-
Die vorligende Erfindung betrifft
digital gesteuerte funkdatenübertragungsgeräte und insbesondere
die Fehlerkompensation der Trägerfrequenz eines
FM-Rundfunkgerätes.
-
Dei meisten Funkmodems verwenden
einen kristallgesteuerten Osziliator zur Erzeugung einer lokalen
Oszillatorfrequenz, die zum Senden und Empfangen von Datensignalen
in die bzw. aus der Luft mittels einer Antenne dient. Kristallgesteuerte
Oszillatoren werden dort eingesetzt, wo es gesetzlich vorgeschrieben
ist (z. B. bei Rundfunk- und Amateurfunksendern), wo mit dem Betrieb
von nur wenigen Frequenzen zu rechnen ist und wo es räumliche
Probleme gibt (d. h., wo ein voluminöser Resonanzkreis nicht geeignet
eingesetzt, sondern durch einen kompakteren Kristall ersetzt werden
kann). Durch Abweichungen bestimmter Bauelemente des Kristalloszillators
kommt es üblicherweise
zu Frequenzabweichungen.
-
Wenn FM-Rundfunksender und/oder -empfänger in
großen
Stückzahlen
hergestellt werden, schwankt die Trägerfrequenz von Gerät zu Gerät auf Grund
unterschiedlicher Kristalleigenschaften, die sich aus Eigenschaftsschwankungen
von Teilen der Kristalloszillatoren ergeben. Beim Sender führt dies zu
einer Frequenzabweichung des gesendeten Signals. Bei einem Rundfunk-Datenmodem,
in dem ein FM-Rundfunksender verwendet wird, bewirkt der Trägerfrequenzfehler
den Verlust an Datenfehlersicherheit, höhere Bitfehlerraten, durch
die mehr Datenblöcke
fehlerhaft übertragen
werden, häufigere Wiederholungen
und beim Benutzer des Funkdatenmodems einen geringeren effektiven
Datendurchsatz. Dieser Verlust an Datenfehlersicherheit ist besonders
bei Datencodiersystemen der 4. Ebene wie RD-LAP von Bedeutung.
-
Beim Emfänger führt die fehlende Frequenzübereinstimmung
zwischen dem Empfänger
und der Senderbasisstation zu einem Gleichspannungsversatz des empfangenen
demodulierten Signals. Die Frequenzabweichung kann durch Abweichungen
der Bauteile des Kristalloszillators des Senders, des Empfängers oder
eine Kombination von beiden verursacht werden. Bei einem Funkdatenmodem,
das einen FM-Rundfunkempfänger
verwendet, führt
die fehlende Übereinstimmung
zwischen der Trägerfrequenz
einerseits und der lokalen Oszillatorfrequenz des Empfängers andererseits
zum Verlust der Datenfehlersicherheit, zu höheren Fehlerbitraten, durch
die mehr Datenblöcke
fehlerhaft übertragen
werden, zu häufigeren
Wiederholungen und beim Benutzer des Funkdatenmodems zu einem geringeren
effektiven Datendurchsatz. Dieser Verlust an Datenfehlersicherheit
ist besonders bei Datencodiersystemen der 4. Ebene wie RD-LAP von
Bedeutung.
-
Dieses Problem ist bisher durch Stabilisieren und
Trimmen des Kristalloszillators beim Sender mittels Hardwareverfahren
und/oder durch Einsatz genauerer und teurerer Oszillatorbauteile
gemindert worden, die eine geringere Frequenzabweichung gewährleisten. Ähnlich ist
dieses Problem bisher durch Stabilisieren und Trimmen des Kristalloszillators beim
Empfänger
mittels Hardwareverfahren und/oder durch Vorschreiben genauerer
und teurerer Oszillatorbauteile gemindert worden, die eine geringere
Frequenzabweichung gewährleisten.
Das Trimmen erfolgt üblicherweise
manuell und stellt somit einen teuren, zeitaufwändigen und fehleranfälligen Prozess
dar. Zudem steigen durch die Verwendung von Kristalloszillatorbauteilen
mit geringeren Frequenzabweichungen die Kosten der Kristalloszillatorbauteile
und dadurch wiederum die Kosten des Funkdatenmodems.
-
Das Problem des Trägerfrequenzfehlers
ist beim Empfänger
auch durch die Einführung
automatischer Frequenzverfolgungseinrichtungen verringert worden.
Durch diese Verfahren wird der Inhalt eines empfangenen Signals
im zeitlichen Verlauf analysiert und der Empfänger zum Kompensieren des Fehlers korrigiert.
Durch diese Verfahren wird das Problem jedoch nicht vollständig ausgeräumt, da
Daten zu Beginn eines Datenblocks entweder fehlerhaft oder gar nicht
empfangen worden sein können,
während
die Frequenzverfolgungsschaltung versucht, sich auf das empfangene
Trägerfrequenzsignal
auszurichten. Dadurch gehen erste Datenblöcke verloren, was zu einem
geringeren Datendurchsatz führt.
-
Diese ungelösten Probleme und Unzulänglichkeiten
treten in der Technik deutlich zu Tage und werden durch die Erfindung
auf die im Folgenden beschriebene Weise gelöst.
