的接收波的跳频图形上附加了固定频率偏移的图形来跳频的本机振荡信号将接收信号向第1中频频带信号进行下转换后，使它通过带通滤波器，从而提取下转换后的本机振荡信号成分和调制信号成分这两种信号成分，并且通过生成该两种信号成分的乘积成分，再生所要的第2中频频带调制信号。