DE69118311T2

DE69118311T2 - Digitale Hochfrequenzkompensation

Info

Publication number: DE69118311T2
Application number: DE69118311T
Authority: DE
Inventors: Karl Bo Lindell
Original assignee: Ericsson GE Mobile Communications Holding Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2011-10-19
Also published as: CA2054237A1; FI105618B; US5113416A; DE69118311D1; AU635693B2; EP0483090A1; HK132296A; FI915045A0; FI915045A; EP0483090B1; ES2087988T3; AU8675391A; CA2054237C

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Funkfrequenzstabilisation und insbesondere eine Frequenzdriftkompensation in einem digitalen Funksystem.

Geschichte des Standes der Technik

Ein grundlegendeskonzept, auf dem Funkkommunikationssysteme beruhen, besteht darin, daß eine Übertragung und ein Empfang bei bestimmten Betriebsfrequenzen auftreten muß und daß derartige Frquenzen über eine Zeitperiode hinweg stabil sein müssen. Die meisten Systeme erzielen eine Frequenzstabilität dadurch, daß sie einen Kristalloszillator umfassen, der eine hochgenaue Frequenz erzeugt, die dann verwendet wird, um die verschiedenen Hochfrequenzsignale zu erzeugen, die in den verschiedenen Komponenten des Radios verwendet werden. Kristalle erfahren jedoch geringfügige Veränderungen in ihrer Resonanzoszillationsfrequenz aufgrund von verschiedenen Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren. Bei Resonanzfrequenzen in dem Megahertzbereich, führen selbst kleine prozentuale Veränderungen zu ausreichend großen Änderungen in der Betriebsfrequenz, um den Betrieb des Funkgeräts zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann ein Standardreferenzkristalloszillator mit hoher Qualität eine Frequenzstabilität in der Größenordnung von ±10 PPM aufweisen. Somit müssen beim Entwurf des Funkgeräts die verschiedenen Faktoren berücksichtigt werden, die Veränderungen in der Oszillationsfrequenz eines Referenzkristalles verursachen.
Die drei grundlegenden Faktoren, die Veränderungen in der Oszillationsfrequenz eines Kristalls verursachen, sind die Temperatur, Alterungsvorgänge und die an den Kristall selbst angelegte Spannung. Um eine Frequenzstabilisation in größeren Funksystemen bereitzustellen, beispielsweise in denjenigen, die in den Basisstationen von Zellularfunksystemen verwendet werden, ist der Referenzkristall häufig innerhalb eines Ofens angeordnet, der bei einem hohen Genauigkeitsgrad auf einer gewählten Temperatur gehalten wird, um Veränderungen in der Ausgangsfrequenz des Kristalls auf Grundlage der Temperaturänderungen zu verringern. Ein Ofen- Referenzkristalloszillator kann eine Frequenzstabilität von ±0,1 PPM beibehalten. Andere kompaktere Funkschaltungen, beispielsweise zellulare Mobilstationen können wegen ihrer Größe und ihres Energieverbrauchs keine Temperaturstabilisationsöfen umfassen und müssen sich auf verschiedene Techniken verlassen, um Frequenzveränderungen in dem Kristall aufgrund einer Temperatur zu kompensieren.
Bestimmte Funksysteme, sowohl Sender als auch Empfänger, umfassen einen relativ breiten Informationskanal und deshalb können geringfügige Änderungen in den Abstimmfrequenzen in den Funkgeräten toleriert werden, so daß sie noch richtig arbeiten. Allerdings müssen die Oszillatorfrequenzen in Funkgeräten mit relativ schmalen Kanälen sehr genau sein, um sicherzustellen, daß der Funksender und Empfänger anstelle auf einen benachbarten Kanal bei einer geringfügig anderen Frequenz auf den gewünschten Kanal abgestimmt bleiben.
In digitalen Funksystemen, die Teil eines Funknetzes bilden, ist jeder der Funkkanäle häufig sehr schmal, z.B. 12,5 Khz und dies erfordert eine gute Frequenzstabilität in den mobilen Stationen des Systems. Ferner arbeiten derartige Systeme bei sehr hohen Datengeschwindigkeiten, z.B. in der Größenordnung von 8K Bits/Sekunden. Um derartige hohe Datenraten zu erzielen, wird eine Modulationstechnik, beispielsweise eine Tiefpaßgefilterte FSK (modifizierte GMSK) verwendet, die einen hohen Grad einer Frequenzstabilität in der Trägerfrequenz des Senders benötigt. Beispielsweise ist eine Frequenzstabilität in der Größenordnung von ±1,5 PPM (±1,35 Khz bei einem 90º MHz-Träger) oft spezifiziert, um die gewünschte Genauigkeit bei der Datenübertragung zu erhalten. Ein digitales Funksystem, welches ähnlich wie der Typ ist, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 560,784 beschrieben, die am 31.07.1990 eingereicht wurde, den Titel " A Method of Adopting a Mobile Radio Communications System To Traffic and Performance Requirements" trägt und die dem Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist und hier durch Bezugnahme darauf miteingebaut ist.
Ein Ansatz der periodischen Messung und Einstellung der Betriebsfrequenz in der mobilen Station eines zellularen Kommunikationssystems besteht darin, das Trägersignal von der Basisstation zu empfangen und dieses Signal als einen Standard zu verwenden, mit dem der lokale Oszillator in der mobilen Station verglichen und eingestellt wird. Ds die Basisstation allgemein einen Frequenzstandard mit einem Ofen- Temperatorstabilisierten Kristalloszillator aufweist, ist ihre Frequenz relativ stabil und eignet sich zur Verwendung als ein Standard bei der Frequenzstabilitätskompensation. Beispielsweise wird in dem US-Patent Nr. 4,921,467 von Lax ein an einen Empfänger gesendetes Signal zum Abstimmen und Einstellen der Frequenz des lokalen Oszillators innerhalb des Empfängers verwendet. In dem Lax-Patent wird eine Frequenzstabilität in einem Funkempfänger erhalten, in dem Temperaturveränderungen und andere Faktoren, die die Frequenz des Kristalls beeinflussen können, kompensiert werden. In dieser Technik wird ein Funkgerät anfänglich während einer Herstellung kalibriert, so daß es eine gespeicherte Tabelle von Spannungskompensationswerten als eine Funktion der Temperatur für den Spannungs-gesteuerten lokalen Oszillator enthält, so daß bei einer gegebenen Temperatur ein Korrekturwert einer Kompensationsspannung angewendet werden kann, um die geeignete Oszillationsfrequenz zu erhalten. Zusätzlich wird ein Signal von einem Sender empfangen und mit dem Ausgang des Spannungs-gesteuerten lokalen Oszillators verarbeitet, um so ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn ein Unterschied zwischen ihren jeweiligen Frequenzen besteht. Eine Korrekturspannung wird erzeugt, gespeichert und verwendet, um den Ausgang des lokalen Oszillators bezüglich Veränderungen in der Frequenz des Kristalls zu derjenigen des Senders zu korrigieren.
In Funkempfänger-Frequenzstabilisationssystemen, wie beispielsweise das in dem Lax-Patent gelehrte, ist eine Kristallfrequenzkompensation aufgrund von Alterungserscheinungen wegen der Verfügbarkeit eines kontinuierlichen Signals von einem Sender, welches als ein Vergleichsstandard zusammen mit einer Rückkopplung verwendet werden kann, um die lokale Oszillatorfrequenz richtig zu korrigieren, relativ einfach. Jedoch sind in digitalen Paket- Funksystemen vielerlei zusätzliche Probleme vorhanden, die eine derartige einfache Verwendung von derartigen Systemen nicht erlauben.
Bei digitalen Paket-Funkkommunikationen sind oft eine Vielzahl von verschiedenen Systemen vorhanden, die gleichzeitig auf den gleichen Funkkanälen innerhalb eines Funknetzes arbeiten. Das heißt, eine mobile Station muß Vorsicht walten lassen, um sicherzustellen, daß das Signal, welches sie empfängt und als einen Frequenzstandard verwendet, von ihrer eigenen Basisstation kommt und nicht von irgendeiner anderen Basisstation, die auf dem gleichen Kanal sendet. Zusätzlich können Funkfrequenzstörungen und andere unechte Ausgangssignale RF-Signale auf der gleichen Frequenz erzeugen und eine mobile Station darf keines dieser Signale mit denjenigen ihrer Basisstation verwechseln, wenn sie die Stabilität ihres Referenzoszillatorfrequenz messen mochte.
Ein andere Aspekt von digitalen Paket-Funksystemen, welcher das Vorgehen erschwert, ein von einer Basisstation gesendetes Signal zu verwenden, um den Referenzoszillator der mobilen Station zu messen und in der Frequenz zu stabilisieren, besteht darin, daß Datensignale im Bündel-Modus (Burst-Modus) gesendet werden. Das heißt, die Übertragungen sind alle sehr kurze Bursts einer RF-Energie, gefolgt von dem Fehlen von RF- Signalen in den Abständen zwischen Bursts. Das bedeutet, daß eine mobile Station Frequenzmessungen des von der Basisstation gesendeten Signals sehr schnell durchführen können muß. Sie muß auch die echte Frequenz des übertragenen Signals messen, obwohl das Trägersignal oft mit digitalen Daten moduliert ist.
Das System der vorliegenden Erfindung beseitigt diese und andere Nachteile des Standes der Technik und erlaubt der mobilen Station eines digitalen Paket-Funksystems, periodisch die Frequenz des gerade von ihrer Basisstation gesendeten Signals zu messen und dieses Signal zum Einstellen des Ausgangs ihres eigenen Kristall-gesteuerten Referenzoszillators zu verwenden. Dies stellt sicher, daß sowohl die Sendeschaltkreise als auch die Empfangsschaltkreise der mobilen Station für jeden der potentiellen variablen Parameter, die den Referenzfrequenzoszillator veranlassen könnten, bei einem geringeren Grad als eine sehr hohe Frequenzstabilität zu arbeiten, in der Frequenz richtig stabilisiert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten unabhängigen Ansprüche 1 und 12 definiert, wobei vorteilhafte Ausführungsformen durch die abhängigen Ansprüche definiert sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung und für weitere Aufgaben und Vorteile davon wird nun auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein illustratives Diagramm eines Zellularmobilfunksystems, in dem das System der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Basisstation innerhalb eines digitalen Paket- Zellularfunksystems;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer mobilen Station innerhalb eines digitalen Paket- Zellularfunksystems;
Fig. 4A ein Diagramm, welches das gesamte Signalisierungsprotokoll zeigt, welches in dem digitalen Paketfunkgerät verwendet wird, in dem das System der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4B ein Diagramm, welches das Signalisierungsprotokoll innerhalb des Rahmenanfangsblocks eines Signals zeigt, welches von der Basisstation eines digitalen Paket-Funksystems gesendet wird, in dem das System der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Frequenzkompensationssystems, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm des in Figur 5 gezeigten Frequenzkompensationssystems;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches den Betrieb des Frequenzkompensationssystems der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 8 ein Flußdiagramm, welches bestimmte Aspekte des Frequenzkompensationssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ausführliche Beschreibung