-
Die oben erwähnten Erfordernisse wurden mit
der vorliegenden Erfindung durch Bereitstellen eines Verfahrens
(gemäß Anspruch
4), einer Vorrichtung (gemäß Anspruch
1) und eines hergestellten Artikels (gemäß Anspruch 5) zum Kompensieren
des Trägerfrequenzfehlers
erfüllt.
Von einer Antenne wird ein FM- Signal
empfangen, und das empfangene FM-Signal wird zu einem Empfänger geleitet.
Der Empfänger
erhält
das FM-Signal auf der Trägerfrequenz
und gibt ein Basisbandsignal aus. Dieses Basisbandsignal wird dann
durch einen DSP (digital signal processor, digitaler Signalprozessor)
verarbeitet, der die Trägerfrequenzkompensation
und die Decodierung ausführt,
um einen Datenstrom zu erzeugen, der durch einen Mikroprozessor
einem Hostrechner zur Verfügung
gestellt wird. Die Differenzen zwischen der FM-Trägerfrequenz
und der zum Demodulieren des FM-Signals verwendeten Frequenz können eine
Verschiebung des erzeugten Basisbandsignals bewirken. Der DSP kompensiert
eine solche Frequenzdifferenz durch Verwendung eines Empfangskompensationswertes
und durch dessen Anwendung auf jedes empfangene Einzelsignal. Während des
Sendens werden die zu übertragenden Daten
vom Hostrechner über
einen Mikroprozessor dem DSP zugeleitet. Der DSP sorgt für die Codierung und
die Trägerfrequenzkompensation
der Daten, um einem Sender ein Basisbandsignal zur Verfügung zu stellen,
der dieses Basisbandsignal moduliert, um ein FM-Signal bei einer
gewünschten
Trägerfrequenz
zu erzeugen. Differenzen zwischen der gewünschten FM-Trägerfrequenz
und der zum Modulieren des Basisbandsignals verwendeten Frequenz
können
in Empfängersystemen
zu Fehlern führen.
Durch Verwendung eines Sendekompensationswertes und durch dessen
Anwendung auf jedes codierte Einzelsignal kompensiert der DSP eine
solche Frequenzdifferenz.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, FM-Übertragungen
bereitzustellen, die weniger fehleranfällig sind.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, FM-Übertragungen
bereitzustellen, die die Anzahl der Übertragungswiederholungen verringern.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, FM-Übertragungen
mit einem höheren Datendurchsatz
bereitzustellen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation
bereitzustellen, durch die ein Rundfunksystem zu geringeren Kosten
hergestellt werden kann.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, FM-Übertragungen
mit einem möglichst
geringen Einfluss auf den zeitlichen Ablauf der Signalübertragung
bereitzustellen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation
mit einer geringeren Abhängigkeit
von einem Mechanismus zur automatischen Frequenzkorrektur bereitzustellen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation
mit einer geringeren Abhängigkeit
von einem Mechanismus zur automatischen Frequenzkorrektur derart
bereitzustellen, dass Daten am Anfang eines Datenblocks mit weniger
Fehlern empfangen werden.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation
bereitzustellen, durch die FM-Funkdatenmodems in größeren Stückzahlen
mit preiswerten Bauteilen hergestellt werden können, die größere Toleranzen
aufweisen.
-
Die obigen sowie weitere Aufgaben,
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich,
in denen:
-
1 ein
Computersystem mit einem Funkdatenmodem zeigt, der die Kompensation
der Sende- und der Empfangsträgerfrequenz
ermöglicht.
-
2 die
Kompensation des Trägerfrequenzfehlers
zeigt, wenn ein FM-Funksignal empfangen wird.
-
3 die
Kompensation des Trägerfrequenzfehlers
zeigt, wenn ein FM-Funksignal gesendet wird.
-
4 eine
detailliertere Ansicht der digitalen Signalverarbeitung in einem
generischen DSP zeigt.
-
5 einen
FM-Funkdatenmodem zeigt, der eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation beim Empfangen und
Senden von FM-Funksignalen
ermöglicht.
-
6 ein
Verfahren zum Empfangen von FM-Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
7 ein
Verfahren zum Senden von FM-Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
-
8 eine
Anordnung zum Ermitteln und Speichern von Kompensationswerten für ein FM-Rundfunkgerät zeigt.
-
9 den
Frequenzfehler eines lokalen Oszillatorkristalls zeigt.
-
10 die
Abhängigkeit
zwischen der Basisbandsignal-Verschiebung
von der Trägerfrequenz zeigt.
-
1 zeigt
eine Übersichtsdarstellung
eines Hostrechners 100 und eines Funkmodemsystems 101.
Ein Funkmodem 101 ähnelt
insofern einem drahtgebundenen Modem, als er einem Computer oder
einer anderen Vorrichtung ermöglicht,
Daten an externe Ressourcen zu senden bzw. von diesen zu empfangen.
Der Hostrechner 100 kann ein Rechner sein wie beispielsweise
ein Laptop, ein Taschenrechner (palm top), ein persönlicher
digitaler Assistent (personal digital assistent, PDA), ein Personal
Computer (Personal Computer), ein Großrechner (mainframe), eine
Basisstation, ein Vermittlungsrechner (switch) oder eine andere
Verarbeitungseinrichtung. Der Funkmodem 101 kann als Adapterkarte
oder als Steckplatz wie beispielsweise ein PCMCIA-Steckplatz installiert
oder in einem separaten Gehäuse
untergebracht sein. Die vorliegende Erfindung stellt eine Frequenzkompensation
einer in der Funkübertragung
verwendeten Trägerfrequenz
bereit. Die Frequenzkompensation kann eingesetzt werden, wenn der
Funkmodem Signale sendet und/oder empfängt. Die vorliegende Erfindung
kann bei jedem FM-Funksystem verwendet werden, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf: Cellular Digital Packet Data (Mobilfunk-Paketdaten, CDPD),
AMPS-Daten, Mobilfunkdaten, Radio Data Link Access Protocol (Funkdatenverbindungsprotokoll,
RDLAP) und Motorola Data Communication (Motorola-Datenübertragung,
MDC).
-
Bei der bevorzugten Ausführungsart
besteht der Funkmodem aus drei Hauptkomponenten: Einem Mikroprozessor 103,
einem digitalen Signalprozessor (DSP) 105 und einem Rundfunkgerät 107 mit
einer Antenne. Der Mikroprozessor 103 enthält einen
Speicher (d. h. in der bevorzugten Ausführungsart einen statischen
Arbeitsspeicher (static random access memory, SRAM) und/oder einen
Flash-Speicher und/oder einen dynamischen Arbeitsspeicher (dynamic
random access memory, DRAM)) sowie eine zugehörige Schaltlogik und ist für die Verbindung
zum Hostrechner 100 oder einer anderen Vorrichtung zuständig, die
Daten senden oder empfangen möchte. Er
kann auch andere Funktionen wie die Pufferung; Funktionen zur Modemverwaltung;
die Konfigurierung, das Booten oder das Starten des DSP; die Konfigurierung
und das Booten oder das Starten des Rundfunkgeräts; und die Nachrichten- und
Protokollverwaltung bereitstellen. Der Mikroprozessor kann auch
die Kanal- und Frequenzzuweisung sowie den Frequenzsynthesizer oder
Frequenzgenerator steuern, um mittels des Kristalls Signale bei
Frequenzen bereitzustellen, die zum Modulieren und Demodulieren
von HF-Signalen benötigt
werden. Der Mikroprozessor kann auch zusätzliche Ebenen des Protokollstapels,
wie beispielsweise die CDPD-MAC-Ebene (media access control), und
die RD-LAP-Dienstunterebene bereitstellen. Die Mikroprozessorschnittstelle
ermöglicht
dem Modem das Empfangen von Daten und Befehlen vom Hostrechner und
das Senden von Daten und Statusinformationen zum Hostrechner.
-
Der DSP 105 stellt Sendefunktionen
einschließlich
der Codierung und der Trägerfrequenzkompensation
Signalen zur Verfügung,
die gesendet werden. Der DSP 105 stellt Empfangsfunktionen
einschließlich
der Decodierung und der Trägerfrequenzkompensation
Signalen zur Verfügung,
die empfangen werden. Bei der bevorzugten Ausführungsart stellt der DSP 105 die
Verarbeitungskapazität
für die Trägerfrequenzkompensation
von gesendeten und empfangenen Signalen bereit. Die DSP-Funktionen bestehen
in einer oder mehreren Instruktionen, die der DSP an den Daten oder
Datenströmen
in der DSP-Pipeline ausführt.
Diese Instruktionen können vom
Speicher des DSP oder vom Speicher des Funkmodems empfangen werden.
Der Mikroprozessor kann das Laden der DSP-Instruktionen aus dem nichtflüchtigen
Speicher in den flüchtigen
oder DSP-Speicher unterstützen
und sogar Instruktionen aus dem Hostrechner laden. Die DSP-Instruktionen können somit
in jedem zum Speichern von Software-Instruktionen geeigneten Medium
gespeichert sein. DSP-Instruktionen können im nichtflüchtigen Speicher
des Funkmodems, im DSP oder in Speichervorrichtungen wie ROM, EEPROM,
Flash-Speicher oder einer anderen durch den DSP abrufbaren Speichervorrichtung
gespeichert sein. Die Funktionen des DSP 105 werden im
Folgenden eingehend erörtert.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsart
besteht das Rundfunkgerät 107 aus
einem Sender zum Modulieren von Signalen und einem Empfänger zum Demodulieren
von Signalen. Der Sender und der Empfänger können über einen Duplexer eine gemeinsame
Antenne 109 nutzen. Der Sender ist für das Erzeugen eines FM-Signals
bei einer Trägerfrequenz
unter Verwendung eines Basisbandsignals und eines lokalen Oszillatorsignals
(d. h. für
das Modulieren der Trägerfrequenz
entsprechend dem Basisbandsignal) zuständig. Der Empfänger ist
für das Erzeugen
eines Basisbandsignals aus einem FM-Signal unter Verwendung eines
lokalen Oszillatorsignals (d. h. für das Demodulieren des FM-Signals
unter Verwendung der veränderlichen
Trägerfrequenz zum
Erzeugen des Basisbandsignals) zuständig. Das Rundfunkgerät 107 oder
die Übertragungsschaltlogik
stellt den physischen Zugriff auf ein Netz oder einen Anschluss
bereit (d. h. das drahtlose oder Mobilfunknetz der bevorzugten Ausführungsart).