Mehrere Ausführungsformen des Systems der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben, so wie sie in einem bestimmten digitalen Paket-Zellularmobilkommunikationssystem eines Typs verwirklicht sind, welches die relevante Literatur als ein "mit Schlitzen versehenes ALOHA" System bezeichnet. Obwohl das Funkgerät, mit dem die vorliegenden Erfindung beispielhaft verwirklicht wird, dafür vorgesehen ist, nur Datenkommunikationen zu behandeln, können derartige Systeme sowohl Paketdaten als auch eine Sprachkommunikation behandeln und umfassen einige Merkmale, die für das System der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich sind. Demzufolge ist diese Erfindung nicht auf dieses bestimmte System beschränkt, sondem kann in vielerlei unterschiedlichen Systemen implemeniert werden.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist ein digitales Zellularfunksystem mit Funkgeräten für mobile Stationen, die das Frequenzstabilisationssystem der vorliegenden Erfindung implementieren gezeigt. Figur 1 zeigt zehn Zellen C1-C10, die jeweils eine Basisstation B1-B10 umfassen. Figur 1 zeigt auch zehn mobile Stationen M1-M10, die innerhalb einer Zelle und von einer Zelle zu einer anderen Zelle innerhalb des Systems bewegbar sind. In Figur 1 ist auch ein Mobilvermittlungszentrum (MSC) dargestellt, welches mit allen zehn dargestellten Basisstationen (B1-B10) mittels elektrischer Verbindungen, wie beispielsweise das dargestellte Kabel, verbunden sind. Das Mobilvermittlungszentrum kann auch mit einem festen öffentlichen Telefonvermittlungsnetz oder einem ähnlichen festen privaten Netz (nicht dargestellt) verbunden sein.
Das in Figur 1 gezeigte Mobilsystem umfaßt wenigstens einen Duplexfunkkanal und vorzugsweise eine Vielzahl von Duplexfunkkanälen zur Kommunikation zwischen den verschiedenen Basisstationen und den mobilen Stationen. Obwohl einige Vorteile erzielt werden können, wenn sich zwei oder mehrere Basisstationen einen Funkkanal teilen, gemäß der vorhandenen Verkehrsbelastung, wird zunächst zum Zweck eines einfacheren Verständnisses des Systems der vorliegenden Erfindung angenommen, daß jede Basisstation ihren eigenen Duplexfunkkanal (ein Paar von einfachen Funkkanälen) oder ihre eigene zugeordnete Zeit auf einem Duplexfunkkanal (einem Paar von einfachen Funkkanälen) zur Kommunikation mit mobilen Stationen, die von dieser Basisstation bedient werden, aufweist.
Obwohl zwei oder mehrere Basisstationen in bestimmten Prozeduren, z.B. bei einer Gesprächsübergabe oder bei einem Herumsuchen für eine Gesprächsübergabe, zusammenarbeiten können, wird es zum Zweck einer Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausreichend sein, nur die Kommunikation zwischen einer Basisstation, z.B. B1 und einer der von dieser bestinmmten Basisstation bedienten mobilen Stationen, z.B. M3, M4, M6 und M7, zu berücksichtigen.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer mobilen Station in dem System aus Figur 1, und Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Basisstation in Figur 1, jeweils zur möglichen Verwendung im Zusammenhang mit dem System der vorliegenden Erfindung. Die Basisstation und die mobile Station sind ausgelegt für vollständige Duplexdigitalnachrichtenkommunikationen in Zeitschlitzen eines Funkkanals, der von mehreren mobilen Stationen innerhalb Systemen mit mehreren mobilen Stationen eines Netzes gemeinsam verwendet werden können. Obwohl eine Basisstation normalerweise eine Einrichtung umfaßt, um ihr zu ermöglichen, gleichzeitig auf mehr als einem Funkkanal zu kommunizieren, ist in Figur 3 nur eine Einrichtung für Kommunikationen auf einem Funkkanal dargestellt.
Sowohl die Basisstationen als auch die mobilen Stationen umfassen einen Mikroprozessorgesteuerten Funkempfänger. Unter Bezugnahme auf Figur 2 sowie Figur 3 überträgt der Funksender 10 Funksignale, die mit digitalen Nachrichten moduliert sind, die von einem Nachrichtengenerator 11 erzeugt werden. In der mobilen Station aus Figur 3 ist der Nachrichtengenerator mit einer Dateninformationsquelle 12, z.B. einer Tastatur, über einen Dateninformationspuffer 13 verbunden. Die in sowohl den mobilen Stationen als auch den Basisstationen zu übertragende Information wird mittels eines Datenmodulators und eines Datensignalprozessors verarbeitet. In der Basisstation aus Figur 2 ist der Nachrichtengenerator und der Dateninformationsprozessor 12 mit einer Datenleitungsstation 14 verbunden, die Daten von einem Datennetz empfängt, mit dem die Datenstation durch Schaltungen, beispielsweise durch feste Telefonleitungen, verbunden ist. In der mobilen Station ist der Nachrichtendekoder 18 mit einer Dateninformations- Ausgabeeinrichtung 15, z.B. der Anzeige, über einen Dateninformationspuffer 16 verbunden. In der Basisstation ist der Nachrichtendekoder 18 anstellen davon über einen Dateninformationspuffer 16 mit einer Datenleitungsstation 17 verbunden, die Daten an ein Datennetz liefert, mit dem die Datenstation über Schaltungen, wie beispielsweise feste Telefonleitungen, verbunden ist. Übertragene Information, die von dem Empfänger 19 von sowohl der Basisstation als auch der mobilen Station empfangen wird, wird durch einen Audioausgangsprozessor 26 und einen Datendemodulator 27 verarbeitet. Der Funkkanal, auf dem die Funksender und Empfänger von sowohl der mobilen Station als auch der Basisstation arbeiten, ist durch Frequenzen bestimmt, die von einem Frequenzsynthesizer 20 geliefert werden, der von dem Mikroprozessor 21 gesteuert wird. Schließlich umfassen die Basisstation als auch die mobile Station eine Einrichtung 22 zum Speichern von Algorithmen, Kodes, Regeln, Formaten, Daten und Kompensationswerten.
Das digitale Paket-Funksystem der vorliegenden Erfindung führt seine Kommunikationen gemäß eines vorgegebenen Signalisierungsprotokolls, welches eine logische Struktur von Daten umfaßt, die die Kommunikation zwischen der Basisstation und den mobilen Stationen steuern. Insbesondere und wie in dem Diagramm aus Figur 4A dargestellt, umfaßt jeder Burst von übertragener Information von der Basisstation an eine mobile Station einen Rahmenanfangsblock 31, gefolgt von anderer Steuerinformation und Daten, einem primären Block 32 und zusätzlichen Datenblöcken 33, die jeweils ein Paritätsfeld 34 zur Fehlerdetektion und Korrektur umfassen. Das Protokollformat jedes Rahmenanfangsblocks jedes übertragenen Pakets ist das gleiche. Figur 48 zeigt die Anordnung der Daten mit dem Rahmenanfangsblock, wobei gezeigt ist, daß die Bits 1-16 den Bitsynchronisationsblock 34 umfassen, die Bits 17-32 den Rahmensynchronisationsblock 35 umfassen, während die Bits 33-38, 39-44 und 45-48 die Basisstationsidentität 36, die Gebietsidentität 37 und Steuerflagblöcke 38 und Bits 49-56 Paritätsbits 39 umfassen, die bei dem Fehlerkorrektursystem des Funkgeräts verwendet werden. Der Bitsynchronisationsblock 34 umfaßt immer das gleiche Muster von Einsen und Nullen, welches eine genaue Messung der gesendeten Frequenz ermöglicht, wie nachstehend noch diskutiert wird. Zusätzlich identifizieren die Basisstationsidentitäts- und die Gebietsidentitätsblöcke 36 und 37 zusammen die bestimmte Basisstation, so daß die mobile Station vor einer Messung des empfangenen Signals sicherstellen kann, daß das empfangene Signal von der bestimmten gegenwärtigen Basisstation der mobilen Station ist, wie nachstehend noch beschrieben wird. Der übrige Teil des Rahmens der über den Funkkanal übertragenen digitalen Information, der dem Rahmenanfangsblock folgt, ist der primäre Block 32, der die Adresse der mobilen Station und andere Information und ein Paritätsfeld 34 umfaßt. Danach werden Informationsfelder 33, eine Folge von Informationsblöcken mit einem Informationsfeld und einem Paritätsfeld 34 gesendet, bis die benötigte Information gesendet worden ist.