Das Rundfunkgerät 107 kann,
wie bei Mobilfunkmodems üblich,
eine eigene Batterie haben. Zum Senden und Empfangen der elektromagnetischen Übertragungssignale
aus der Luft wird eine Antenne verwendet. Der Sender und der Empfänger werden
im Folgenden eingehend erörtert.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsart
passt der Funkmodem in einen PCMCIA-Steckplatz eines Hostrechners.
Somit umfasst der Funkmodem einen PCMCIA-Stecker und eine PCMCIA-Schnittstellenlogikschaltung,
um dem Modem eine externe Schnittstelle zur Verfügung zu stellen. Man beachte,
dass sich diverse Bauteile des Modems außerhalb der PCMCIA-Karte befinden
können
(d. h. die Batterie, die Antenne, das Rundfunkgerät). Ferner
ist zu beachten, dass sowohl im Empfänger als auch im Sender ein
lokales Oszillatorsignal mit einer bestimmten Frequenz gezeigt wird.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein Signalkristall zum Erzeugen
des lokalen Oszillatorsignals für
mehrere Frequenzen und Kanäle verwendet
werden kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl die vorliegende
Erfindung mit nur einer HF-Signal-Stufe gezeigt wird, mehrere Stufen
verwendet werden können,
wie es beispielsweise bei Superheterodynempfängern üblich ist. So werden Zwischenfrequenzstufen,
Filter und Verstärker
nicht gezeigt oder erörtert.
-
Durch die Frequenzmodulation (FM)
wird die Trägerfrequenz
oder eine Zwischenfrequenz, wenn Kanäle gemultiplext werden, im
Verhältnis
zum Durchschnittswert eines Basisbandsignals geändert. Bei der FM wird die
Trägerfrequenz
durch das Basisbandsignal moduliert. Die meisten Funkmodems verwenden
kristallgesteuerte Oszillatoren, um eine lokale Oszillatorfrequenz
zu erzeugen, die zum Senden und Empfangen von Datensignalen über eine
Antenne in die oder aus der Luft dient. Auf Grund von Eigenschaftsschwankungen
der Kristallbauelemente kommt es üblicherweise zu Frequenzabweichungen bestimmter
Kristalloszillatoren. In 9 ist
ein bestimmtes Kristallbauelement mit einer Frequenzabweichung Δc gezeigt.
Kristallbauelemente können
zur Signalerzeugung bei vielen Frequenzen verwendet werden. Somit
kann ein Kristall zum Unterstützen mehrerer
lokaler Oszillatorsignale bei verschiedenen Frequenzen verwendet
werden. Um die Frequenzabweichung so klein wie möglich zu halten, werden Schaltungen
mit abstimmbaren Bauelementen hergestellt, damit die Schaltungen
zur Minimierung der Frequenzabweichung manuell abgestimmt werden können. Dies
erfolgt mit Bauelementen aus der Massenproduktion von FM-Rundfunkgeräten, bei
denen jeder Kristall in jedem Gerät eine andere Frequenzabweichung
aufweist. Der Preis der Kristallbauelemente hängt direkt vom Betrag der Abweichung
ab (d. h. von der Größe von Δc).
Je kleiner Δc, desto teurer das Bauelement. Zu den Kosten
für die
Kristallbauelemente und den arbeitsaufwendigen Trimmprozess kommen
noch die Kosten für
die abstimmbaren Bauelemente.
-
Trägerfrequenzkompensation
von empfangenen Signalen
-
Durch die vorliegende Erfindung kann
jede Differenz zwischen der Frequenz zum Modulieren und der Frequenz
zum Demodulieren eines FM-Signals kompensiert werden. Somit kann
die Differenz zwischen der Trägerfrequenz
eines empfangenen FM-Signals und der lokalen Oszillatorfrequenz
des Funkmodems kompensiert werden. 2 veranschaulicht
den Signalpfad für
den Empfang eines FM-Signals. Ein FM-Signal wird von einer Antenne 109 empfangen
und das empfangene FM-Signal zum Empfänger 201 geleitet.
Der Empfänger 201 erhält das FM-Signal
bei der Trägerfrequenz
und gibt ein Basisbandsignal aus. Dieses Basisbandsignal wird dann
durch den DSP 105 verarbeitet, um einen Datenstrom zu erzeugen,
den der Mikroprozessor 103 zum Hostrechner leitet. Der
Empfänger 201 erhält das FM-Signal
bei der Trägerfrequenz
und gibt ein Basisbandsignal aus. Dies ist in 2 mittels einer Mischstufe und eines
lokalen Oszillators veranschaulicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit
alle Verstärker
und Filter weggelassen wurden. Man beachte, dass zum Erzeugen eines
Basisbandsignals aus dem empfangenen frequenzmodulierten Signal auch
andere Verfahren dienen können.