Wie voranstehend diskutiert arbeiten die mobilen Stationen in dem System der vorliegenden Erfindung in einer Umgebung, in der Funkkanäle innerhalb eines Netzes von mehr als einem Benutzer gemeinsam verwendet werden und somit ist es wesentlich, daß eine mobile Station, die ein von einer Basisstation gesendetes Signal als ihren Frequenzstabilitätsstandard verwenden soll, nur ihre eigene Basisstation für einen derartigen Zweck verwendet. Zusätzlich arbeiten die Sender des vorliegenden Systems im Burstmodus und infolgedessen besitzt eine mobile Station nur eine sehr kurze Zeitperiode, in der sie Messungen des von einer Basisstation gesendeten Signals vornehmen kann.
Da die gemeinsam verwendeten Kanäle in dem vorliegenden Funksystem relativ schmal sind, d.h. nur in der Größenordnung einer Breite von 12,5 Khz, und mit einer relativ hohen Datenrate arbeiten, in der Größenordnung von 8 K Bits/Sekunde, benötigt das System einen hohen Grad von Frequenzstabilität sowohl innerhalb seines Senders als auch seines Empfängers. Die mobilen Stationen innerhalb des Systems arbeiten mit einem Frequenzstabilitätsstandard von ungefähr ±1,5 PPM (±1,35 Khz bei 90º MHz). Deshalb muß ein hoher Stabilitätsgrad innerhalb der Referenzoszillatoren der Funkschaltungen vorhanden sein. In den meisten Fällen ist ein derartiger hoher Grad von Frequenzstabilität nur durch die Verwendung von Ofengesteuerten Kristalloszillatoren erreichbar. Jedoch können mobile Stationen wegen sowohl der Größe als auch der Kosten eine Frequenzstabilität in dieser Weise nicht erhalten. Das Verfahren und die Schaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht einen sehr hohen Grad einer Referenzkristallfrequenzstabilität innerhalb einer mobilen Einheit ohne eine Temperatursteuerung des Referenzoszillators.
Das System der vorliegenden Erfindung beinhaltet drei grundlegende Komponenten, die zu einer Frequenzstabilität des Kristalls in dem Referenzfrequenzoszillator beitragen: (a) eine Temperaturkomponente; (b) eine Alterungskomponente; und (c) eine Modulationsspannungskomponente. Die Temperaturkomponente der Kristallfrequenzstabilität bezieht sich auf die Tatsache, daß sich die Resonanzfrequenz eines Kristalls als Funktion der Temperatur des Kristalls ändert. Anfänglich wird der Kristallreferenzoszillator einer mobilen Station in dem System der vorliegenden Erfindung während der Herstellung durch Empfang eines Referenzträgersignals und durch Durchfahren des Funkgeräts durch den gesamten Bereich von Temperaturbedingungen, unter denen es arbeiten soll, kalibriert. Bei jedem Inkrementalwert der Temperatur wird der spezifische Wert einer Kompensationsspannung bestimmt, die erforderlich ist, um den Kristall zu veranlassen, bei der gewünschten Frequenz bei dieser bestimmten Temperatur zu arbeiten. In dieser Weise werden eine Reihe von Spannungen, jeweils eine Spannung für jeden Temperaturwert, in einer Nachschlagtabelle innerhalb eines Speichers des Funkgeräts gespeichert, der als ein Temperaturkompensationswert zurückgewonnen wird, um verwendet zu werden, wenn das Funkgerät bei dieser bestimmten Temperatur arbeitet.
Die Alterungskomponente der Kristallfrequenzstabilität bezieht sich auf die Tatsache, daß sich mit Alterungserscheinungen des Kristalls über der Zeit seine Resonanzfrequenz ändert. Das System der vorliegenden Erfindung kompensiert die Kristallalterung durch Messen der Ausgangsfrequenz des Kristalls mit der angewendeten Temperaturkompensationsspannung und dann durch Vergleichen dieses Ausgangssignals mit der empfangenen Standardfrequenz von der Basisstation. Wenn sich die Frequenz des Kristalls in der mobilen Station von ihrem gewünschten Wert verschoben hat, wird eine Alterungskompensationsspannung eingeführt, die das Kristall veranlaßt, auf die gleiche Frequenz wie diejenige des Basisstationssenders zurückzukehren, die als der Standard verwendet wird. Die Alterungskomponente der Kristallfrequenzspannungskompensation verschiebt einfach die Temperaturkompensationskurve in die eine oder andere Richtung, ändert aber die Gestalt dieser Kurve nicht.
Die Modulationsspannungskomponente der Kristallfrequenzstabilität bezieht sich auf die Tatsache, daß sich die Resonanzfrequenz des Kristalls als eine Funktion der Abstimmspannung ändert, die an den Kristalloszillator angelegt wird. Wenn sich diese Modulationsspannung ändert, ändert sie die Gestalt von Veränderungen in der Ausgangsfrequenz des Kristalls als Funktion der Temperatur.
Die Temperaturkompensationswerte werden als Spannungswerte in einem Speicher in dem Funkgerät auf Grundlage einer Kalibrierungsroutine gespeichert, die durchgeführt wird, wenn das Funkgerät hergestellt wird. Die Alterungskompensationswerte des Kristalls verändern sich als eine Funktion der an den Referenzoszillator angelegten Spannung. Somit wird der Alterungskompensationswert als ein Wert einer Frequenzabweichung gespeichert, aber bevor er zum Korrigieren des Kristalls angewendet wird, wird er in eine Spannung umgewandelt, und zwar auf Grundlage des Spannungs- Zu-Frequenz-Zusammenhangs dieses bestimmten Referenzoszillators. In der vorliegenden Erfindung wird ein Test einer Änderung in der Frequenz als eine Funktion einer Spannung für die bestimmte Funkgerätsschaltung ausgeführt und dies wird in einem Speicher gespeichert. Diese Werte werden beim Anwenden der Alterungskompensationsspannung bei einer bestimmten Temperatur eines Betriebs verwendet.
In Figur 5 ist nun ein Blockschaltbild eines Frequenzkompensationssystems für eine mobile Funkstation gezeigt, welches gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Ein Funkempfänger 101 und ein Funksender 102 sind jeweils mit einem Empfängerfrequenzsynthesizer 103 und einem Senderfrequenzsynthesizer 104 verbunden, die jeweils gemäß von standardmäßigen phasenstarren Frequenzsynthesizerschaltungsanordnungen arbeiten. Sowohl der Empfängerfrequenzsynthesizer 103 als auch der Senderfrequenzsynthesizer 104 empfangen eine Referenzfrequenz von einem Referenzoszillator 105, der einen Referenzkristall umfaßt, dessen Resonanzfrequenz gemäß dem System der vorliegenden Erfindung stabilisiert ist. Die Referenzfrequenz ist mit dem Empfängerfrequenzsynthesizer 103 über eine Leitung 106 und mit dem Senderfrequenzsynthesizer 104 über die Leistung 107 verbunden. Der Empfängerfrequenzsynthesizer 103 und der Senderfrequenzsynthesizer 104 werden unter der Steuerung eines Steuerungs-, Programm- und Datenspeicherungsmoduls 108 betrieben, welcher einen Mikroprozessor und einen Speicher umfaßt und mit den zwei Synthesizern 103 und 104 mittels Steuerleitungen 109 bzw. 110 verbunden ist. Eine Frequenzmeßschaltung 111 empfängt eine Referenzfrequenz von dem Referenzoszillator 105 über eine Leitung 112 und ein Standardreferenzsignal wird von dem Sender der Basisstation (nicht gezeigt) von dem Funkempfänger 101 empfangen, der mit der Frequenzmeßschaltung 111 über die Leitung 113 verbunden ist. In dem vorliegenden System wird das Basisstations-Sendersignal in der Form einer zweiten IF- Frequenz von 450 Khz verwendet. Das Steuerungs-, Programmund Datenspeicherungsmodul 108 ist mit der Frequenzmeßschaltung 111 verbunden, um auf der Leitung 114 ein Initialisierungssignal bereitzustellen und einen gemessenen Frequenzwert auf der Leitung 115 zu empfangen. Das Modul 108 ist ferner mit dem Referenzoszillator 105 verbunden, um auf der Leitung 116 ein Taktsignal zu empfangen, welches von dem Referenzfrequenzsignal abgeleitet ist. Das Modul 108 stellt auf der Leitung 117 auch ein Frequenzeinstellsignal bereit, um den Wert des gerade von dem Referenzoszillator erzeugten Referenzsignals entsprechend der Ergebnisse der Frequenzmeßschaltung 111 und ihres Vergleichs der Referenzfrequenz mit dem von dem Basisstationsender empfangenen Standardsignal zu ändern.
Ein Modem 118 empfängt eine detektierte Audiofrequenz von dem Funkempfänger 101 über die Leitung 119 und stellt ein moduliertes Audiofunkfrequenzsignal an dem Senderfrequenzsynthesizer 104 über die Leitung 121 bereit. Das Modem 118 empfängt Daten von dem Steuerungs-, Programmund Datenspeicherungsmodul 108 über die Leitung 122 und sendet über die Leitung 123 Daten an das Modul 108. Das Modem stellt auch ein moduliertes Audiofrequenzsignal an dem Referenzoszillator 105 über die Leitung 124 und an dem Senderfrequenzsynthesizer 104 über die Leitung 121 bereit.
Allgemein arbeitet die Referenzoszillator- Kompensationsschaltung aus Figur 5 wie folgt: das Standardreferenzträgersignal, welches von der Basisstation gesendet wird, und eine Trägerfrequenz in der Größenordnung von 90º MHz aufweist, wird von dem Funkempfänger 101 empfangen und durch einen Reihe von Mischern auf ein IF(Zwischenfrequenz)-Signal mit einem Wert von 450 Khz verringert. Das 450 KHz-Signal wird zur Bereitstellung eines eine Millisekunde langen Schaltsignals verwendet, wobei in dieser Zeit die Zyklen der Referenzfrequenz auf Leitung 112 von dem Referenzoszillator 105 in einem Zähler gezählt werden. Die Anzahl von Zyklen dieses Signals, welches während der Periode einer Zeit von einer Millisekunde gezählt wird, wird als der Wert verwendet, von dem der Alterungskompensationswert bestimmt wird, der an den Kristall in dem Referenzoszillator angelegt werden sollte, um einen stabilen Frequenzausgang bereitzustellen.
Das Steuerungs-, Programm- und Datenspeicherungsmodul 108 stellt auf Grundlage von drei Parametern ein Frequenzeinstellsignal auf der Leitung 117 bereit. Zunächst eine gespeicherte Spannung, die einen Temperaturkompensationswert für das Kristall in dem Referenzoszillator darstellt und auf der Temperatur basiert, bei der der Oszillator arbeitet. Als zweites liefert das Modul 108 eine Alterungskomponentenfrequenzkompensation an den Kristall in dem Referenzoszillator 105 auf Grundlage des Vergleichs mit der Referenzfrequenz auf der Leitung 112 und der Periode des Signals von dem Basisstationssender auf der Leitung 113. Dies wird durch Verwendung des Basisstationsignals auf der Leitung 113 ausgeführt, um ein Paar von Schaltimpulsen bereitzustellen, während denen die Anzahl von Zyklen der Referenzfrequenz auf der Leitung 113 gezählt werden. Das Steuerungsmodul 108 bestimmt, ob das Referenzfrequenzsignal auf der Leitung 112 innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt oder nicht, und wenn dies nicht der Fall ist, addiert es eine Spannungskomponente zum Korrigieren der Alterung des Kristalls, die aufgetreten ist, und verschiebt den Temperaturkompensationswert effektiv, um die Alterung des Kristalls auszugleichen. Zusätzlich empfängt das Steuermodul 108 Daten von dem Modem 118 auf der Leitung 123, die die Modulationsspannung auf der Leitung 124 anzeigen. Dies ermöglicht, die Frequenzeinstellungsspannungen auf der Leitung 117 zu verändern, um die Modulationsspannungskomponente zu berücksichtigen und eine Einstellung für die Alterung des Kristalls vorzunehmen, als Funktion der Modulationsspannung, die an den Referenzoszillator 105 angelegt ist.
Unter Bezugnahme auf Figur 6 ist dort ein ausführliches Blockschaltbild des Frequenzkompensationssystems der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Empfänger 101 umfaßt eine Empfangsantenne 131, einen ersten Mischer 132, einen zweiten Mischer 133 und einen Detektor 134. Der Frequenzsynthesizer 103 des Empfängers umfaßt eine herkömmliche lokale Ozillatorschaltung eines Empfängers, umfassend eine Schaltung 135 mit phasenstarrer Regelschleife, die einen Phasendetektor umfaßt, ein Schleifenfilter 136 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 137. In ähnlicher Weise umfaßt der Sender 102 eine Sendeantenne 141 und der Senderfrequenzsynthesierer 104 umfaßt eine relativ standardmäßige lokale Oszillatorschaltung des Senders, umfassend eine Schaltung 142 mit phasenstarrer Regelschleife, die einen Phasendetektor umfaßt, ein Schleifenfilter 143 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 144. Sowohl der lokale Oszillator 103 des Empfängers als auch der lokale Oszillator 104 des Senders empfangen ein Referenzfrequenzsignal von dem Referenzoszillator 105, der den Referenzkristall 146 umfaßt, dessen Frequenzstabilität in dem System der vorliegenden Erfindung kompensiert wird, und eine thermisch empfindliche Meßeinrichtung 147, beispielsweise einen Thermistor, der ein Ausgangssignal auf der Leitung 152 erzeugt, welches die Temperatur anzeigt, bei der der Referenzoszillator 105 arbeitet. Das 12,8 MHz Referenzfrequenzausgangssignal des Referenzoszillators ist mit dem Empfängerfrequenzsynthesizer 103, dem Senderfrequenzsynthesizer 104 und dem zweiten Mischer 133 des Empfängers 101 über einen mal 6 Frequenzmultiplizierer 148 verbunden. Das Ausgangssignal von der thermisch empfindlichen Einrichtung 147 ist über eine Leitung 152 mit einem multiplexierenden Analog-zu-Digital- Wandler 151 gekoppelt, während das Signal (RSSI) für die empfangene Signalstärke von dem Detektor 134 in dem Empfänger 101 mit dem multiplexierenden A/D-Wandler auf der Leitung 153 verbunden ist, und ein Datenwert von dem Detektor 134 auf der Leitung 154 verbunden ist. Der Ausgang des multiplexierenden A/D-Wandlers 151 ist mit einem Dual-Port-RAM-Speicher 155 über eine Busstruktur 156 und von dort mit dem Steuerungsmikroprozessor 157 über seine Busstruktur 158 verbunden.
Ein Signalprozessor 159, der hauptsächlich als einem Modem dient, ist sowohl mit dem Dual-Port-RAM 155 als auch einem D/A-Wandler 161 über die Busstruktur 156 verbunden. Ein Speicher 162 ist mit dem Mikrocomputer und anderen Komponenten über die Busstruktur 158 gekoppelt. Ein Digital- zu-Analog-Wandler 163 zur Modulationskompensation empfängt einen Eingang von der Busstruktur 158 und ist verbunden, um eine Modulationskompensationsspannung an den D/A-Wandler 161 bereitzustellen. Ein Digital-zu-Analog-Wandler 164 ist angeschlossen, um einen Eingang von der Busstruktur 158 zu empfangen und eine Ausgangstemperaturkompensationsspannung an einem Operationsverstärker 165 bereitzustellen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 165 stellt ein Oszillatorsteuersignal auf der Leitung 166 bereit, um die Kompensationsspannung an dem Referenzoszillator 145 anzulegen und sein Ausgangssignal zu stabilisieren.
Ein erster Zähler 167 empfängt ein 450 KHz-IF-Signal von dem Detektor 134 in dem Empfänger 101 und stellt ein Schaltsignal über eine Leitung 168 an einem zweiten Zähler 169 bereit. Der Zähler 167 stellt ein Unterbrechungssignal auf der Leitung 171 an dem Mikroprozessor 157 bereit. Sowohl der erste als auch der zweite Zähler 167 und 169 empfangen Eingänge auf der Mikroprozessor-Busstruktur 158. Die Referenzfrequenz, 12,8 MHz von dem Referenzoszillator 105, ist über eine Multipliziererschaltung 172 mit einem Faktor 3, einer Teilerschaltung 173 mit einem Teilungsfaktor 8 und über eine Teilerschaltung 174 mit einem Teilungsfaktor 4 zur Erzeugung eines 4,8 MHz-Signal mit einem Eingang des zweiten Zählers an einem Eingang des zweiten Zählers 169 angeschlossen. Das 4,8 MHz-Ausgangssignal von dem Teiler 174 mit einem Teilungsfaktor 4 ist mit dem Mikroprozessor 157 als ein 4,8 MHz-Taktsignal verbunden, während der Ausgang der Teilerschaltung 173 mit einem Teilungsfaktor 8 angeschlossen ist, um ein 19,2 MHz-Taktsignal an dem Signalprozessor 159 bereitzustellen.