So können mehrere
Mischstufen mit Zwischenfrequenzverarbeitung (ZF) verwendet werden,
die ein oder mehrere Basisbandsignale erzeugen können. Die ZF-stufe, -verstärker und
-filter wurden aus Gründen
der Übersichtlichkeit
weggelassen.
-
Es ist zu beachten, dass beim Empfangen
eines FM-Signals auf einer Trägerfrequenz
die Differenz zwischen der FM-Trägerfrequenz
und der lokalen Oszillatorfrequenz eine der Differenz zwischen den
beiden Frequenzen proportionale Spannung erzeugt. Durch die Demodulation
des FM-Signals wird das Basisbandsignal mittels der sich ändernden
Trägerfrequenz
des FM-Signals wiederhergestellt. Wenn jedoch die lokale Empfängeroszillatorfrequenz (d.
h. die zur Demodulation verwendete Frequenz) nicht gleich der vom
lokalen Senderoszillator verwendeten Frequenz (d. h. der zur Modulation
vrerwendeten Frequenz) ist, entsteht ein ungewollter Unterschied
bzw. eine Verschiebung des Basisbandsignals, die der Frequenzdifferenz
zwischen dem lokalen Senderoszillator und dem lokalen Empfängeroszillator
proportional ist. Dies wird in 10 veranschaulicht.
Geht man von einem FM-Signal bei einer Trägerfrequenz fc (d.
h. einer von einem lokalen Senderoszillator erzeugten Trägerfrequenz
fc) aus, kann das durch den FM-Empfänger erzeugte
Basisbandsignal in Abhängigkeit
von der lokalen Empfängeroszillatorfrequenz
verschoben sein (d. h. eine ungewollte Gleichspannung aufweisen).
Wenn fLO = fc ist,
wird wie in 10 gezeigt
das Basisbandsignal C erzeugt. Wenn fLO =
fc+Δc/2 ist,
wird das Basisbandsignal wie gezeigt um A verschoben. Wenn fLO = fc–Δc/2 ist, wird das Basisbandsignal
wie gezeigt um B verschoben. Die Frequenzdifferenzen zwischen dem
Signal des lokalen Senderoszillators und dem Signal des lokalen
Empfängeroszillators
führen
zum Entstehen einer Gleichspannungsdifferenz des Basisbandsignals (d.
h., das Basisbandsignal wird verschoben).
-
Die vorliegende Erfindung gleicht
solche Verschiebungen aus. Bei der bevorzugten Ausführungsart
erfolgt dies im DSP durch Verwenden eines Empfangskompensationswertes.
Der DSP bewirkt die Korrektur des Frequenzfehlers zwischen der Trägerfrequenz
und der lokalen Empfängeroszillatorfrequenz.
Der Empfangskompensationswert kann im DSP oder in einem zum DSP
gehörenden
Speicher oder in einem für
den DSP erreichbaren nichtflüchtigen
Speicher gespeichert werden. Die Ermittlung des Empfangskompensationswertes
wird im Folgenden beschrieben. Man beachte, dass in 4 die DSP-Funktionen für das Senden
und das empfangen von FM-Signalen mit Trägerfrequenzkompensation dargestellt
sind. Das Basisbandsignal vom Empfänger wird wie in 4 gezeigt durch einen Analog-Digital-Wandler
in einen oder mehrere Digitalwerte umgesetzt. Die Digitalwerte,
die beliebige Bitlängen, üblicherweise
aber 8 oder 16 Bit, besitzen können,
werden dann durch einen Empfangskompensationswert korrigiert. Der
Empfangskompensationswert kann je nach den Kenndaten des in dem
Funkmodem verwendeten Kristalls zu jedem Digitalwert addiert oder von
ihm subtrahiert werden. Man beachte, dass zum Ausführen der
Korrektur jegliche Art der Binärarithmetik
verwendet werden kann. Diese Korrektur kann man sich ungeachtet
der Differenz zwischen der zum Demodulieren des empfangenen FM-Signals
verwendeten lokalen Oszillatorfrequenz und der zum Modulieren des
FM-Signals verwendeten lokalen Oszillatorfrequenz als Verschiebung
des Basisbandsignals in den gewünschten
Bereich (d. h. den Bereich C in 10)
vorstellen. Die korrigierten Digitalwerte werden dann mittels der
im Decodierer 419 von 4 gezeigten
Standard-Decodierfunktionen
decodiert. Der Symboltakt 421 und die Rx-Übernahme- und Einschwingschaltung 423 arbeiten
beim Synchronisieren des Symboltaktes des Funkgerätes mit dem
Symboltakt der Basisstation (des Senders) zusammen. Die Gleichspannungsprüfschaltung 425 verfolgt
das empfangene Signal und liefert den zeitlichen Mittelwert des
Gleichspannungspegels. Der Detektor 429 gibt den Digitalwert,
der dann verarbeitet wird, um alle Übertragungsfehler zu beseitigen, sowie
die für
die Funkübertragung
hinzugefügte
Codierungs- und Datenblockinformation- für die Fehlervorkorrektur aus.