Funktionell dient der Signalprozessor 159 als ein Modem zur Erzeugung einer Modulation in dem Funksender und zum Empfang und zur Detektion von übertragenen Daten, die von dem Detektor 134 über die Leitung 154 und den multiplexierenden Analogwandler 151 empfangen werden. Das DP-RAM 155 ist ein Dual-Port-RAM-Speicher, der als temporärer Speicher für eine Kommunikation zwischen dem Signalprozessor 159 und dem Mikroprozessor 157 verwendet wird. Der Mikroprozessor 157 steuert das Funkgerät und führt die verschiedenen Algorithmen aus, die Berechnungen und Steuerfunktionen in dem Funkgerät ausführen. Der Speicher 162 umfaßt ROM- und RAM-Typen von Speichern und speichert die verschiedenen Datentabellen, die bei der Frequenzkompensation gemäß dem System der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der multiplexierende A/D-Wandler 151 empfängt die verschiedenen analogen Signale und multiplexiert sie in die Busstruktur 156. Die Signale umfassen die Signale für den Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) von dem Detektor 135 und Audiofrequenzdaten auf der Leitung 154 von dem Detektor 134 zusammen mit dem Temperatursignal von dem Thermistor 147 in dem Referenzoszillator 105. Der Multiplexer 151 wandelt die Audiosignale in digitale Form und multiplexiert die Daten dann von jedem der drei Eingänge in den Datenbus 156 zur Kommunikation mit dem DP-RAM 155 und dem Mikroprozessor 157.
Der Digital-zu-Analog-Wandler 161 ist Teil des Modulationsspannungskompensationssystems in dem vorliegenden System. Eine Modulationsspannung kommt von dem Signalprozessor 159, der einen Modulationskompensationsspannung an dem Eingang des Addierverstärkers 165 erzeugt. Der Digital-zu-Analog-Wandler 163 steuert die Verstärkung durch eine auf der Leitung 170 an den Digital-zu-Analog-Wandler 161 angelegte Referenzspannung. Der Addierverstärker 165 empfängt Signale von beiden Digital- zu-Analog-Wandlern 161 und 164 und gibt ein Oszillatorsteuersignal auf der Leitung 166 an den Referenzoszillator 105 aus. Der Digital-zu-Analog-Wandler 164 wandelt die in dem Speicher 162 gespeicherten digitalen Werte (von der Nachschlagtabelle, die während einer Kalibrierung gespeichert wird) in ein analoges Signal um und legt dieses Signal als eine Temperaturkompensationsspannung an den Addierverstärker 165 an. Der dem Digital-zu-Analog-Wandler 164 eingegebene Wert ist auch hinsichtlich Veränderungen von Alterungsprozessen und mit einer Verstärkung in Zusammenhang stehenden Veränderungen kompensiert worden, genauso wie die voranstehend diskutierte Modulationsspannungskompensation. Der Wert wird durch den Digital-zu-Analog-Wandler 164 als eine Funktion des Alterungskompensationswerts ausgegeben, der in einem anderen Teil der Schaltung gemessen wird.
Der erste Zähler von 167 gibt über die Leitung 168 an den zweiten Zähler 169 einen Ausgangsimpuls mit einer nominellen einen Millisekunde aus. Der Zähler 169 zählt die Anzahl von Zyklen des 4,8 MHz-Signals, welche während der von dem ersten Zähler empfangenen eine Millisekunde langen Impulsen auftreten. Dies wird dann als ein Maß der Frequenz des Trägersignals verwendet, welches von der Basisstation durch den Empfänger 101 empfangen wird. Dieser Frequenzabweichungswert von dem Standard, der durch den Basisstationsender hergestellt wird, wird verwendet, um die Alterungskompensation zu erhalten, die an den Kristall 146 in dem Oszillator 105 angewendet werden soll. Die Teiler/Multiplizierer 172, 173 und 174 verarbeiten das Referenzfrequenzsignal von dem Referenzoszillator 105, um ein 4,8 MHz-Signal bereitzustellen, welches sowohl an den Mikroprozessor 157 als ein Takt als auch an den zweiten Zähler 169 als eine Darstellung des Referenzfrequenzsignals geht.
In dem Empfänger 101 wird das von der Basisstation auf der Antenne 131 empfangene Signal in dem ersten Mischer 132 mit dem Signal von dem lokalen Oszillator 103 kombiniert, um ein 75,25 MHz-Signal zu erzeugen, welches in den zweiten Mischer 133 zusammen mit einem 76,8 MHz-Signal eingeleitet wird, welches von dem Referenzoszillator durch eine Multiplikationsschaltung 148 mit einem Faktor 6 erhalten wird, um ein Ausgangssignal von 450 KHz an dem Detektor 134 zu erzeugen. Das 450 KHz-IF-Signal auf der Leitung 160 ist mit dem Eingang des ersten Zählers 167 verbunden, der 900 Zyklen zählt und Schaltsignale zwischen diesen mit einem Trennungsabstand von einer nominellen einen Millisekunde bereitstellt. Der Ausgang des Referenzoszillators 105, ein 12,8 MHz-Referenzfrequenzsignal, wird in den Schaltungen 172, 173 und 174 multipliziert und geteilt, um ein 4,8 MHz-Signal als einen Eingang an dem zweiten Zähler 169 zu erzeugen. Für jede 900 Zyklen des 450 KHz-Signals, welches dem ersten Zähler 167 eingegeben wird, erzeugt er einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 167 an dem zweiten Zähler 169. Somit ist der Signalausgang von dem ersten Zähler 167 an den zweiten Zähler 169 auf der Leitung 168 ein rechteckförmiger Impuls mit einer Periode einer nominellen einen Millisekunde. Wenn angenommen wird, daß die Sendefrequenz der Basisstation der Referenzwert ist und genau richtig ist, d.h. ein Ausgangssignal mit einer Millisekunde auf der Leitung 168 erzeugt, dann zählt der zweite Zähler 169 4800 Impulse von dem 4,8 MHz-Signal während der Periode einer Millisekunde. Der tatsächlich von dem zweiten Zähler 169 gezählte Wert wird an den Mikroprozessor 157 und den Speicher 162 über die Busstruktur 158 gesendet. Der Mikroprozessor 157 bestimmt dann den Grad einer Abweichung des Ausgangssignals der Referenzoszillators 105 und addiert eine Alterungskompensationsspannungskorrektur zu der in dem Speicher 162 gespeicherten Temperaturkompensationsspannung und legt diesen Wert an dem Digital-zu-Analog-Wandler 164 an. Ein Wert wird von dem Digital-zu-Analog-Wandler 161 empfangen, der die Modulationsspannung von dem Signalprozessor 159 darstellt, zusammen mit einem Referenzspannungswert von dem Digital-zu- Analog-Wandler 163, der eine Modulationskompensations- Versatz-Spannung darstellt, auf der Leitung 170 zur Erzeugung einer analogen Ausgangsspannung an dem Addierverstärker 165. Ein zusammengesetztes Oszillatorsteuersignal 166 wird an den Referenzoszillator 103 angelegt, um die Ausgangsreferenzfrequenz so nahe wie möglich an dem gewünschten Standardfrequenzwert zu halten.
In Figur 7 ist nun ein Flußdiagramm gezeigt, welches die Programmroutine darstellt, die von dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die erfordlichen Messungen zur Bereitstellung einer Frequenzkompensation in dem System durchzuführen. Bei 201 mißt das System einen Frequenzwert, wie voranstehend im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben, während dem ungefähr eine Millisekunde langen Burst von RF-Energie, die von der Basisstation in dem Burstmodusbetrieb gesendet wird. Das System führt die Frequenzmessung nur während der Zeit durch, wenn es den Bitsynchronisationsblockabschnitt des Rahmenanfangsblocks empfängt, um sicherzustellen, daß die empfangene Frequenz als ein Standard nur während des konsistenen Musters von Einsen und Nullen, die jeden Bitsynchronisationsblock bilden, verwendet wird. Da das Muster von Daten, mit denen das gesendete Signal moduliert ist, die nominelle Frequenz des übertragenen Signals beeinflußt, stellt dieses konsistente Muster von übertragener Information eine größere Genauigkeit bei den Messungen sicher. Somit bestimmt das System bei 202, ob der Bitsynchronisationsblock innerhalb des Signal, welches gemessen wurde, gefunden wurde. Wenn nicht, geht das System nach 201 zurück, um eine Messung erneut durchzuführen, und wenn dem so ist, bewegt es sich nach 203, um den gemessenen Frequenzwert in einem Speicher zu speichern. Als nächstens bestimmt das System bei 204, ob der gesamte Rahmenanfangsblock des übertragenen Bursts von der Basisstation empfangen worden ist. Der Rahmenanfangsblockabschnitt der übertragenen Daten enthält den Basisidentitätsblock und den Gebietsidentitätsblock, die zusammen die bestimmte Basisstation identifizieren, die die Information sendet. Sobald das System bei 204 bestimmt, daß ein Rahmenanfangsblock empfangen worden ist, bestimmt es bei 205, ob ein vollständiger Rahmen empfangen worden ist. Der gesamte Rahmen umfaßt ein Paritätsfeld von Daten, welches dem System erlaubt, zu bestimmen, ob irgendwelche Datenfehler, die bei der Übertragung auftreten, vorhanden sind oder nicht. Dies stellt sicher, daß irgendwelche erforderlichen Datenkorrekturen in der empfangenen Information durchgeführt werden, bevor Entscheidungen getroffen werden. Das heißt, bei 206 bestimmt das System, ob ein kleinerer Fehler als der maximale Fehler in den empfangenen Daten vorhanden ist, so daß die empfangenen Daten verwendet werden können, um festzustellen, ob die richtige Basisstation empfangen worden ist. Wenn bestimmt wird, daß die Daten eine ausreichende Genauigkeit bei 206 aufweisen, bestimmt das System bei 207, ob das bei 201 gemessene Signal von der gegenwärtigen Basisstation der mobilen Station, die die Messung gerade durchführt, war.
Wenn das System nach Durchlauf durch die Schritte 201-207 bestimmt hat, daß ein vollständiger Rahmen mit ausreichender Genauigkeit vorhanden ist, um festzustellen, ob das gemessene Frequenzsignal von der gegenwärtigen Basisstation kommt oder nicht, bewegt sich das System, wenn dem so ist, nach 208, wo es bestimmt, ob der Differenzfehler zwischen der bei 201 gemessenen Frequenz und der Referenzfrequenz in dem Referenzoszillator, der Referenzfehler X, kleiner als ein maximal zulässiger Fehlerwert ist. Bei einer nominellen Trägerfrequenz von 900 MHz kann der maximale Fehlerwert typischerweise in der Größenordnung von 5 KHz sein. Wenn der Fehler größer als der maximal zulässige ist, dann deaktiviert das System automatisch den Sender der mobilen Einheit bei 209 und verhindert jegliche zusätzliche Übertragung eines Signals davon. Dies verhindert eine Übertragung von Signalen von der mobilen Station, die außerhalb ihres zugeordneten Frequenzkanals liegen würden und schwerwiegende Probleme sowohl in dem Funksystem als auch in dem Netz verursachen würden. Wenn der Frequenzfehler X innerhalb des zulässigen Bereichs war, dann bewegt sich das System nach 210, in dem es bestimmt, ob der Fehler kleiner als der ohne eine Korrektur zulässige maximale Betriebsfehler war. Wenn nicht, dann wird der Sender wiederum bei 211 deaktiviert, wenn dem aber so ist, dann bleibt der Sender bei 212 aktiviert. Bei einer nominellen Trägerfrequenz von 900 MHz kann der maximale Betriebsfehler typischerweise in der Größenordnung von 1,5 KHz sein. Tatsächlich betreffen die Schritte 208 und 210 eine doppelte Überprüfung hinsichtlich des Frequenzfehlers des Referenzoszillators. Irgendwelche übermäßig großen Fehler werden in 208 beschränkt und feinere Betriebsfehler werden in 210 berücksichtigt.
Als nächstes aktualisiert das System bei 213 den Alterungskompensationswert durch Einstellung von Yn+1 = Yn + X/16. Der bei 213 ausgeführte Algorithmus ist zur Vermeidung von großen inkrementalen Sprüngen des Alterungskompensationswerts vorgesehen, umfaßt aber eine langsame und stetige Korrektur der Alterungsveränderungen über eine Periode von mehreren sequentiellen Messungen. Bei 214 speichert das System vorübergehend den gegenwärtig bestimmten Wert der Alterungskompensation, Yt = Yn+1, der zur Korrektur der Frequenzabweichung in dem Referenzoszillator benötigt wird. Der vorher bestimmte (und gegenwärtig verwendete) Wert einer Alterungskompensation, Yn, bleibt in dem Permanentspeicher gespeichert (Yperm). Bei 215 berechnet das System den Frequenzfehlerkorrekturfaktor, ein absoluter Wert von Yt - Yperm und bestimmt, ob dieser Wert größer als ein bestimmter maximaler Wert ist, d.h. als der maximale Fehler, der in dem Wert Yperm ohne eine Modifikation erlaubt ist. Wenn dem so ist, bewegt sich das System nach 216, in dem der neue Wert Y, in dem permanenten Speicher eingestellt wird, Yt = Yperm.
Als nächstes wird auf Figur 8 Bezug genommen, in der ein Flußdiagramm der Programmsteuerung der Frequenzstabilisationskompensation des vorliegenden Systems gezeigt ist. Bei 301 wartet das System auf eine vorgewählte Anzahl von N-Sekunden und liest den Temperaturwert des Thermistors, der in dem Referenzoszillator enthalten ist, bei 302. Als nächstes berechnet das System bei 303 die Kompensationsspannung, die an den Kristall angelegt werden soll, sowohl aus der Temperaturkomponente als auch der Alterungskomponente (sowie der Modulationsspannungskomponente, die voranstehend diskutiert wurde), wie in dem Flußdiagramm in Figur 7 ausgeführt, und bestimmt den Spannungskompensationsfaktor, der auf den Kristall angewendet werden soll. Als nächstes bestimmt das System bei 304, ob der Träger des Senders der mobilen Station ein ist oder nicht. Wenn der Sender eingeschaltet ist, wird keine Kompensation durchgeführt, um einen Frequenzsprung des Referenzoszillators zu vermeiden, der sich als Folge einer Änderung von Kompensationswerten ergeben könnte und zu einer Übertragung von fehlerhaften Daten von der mobilen Station führt. In einem derartigen Fall kehrt das System nach 301 zurück, um X-Sekunden abzuwarten und geht dann erneut durch den Zyklus.
Wenn doch bei 304 der Träger nicht eingeschaltet ist, bewegt sich das System nach 305, in dem die Ausgangstemperaturspannungskompensation, die Alterungsspannungskompensation und die Modulationsspannungskompensation von den verschiedenen D/A- Wandlern an den Referenzoszillator angelegt wird, um sicherzustellen, daß sich das Ausgangssignal davon innerhalb des gewünschten Frequenzstabilitätsbereichs des Systems befindet.
Wie man aus der obigen Beschreibung des Verfahrens und des Systems der vorliegenden Erfindung ersehen kann, wird ein extrem hoher Grad von Frequenzstabilität von relativ standardmäßigen Kristalloszillatorschaltungen erreicht. Dies erlaubt einen hohen Grad einer Genauigkeit innerhalb eines schmalen Bandes, ein Empfänger/Sender-System mit hoher Datenrate und mit relativ mäßigem Kostenaufwand.
Während angenommen wird, daß der Betrieb und die Konstruktion des Systems der vorliegenden Erfindung sich aus der vorangehenen Beschreibung ergibt, ist das gezeigte und beschriebene Betriebsverfahren als ein bevorzugtes charakterisiert worden und verschiedene Änderungen und Modifikationen können darin durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, so wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems, umfassend:

eine erste Einrichtung (162) zum Speichern einer Folge von Spannungswerten, die jeweils einer Temperaturkompensationsspannung entsprechen, die an den Referenzoszillator bei einer bestimmten Temperatur angelegt werden soll, um ein Referenzfrequenzsignal bei einer bestimmten Frequenz zu erzeugen;

eine Einrichtung (147) zum Messen der gegenwärtigen Temperatur des Referenzoszillators;

eine Einrichtung (157, 164) zum Wählen der Temperaturkompensationsspannung entsprechend der gemessenen Temperatur von der ersten Speicherungseinrichtung und zum Anlegen der Spannung an den Referenzoszillator;

eine Einrichtung (101, 103) zum Empfangen eines Bursts von übertragenen Daten von einer Basisstation;

eine Einrichtung (157, 167, 169) zum Vergleichen der Frequenz des von der Basisstation empfangenen Signals mit der Frequenz des Signalausgangs von dem Referenzoszillator zum Erzeugen eines Differenzsignals;

eine zweite Einrichtung (162) zum Speichern eines Kristall-Alterungskompensationswerts, der die Differenz zwischen der Frequenz des Referenzoszillator- Ausgangssignals und der Differenz des von der Basisstation empfangenen Signals anzeigt; und

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (157) zum Bestimmen, ob der Burst von empfangenen übertragenen Daten durch die gegenwärtige Basisstation der mobilen Station gesendet wurde; und

eine Einrichtung (157, 164), die auf eine Bestimmung anspricht, daß die Basisstation, von der das Signal empfangen wurde, die gegenwärtige Basisstation der mobilen Station ist, zum Modifizieren der gewählten Temperaturkompensationsspannung gemäß dem Alterungskompensationswert in der zweiten Speicherungseinrichtung und zum Anlegen der modifizierten Spannung an den Referenzoszillator, um die gleiche Frequenz zu erzeugen, wie diejenige, die von der Basisstation empfangen wird.

2. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 1, wobei die Frequenzvergleichseinrichtung umfaßt:

eine Einrichtung zum Zählen einer vorgewählten Anzahl von Zyklen eines Signals, welches von dem Signal abgeleitet ist, welches von der Basisstation empfangen wird, und zum Erzeugen eines periodischen Schaltsignals;

eine Einrichtung zum Zählen der Anzahl von Zyklen eines Signals, welches von dem Referenzoszillatorsignal abgeleitet ist, welches zwischen aufeinanderfolgenden Schaltsignalen auftritt; und

eine Einrichtung zum Vergleichen der gezählten Anzahl von Zyklen mit einem Wert, der sich auf die Frequenz bezieht, die von der Basisstation empfangen wird, um den Wert zu bestimmen, der die Differenz anzeigt.

3. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 1, ferner umfassend:

eine dritte Einrichtung zum Speichern einer Folge von Werten, die die Veränderung einer Frequenz des Kristalloszillators als eine Funktion einer an den Oszillator angelegten Abstimmspannung darstellen;

eine Einrichtung zum Messen der an den Kristalloszillator angelegten Abstimmspannung;

eine Einrichtung zum Wählen eines Werts von der dritten Speicherungseinrichtung entsprechend der an den Kristalloszillator angelegten gemessen Abstimmspannung;

eine Einrichtung zu weiteren Modifizierung der Kristalltemperatur- und Kristallalterungskompensationsspannungen von den ersten und zweiten Speicherungseinrichtungen gemäß dem von der dritten Speicherungseinrichtung gewählten Wert und zum Anlegen der weiter modifizierten Spannung an den Kristall des Referenzoszillators, um die Frequenz zu ermitteln, die von der Basisstation empfangen wird.

4. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 1, ferner umfassend:

eine Einrichtung zum Bestimmen, wenn ein vollständiger Datenrahmen innerhalb des Bursts von Daten, die von der Basisstation gesendet werden, empfangen worden ist;

eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die empfangenen Daten mehr als eine vorgewählte Anzahl von Datenfehlern enthalten, bevor die Vergleichseinrichtung betrieben wird.

5. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 4, bei dem der Burst von Daten, die von der Basisstation gesendet werden, gemäß einem Protokoll formatiert ist, welches umfaßt:

einen Bitsynchronisationsblock mit einer festen Konfiguration von Daten;

einen Rahmenanfangsblock mit einem Basisstationsidentitätsblock; und

ein Paritätsfeld, welches Information für eine Fehlerkorrektur umfaßt.

6. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 5, in dem

die Vergleichseinrichtung eine Einrichtung umfaßt, um die Frequenz des Signals zu vergleichen, welches von der Basisstation während dem Abschnitt des Bursts, der den Bitsynchronisationsblock enthält, empfangen wird.

7. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 5, wobei:

die Einrichtung zum Bestimmen, ob der Burst von empfangenen gesendeten Daten durch die gegenwärtige Basisstation der mobilen Station übertragen wurde, eine Einrichtung umfaßt, um den Basisstationsidentitätsblock innerhalb des Rahmenanfangsblocks des Datenbursts zu erkennen.

8. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt:

eine Einrichtung zum Vergleichen des Kristall- Alterungskompensationswerts, der vorher in der zweiten Speicherungseinrichtung gespeichert wurde, mit dem gegenwärtigen Kristallkompensationswert;

eine Einrichtung zum Bestimmen der Differenz zwischen den Kristall-Alterungskompensationswerten; und

eine Einrichtung, die auf die einen vorgewählten Wert übersteigende Differenz entspricht, zum Speichern eines neuen Kristall-Alterungskompensationswerts in der zweiten Speicherungseinrichtung.

9. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 8, wobei:

die Einrichtung zum Speichern eines neuen Kristall- Alterungskompensationswerts eine Einrichtung umfaßt, um einen Bruchteil der Differenz zwischen den Alterungskompensationswerten zu dem vorher gespeicherten Alterungskompensationswert hinzu zu addieren, um den neuen zu speichernden Kristall- Alterungskompensationswert zu erhalten.

10. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt:

eine Einrichtung, die auf die einen vorgewählten Wert übersteigende Differenz zwischen der Frequenz des von der Basisstation empfangenen Signals und der Frequenz des von dem Referenzoszillator ausgegebenen Signals anspricht, um den Betrieb des Senders der mobilen Station zu sperren.

11. System zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristall-gesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 2, wobei:

das Signal, welches von dem Signal abgeleitet ist, das von der Basisstation empfangen wird, eine Zwischenfrequenz davon ist.

12. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems, umfassend:

Speichern einer Folge von Spannungswerten an einer ersten Stelle, die jeweils der Temperaturkompensationsspannung entsprechen, die an den Referenzoszillator bei einer bestimmten Temperatur angelegt werden soll, um ein Referenzfrequenzsignal bei einer bestimmten Frequenz zu erzeugen;

Messen der gegenwärtigen Temperatur des Referenzoszillators;

Wählen der Temperaturkompensationsspannung entsprechend der gemessenen Temperatur von der ersten Speicherungseinrichtung und Anlegen der Spannung an den Referenzoszillator;

Empfangen eines Bursts von gesendeten Daten von einer Basisstation;

Vergleichen der Frequenz des von der Basisstation empfangenen Signals mit der Frequenz des von dem Referenzoszillator ausgegebenen Signals und Erzeugen eines Differenzsignals;

Speichern an einer zweiten Stelle eines Kristall- Alterungskompensationswerts, der die Differenz zwischen der Frequenz des Referenzoszillatorausganggssignals und der Frequenz des von der Basisstation empfangenen Signals anzeigt; und

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Bestimmen, ob der Burst von empfangenen gesendeten Daten von der gegenwärtigen Basisstation der mobilen Station empfangen wurde; und

Modifizieren der gewählten Temperaturkompensationsspannung gemäß dem Alterungskompensationswert an der zweiten Speicherungsstelle im Ansprechen auf eine Bestimmung, daß die Basisstation, von der das Signal empfangen wurde, die gegenwärtige Basisstation der mobilen Einrichtung war und Anlegen der modifizierten Spannung an den Referenzoszillator, um die gleiche Frequenz wie diejenige zu erzeugen, die von der Basisstation empfangen wurde.

13. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 11, wobei der Frequenzvergleichsschritt umfaßt:

Zählen einer vorgewählten Anzahl von Zyklen eines Signals, welches von dem Signal abgeleitet ist, das von der Basisstation empfangen wird und Erzeugen eines periodischen Schaltsignals;

Zählen der Anzahl von Zyklen eines Signals, welches von dem Referenzoszillatorsignal abgeleitet ist, das zwischen aufeinanderfolgenden Schaltsignalen auftritt;

und

Vergleichen der gezählten Anzahl von Zyklen mit einem Wert, der sich auf die Frequenz bezieht, die von der Basisstation empfangen wird, um den Wert zu bestimmen, der die Differenz anzeigt.

14. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 12, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Speichern einer Folge von Werten an einer dritten Stelle, die die Veränderung einer Frequenz des Kristalloszillators als eine Funktion einer an den Oszillator angelegten Abstimmspannung darstellen;

Messen der an den Kristalloszillator angelegten Abstimmspannung;

Wählen eines Werts von der dritten Speicherungsstelle entsprechend der gemessenen Abstimmspannung, die an den Kristalloszillator angelegt ist;

weiteres Modifizieren der Kristalltemperatur- und Kristall-Alterungskompensationsspannungen von den ersten und zweiten Speicherungsstellen entsprechend dem Wert, der von der dritten Speicherungsstelle gewählt wird, und Anlegen der weiter modifizierten Spannung an den Referenzoszillator, um die von der Basisstation empfangene Frequenz zu erhalten.

15. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 12, ferner umfassend die folgenden Schritte:

Bestimmen, wenn ein vollständiger Datenrahmen innerhalb des Bursts von Daten, der von der Basisstation übertragen wird, empfangen worden ist;

Bestimmen, ob die empfangenen Daten mehr als eine vorgewählte Anzahl von Datenfehlern enthalten, vor dem Vergleichsschritt.

16. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 15, wobei der Burst von Daten, der durch die Basisstation übertragen wird, gemäß einem Protokoll formatiert ist, welches umfaßt:

einen Bitsynchronisationsblock mit einer festen Konfiguration von Daten;

einen Rahmenanfangsblock mit einem Basisstationsidentitätsblock; und

ein Paritätsfeld, welches Information für eine Fehlerkorrektur umfaßt.

17. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 16, wobei der Vergleichsschritt umfaßt:

Vergleichen der Frequenz des Signals, welches von der Basisstation während des Abschnitts des Bursts, der den Bitsynchronisationsblock enthält, empfangen wird.

18. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 16, wobei:

der Schritt zum Bestimmen, ob der Burst von empfangenen übertragenen Daten von der gegenwärtigen Basisstation der mobilen Station übertragen wurde, eine Erkennung des Basisstationsidentitätsblocks in dem Rahmenanfangsblock des Datenbursts umfaßt.

19. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 12, ferner umfassend die folgenden Schritte:

Vergleichen des Kristall-Alterungskompensationswerts, der vorher an der zweiten Speicherungsstelle gespeichert wurde, mit dem gegenwärtigen Kristallkompensationswert;

Bestimmen der Differenz zwischen den Kristall- Alterungskompensationswerten; und

Speichern eines neuen Kristall- Alterungskompensationswerts an der zweiten Speicherungsstelle im Ansprechen auf die einen vorgewählten Wert übersteigende Differenz.

20. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 19, wobei:

der Schritt des Speicherns eines neuen Kristall- Alterungskompensationswerts umfaßt:

Addieren eines Bruchteils der Differenz zwischen den Alterungskompensationswerten zu dem vorher gespeicherten Alterungskompensationswert, um den neuen Kristall- Alterungskompensationswert zu ermitteln, der gespeichert werden soll.

21. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 12, ferner umfassend den folgenden Schritt:

Sperren des Betriebs des Senders der mobilen Station im Ansprechen auf die Tatsache, daß die Differenz zwischen der Frequenz des von der Basisstation empfangenen Signals und der Frequenz des von dem Referenzoszillator ausgegebenen Signals einen vorgegebenen Wert übersteigt.

22. Verfahren zum Erzeugen einer Frequenzkompensationsspannung für einen Kristallgesteuerten Referenzoszillator in einer mobilen Station eines Paketdaten-Funksystems nach Anspruch 13, wobei:

das Signal, welches von dem Signal abgeleitet ist, welches von der Basisstation empfangen wird, eine Zwischenfrequenz davon ist.