Der Datenwert wird dann durch den Mikroprozessor an den Hostrechner
weitergegeben.
-
In 6 ist
ein Verfahren zum Empfangen und zum Verarbeiten eines FM-Signals
gezeigt. In Schritt 601 wird ein FM-Signal mit einer Trägerfrequenz
demoduliert, um unter Verwendung eines FM-Signalen Oszillatorsignals
ein Basisbandsignal zu erzeugen. In Schritt 603 wird das
Basisbandsignal digitalisiert oder in einen oder mehrere Digitalwerte umgesetzt.
In Schritt 605 wird jeder Digitalwert durch einen Empfangskompensationswert
korrigiert, und in Schritt 607 wird der korrigierte Digitaldatenstrom
decodiert, um einen digitalen Datenstrom auszugeben.
-
Trägerfrequenzkompensation
der gesendeten Signale
-
Die Trägerfrequenzkompensation von
empfangenen FM-Signalen ist oben erörtert worden. Die Trägerfrequenzkompensation
kann auch für
gesendete FM-Signale bereitgestellt werden. Normalerweise ist der
Gleichspannungspegel des zum Sender gelieferten Basisbandsignals
konstruktiv auf einen bestimmten Punkt oder einen gewünschten
Pegel festgelegt. Der Gleichspannungspegel kann jedoch anhand der
Differenz zwischen der lokalen Oszillatorfrequenz und der gewünschten
Trägerfrequenz
des gesendeten FM-Signals korrigiert werden. In 3 ist der Signalpfad für die Übertragung
von FM-Signalen mittels eines FM-Funkmodems der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Die zu sendenden Daten werden dem Funkmodem von
einem Hostrechner über
einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller 103 zur Verfügung gestellt.
Der Mikroprozessor 103 liefert diese Daten an den DSP 301.
Der Mikroprozessor kann die Funktionen für die Nachrichtenformatierung und
die Dateriblockbildung bereitstellen. Der DSP 301 führt die
Codierung und die Funktion der Trägerfrequenzkompensation durch,
um ein analoges Basisbandsignal zu erzeugen. Der Sender 303 moduliert
oder mischt das analoge Basisbandsignal mit einem lokalen Oszillatorsignal
bei einer lokalen Oszillatorfrequenz, um ein FM-Signal bei einer
Trägerfrequenz
zu erzeugen, das über
die Antenne 109 ausgestrahlt wird.
-
Der DSP 301 führt die
Korrektur des Frequenzfehlers zwischen der gewünschten Sendeträgerfrequenz
und der lokalen Oszillatorfrequenz durch. Der Sendekompensationswert
kann im DSP oder in einem zum DSP gehörenden Speicher oder in einem
für den
DSP oder den Mikrocontroller erreichbaren nichtflüchtigen
Speicher gespeichert werden. Die Ermittlung des Sendekompensationswertes
wird im Folgenden erörtert.
Wenn ein FM-Signal bei einer Trägerfrequenz
gesendet wird, kann wie oben bemerkt durch eine Differenz zwischen
der realen gesendeten FM-Trägerfrequenz
und der gewünschten FM-Frequenz
eines Kanals eine Spannung erzeugt werden, die der Differenz zwischen
den beiden Frequenzen im Empfängersystem
proportional ist. Wenn also das Empfängersystem eine Trägerfrequenz
fc erwartet, der Sender jedoch bei fc+Δ oder
fc–Δ sendet
(d. h. einen lokalen Oszillator mit diesen Frequenzen verwendet),
kommt es im Empfänger
zu Fehlern oder zum Verlust der Fehlersicherheit. Hierzu kann es auch
kommen, wenn der Empfänger
eine Trägerfrequenz-Fehlerkompensation
bietet, da die Empfangskompensation Zeit zum Reagieren benötigt, während derer
Daten verloren gehen können.
-
Wenn die lokale Senderoszillatorfrequenz nicht
mit der gewünschten
Trägerfrequenz übereinstimmt,
kann der Gleichspannungswert des analogen Basisbandsignals korrigiert
werden, am die Übertragung
bei der gewünschten
Frequenz zu gewährleisten.
Durch Verschieben des Basisbandsignals in Abhängigkeit von der Differenz
zwischen der lokalen Senderoszillatorfrequenz und der gewünschten
Trägerfrequenz wird
ein FM-Signal bei der gewünschten Trägerfrequenz
erzeugt. Die wird in 10 veranschaulicht.
Wenn also der Sender eine lokale Oszillatorfrequenz benutzt, die
gleich der gewünschten Senderfrequenz
ist, gilt fLO = fc,
und das Basisbandsignal C wird ohne Kompensation oder Verschiebung verwendet.
Wenn der Sender eine lokale Oszillatorfrequenz benutzt, die größer als
die gewünschte
Sendeträgerfrequenz
ist, gilt fLO = fc+Δc/2 In
diesem Fall wird das Basisbandsignal wie gezeigt um A nach unten
verschoben, wodurch die Gleichspannung des Basisbandsignals verringert
wird und das erzeugte FM-Signal die erwartete Trägerfrequenz aufweist. Wenn
der Sender eine lokale Oszillatorfrequenz benutzt, die kleiner als
die gewünschte
Sendeträgerfrequenz
ist (d. h. fLO = fc–Δ/2),
wird das Basisbandsignal wie gezeigt um B nach oben verschoben,
wodurch die Gleichspannung des Basisbandsignals erhöht wird
und das erzeugte FM-Signal die erwartete Trägerfrequenz aufweist. Durch
das verschieben des Basisbandsignals, also durch Addieren oder Subtrahieren
eines Gleichspannungssignals, wird eine Frequenzverschiebung der
Sendeträgerfrequenz
erzeugt.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsart
wird die Trägerfrequenzkompensation
mittels eines Sendekompensationswertes im DSP erreicht. Der Sendekompensationswert
wird gemeinsam mit einem Verfahren zur Ermittlung des Sendekompensationswertes
im Folgenden erörtert.
Die zum Senden vorgesehenen Daten werden wie in 4 gezeigt vom Mikroprozessor zum Codierer 400 geliefert.
Der in 4 gezeigte Codierer
enthält
die Datenblockeinheit 401, die den Daten Kopfdaten und
zyklische Redundanzcodes (CRC) hinzufügt. Zum Unterstützen der
Decodierung im Empfänger
können
fest vorgegebene Muster wie symbol sync (Symbolsynchronisation) und frame
sync (Datenblocksynchronisation) hinzugefügt werden. In die Daten können auch
Kanalstatusdaten eingefügt
werden. Es können
eine Fehlervorkorrektur 403 (wie die von Reed Solomon)
verwendet oder andere Fehlererkennungs- und/oder -korrekturinformationen
dem Daten-/Symbolstrom hinzugefügt
werden. Je nach dem gewünschten Übertragungsprotokoll
kann man die Trellis- oder Faltungscodierung oder andere Codierungsschemata verwenden.
Auf den Daten-/Symbolstrom wird ein digitales Filter 405 angewendet,
um die gewünschte
Signalform zu erzeugen. Die Digitalwerte, die eine beliebige Bitlänge haben
können, üblicherweise
aber 8 oder 16 Bit lang sind, werden dann im Kompensator durch einen
Sendekompensationswert korrigiert. Der Sendekompensationswert kann
je nach den Kenndaten des in dem Funkmodem verwendeten Kristalls
zu jedem Datenwert addiert oder von ihm subtrahiert werden. Man
beachte, dass zum Ausführen
der Korrektur jede Art von Binärarithmetik
geeignet ist. Diese Korrektur kann man sich als Verschiebung des
Basisbandsignals in den gewünschten
Bereich anhand der Differenz zwischen der lokalen Oszillatorfrequenz und
der gewünschten
Sendeträgerfrequenz
vorstellen. Die Digitalwerte werden zu einem Digital-Analog-Wandler 411 geleitet.
Die korrigierten Digitalwerte werden dann in ein analoges Basisbandsignal
mit dem richtigen Gleichspannungspegel umgesetzt, um die gewünschte Sendeträgerfrequenz
zu erzeugen. Das Basisbandsignal wird dann durch den Sender mit
der lokalen Oszillatorfrequenz moduliert, um das FM-Signal bei der
gewünschten
Trägerfrequenz
zu erzeugen, das durch die Antenne abgestrahlt wird.
-
In 7 ist
ein Verfahren zum Senden eines FM-Signals gezeigt. In Schritt 701 werden
zu übertragende
Daten eingegeben. Die Daten werden in Schritt 703 codiert,
um Signaldatenwerte zu erzeugen. Jeder Datenwert wird in Schritt 705 durch
einen Sendekompensationswert korrigiert. In Schritt 707 werden
die Datenwerte in ein analoges Basisbandsignal umgesetzt. Das Basisbandsignal
wird dann dazu verwendet, um damit in Schritt 709 ein lokales Oszillatorsignal
zu modulieren, und in Schritt 711 wird das FM-Signal gesendet.
-
FUNKTION DES SENDER/EMPFÄNGERS
-
Die vorliegende Erfindung kann wie
oben beschrieben zur Korrektur von Trägerfrequenzdifferenzen beim
Empfangen oder Senden von FM-Signalen verwendet werden. Dazu ist
zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung in einem Funkmodem eingesetzt
werden kann, der beim Senden und Empfangen von FM-Signalen eine
Trägerfrequenzkompensation bietet.
In 4 ist ein DSP zum
Ausführen
der beiden Funktionen dargestellt. Entweder kann unter Verwendung
eines Duplexers eine Antenne gemeinsam genutzt werden, oder der
Sender und der Empfänger
können
getrennte Antennen verwenden. Man beachte, dass bei der bevorzugten
Ausführungsart sowohl
für die
gesendeten als auch für
die empfangenen Signale eine Trägerfrequenzkompensation
bereitgestellt wird. Die Trägerfrequenz-Kompensationswerte
(d. h. der Empfangskompensationswert und der Sendekompensationswert)
sind in der bevorzugten Ausführungsart
verschieden.
-
ERMITTLUNG
DES KOMPENSATIONSWERTES
-
Die Verwendung von Kompensationswerten für das Empfangen
und das Senden von FM-Datenübertragungssignalen
ist oben beschrieben worden. Ein Verfahren zur Ermittlung dieser
Werte und zum Speichern der Werte in dem Funkmodem wird im Folgenden
beschrieben.
-
In 8 ist
eine Prüfanordnung
zur Ermittlung der Kompensationswerte und zum Speichern der Kompensationswerte
in dem Funkmodem dargestellt. Die Prüfumgebung besteht aus einem
Empfänger/Sender 801 und
einem Prüfcontroller 805,
bei dem es sich in der bevorzugten Ausführungsart um einen entsprechend
ausgestatteten Personal Computer handelt. Der Prüfcontroller 805 kann
Daten in den Speicher des Funkmodems schreiben und aus ihm herauslesen
und kann Daten an einen Hostrechner senden und von ihm empfangen.
Der Prüfcontroller 805 kann
auch wie gezeigt zur Steuerung des Empfängers/Senders 801 verwendet
werden. Der Empfänger/Sender 801 wird
zur Erzeugung von FM-Signalen
für die
zu prüfende
Einheit (device under test, DUT) 803 und zum Empfangen
von FM-Funksignalen von dem DUT 803 verwendet.
-
Um den beim Senden von FM-Signalen durch
das DUT zu verwendenden Sendekompensationswert zu ermitteln, wird
die folgende Prozedur angewendet:
- 1) Der Prüfcontroller
weist das DUT an, ein Prüfsignal
zu senden;
- 2) Der Prüfempfänger misst
die Trägerfrequenz des
DUT.
- 3) Der Prüfcontroller
verändert
den Sendekompensationswert im DSP des DUT so lange, bis der Prüfempfänger erkennt
(oder dem Prüfcontroller anzeigt
oder ermittelt), dass die Sendefrequenz stimmt.
- 4) Der Prüfcontroller
speichert dann den Sendekompensationswert im nichtflüchtigen
Speicher des DUT.
-
Um den beim Empfangen von FM-Signalen durch
das DUT zu verwendenden Empfangskompensationswert zu ermitteln,
wird die folgende Prozedur angewendet:
- 1) Der
Prüfsender
erzeugt ein FM-Signal bei der Prüf-Trägerfrequenz;
- 2) Der Prüfcontroller
liest den Korrekturwert aus dem Gleichspannungsprüfer im DSP
des DUT.
- 3) Der Prüfcontroller
verändert
den Empfangskompensationswert im DSP des DUT so lange, bis der gelesene
Korrekturwert gleich null ist.
- 4) Der Prüfcontroller
speichert dann den Empfangskompensationswert im nichtflüchtigen
Speicher des DUT.
-
Wie man sieht, können die oben aufgeführten Kalibrierungs-
und Ermittlungsverfahren für
die Kompensationswerte vorteilhaft bei Funkmodems angewendet werden,
während
sie hergestellt werden. Wenn der Frequenzfehler ermittelt worden
ist, kann der Kompensationswert ermittelt und zur Verwendung durch
den DSP gespeichert werden. Der Kompensationswert (d. h. der Gleichspannungspegel)
kann für
jede hergestellte Einheit ermittelt werden. Der Kompensationswert
wird dann zum Korrigieren des Fehlers oder der Abweichung der Trägerfrequenz
jedes Rundfunkgerätes
verwendet. Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Funkmodem
mit einer geringeren Schwankungsbreite der Trägerfrequenz bereit. Da die
Frequenzfehlerkompensation auf diese Weise mit Oszillatorbauelementen
erreicht werden kann, die in einem großen Frequenzbereich arbeiten,
können
preiswertere Oszillatorbauelemente verwendet werden. Durch dieses
Verfahren können genauere
Produkte in hohen Stückzahlen
hergestellt werden, während
gleichzeitig ungenauere und billigere Kristalloszillatorbauelemente
eingesetzt werden. Darüber
hinaus wird die Trägerfrequenzschwankung
am Entstehungsort der Trägerfrequenz
(d. h. am Sender) oder am Zielort (d. h. am Empfänger) oder an beiden Orten
(am Sender und am Empfänger)
beseitigt. Durch die Übertragung
bei der richtigen Frequenz wird die Abhängigkeit von dem automatischen
Mechanismus zur Frequenzkorrektur im Empfänger verringert, und die Daten
am Anfang eines übertragenen
Datenblocks werden mit weniger Fehlern empfangen. Desgleichen wird
die Abhängigkeit
von dem automatischen Mechanismus zur Frequenzkorrektur im Empfänger durch
die Korrektur aller Trägerfrequenzfehler
des empfangenen Signals verringert, und die Daten am Anfang eines übertragenen
Datenblocks werden mit weniger Fehlern empfangen.