ES2197347T3 - Un aparato, procedimiento y articulo de fabricacion para la compensacion de la frecuencia portadora en una radio de frecuencia modulada. - Google Patents
Un aparato, procedimiento y articulo de fabricacion para la compensacion de la frecuencia portadora en una radio de frecuencia modulada.Info
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Abstract
SE EXPONE UN PROCEDIMIENTO, APARATO Y ARTICULO DE FABRICACION PARA COMPENSAR EL ERROR DE LAS FRECUENCIAS PORTADORAS. LA SEÑAL DE FM SE RECIBE DE UNA ANTENA Y LA SEÑAL DE FM RECIBIDA SE SUMINISTRA A UN RECEPTOR. EL RECEPTOR ADQUIERE LA SEÑAL DE FM A LA FRECUENCIA DE LA PORTADORA Y DA SALIDA A UNA SEÑAL EN BANDA BASE. ESTA SEÑAL EN BANDA BASE SE PROCESA MEDIANTE UN DSP QUE SUMINISTRA LA COMPENSACION Y LA DECODIFICACION DE LA FRECUENCIA PORTADORA, PARA GENERAR UN FLUJO DE DATOS QUE UN MICROPROCESADOR SUMINISTRA A UN DISPOSITIVO ASOCIADO. LAS DIFERENCIAS DE FRECUENCIA ENTRE LA FRECUENCIA DE LA PORTADORA DE FM Y LA FRECUENCIA UTILIZADA PARA DEMODULAR LA SEÑAL DE FM PUEDE HACER DESPLAZAR EL NIVEL DE POLARIZACION DE CC DE LA SEÑAL EN BANDA BASE. EL DSP COMPENSA DICHA DIFERENCIA DE FRECUENCIAS MEDIANTE LA UTILIZACION DE UN VALOR DE COMPENSACION DE RECEPCION, Y APLICANDOLO A CADA MUESTRA DE LA SEÑAL RECIBIDA. AL TRANSMITIR, LOS DATOS A TRANSMITIR SE SUMINISTRAN DESDE EL DISPOSITIVO ASOCIADO AL DSP POR MEDIO DE UN MICROPROCESADOR. EL DSP PROPORCIONA LA CODIFICACION Y LA COMPENSACION DE LA FRECUENCIA PORTADORA DE LOS DATOS PARA PROPORCIONAR UNA SEÑAL EN BANDA BASE A UN TRANSMISOR, QUE MODULA LA SEÑAL EN BANDA BASE PARA GENERAR UNA SEÑAL DE FM A UNA FRECUENCIA DE PORTADORA DESEADA. LAS DIFERENCIAS DE FRECUENCIA ENTRE LA FRECUENCIA DE PORTADORA DE FM DESEADA Y LA FRECUENCIA UTILIZADA PARA MODULAR LA SEÑAL EN BANDA BASE, PUEDE GENERAR ERRORES EN LOS SISTEMAS DEL RECEPTOR. EL DSP COMPENSA DICHA DIFERENCIA DE LA FRECUENCIA MEDIANTE LA UTILIZACION DE UN VALOR DE COMPENSACION DE TRANSMISION, Y APLICANDOLO A CADA MUESTRA DE LA SEÑAL CODIFICADA.
Description
Un aparato, procedimiento y artículo de
fabricación para la compensación de la frecuencia portadora en una
radio de frecuencia modulada.
El presente invento se refiere a dispositivos de
comunicación por radio controlados digitalmente y más
particularmente, a la compensación de error en la frecuencia
portadora de una radio de FM.
La mayor parte de los módems
(modulador/desmodulador) sin hilos usa un oscilador de cristal
controlado para generar una frecuencia de oscilador local usado para
transmitir y recibir señales de datos al enlace de aire y desde él a
través de una antena. Los osciladores de cristal controlado se usan
cuando se requiere por ley (por ejemplo transmisores de banda de
retransmisión y ciudadanos), cuando se anticipan operaciones
solamente sobre unas pocas frecuencias y cuando el espacio es un
problema (es decir, cuando un circuito voluminoso sintonizado no
puede ser usado convenientemente y puede ser sustituido por un
cristal más compacto). Debido a variaciones en los componentes del
cristal hay usualmente una desviación de frecuencia asociada con
componentes particulares del oscilador de cristal.
Cuando los transmisores y/o receptores de radio
de FM son fabricados en grandes cantidades, la frecuencia portadora
de cada unidad variará debido a diferencias intrínsecas en el
cristal a causa de variaciones en las partes del oscilador de
cristal. En el transmisor esto hace que la señal transmitida esté
fuera de frecuencia. En un módem de datos por radio que usa un
transmisor de radio de FM, el error de frecuencia portadora provoca
un pérdida de margen de error de datos, mayores índices de error de
bits, que dan como resultado que se transmiten más cuadros de datos
que se transmiten en error, más reintentos, y un menor rendimiento
percibido para el usuario del módem de datos por radio. Esta pérdida
de margen de error es particularmente significativa en sistemas de
codificación de datos de 4 niveles como el
RD-LAP.
En el receptor, la falta de coincidencia entre la
frecuencia del receptor y la de un puesto de base de transmisión
hace que la señal desmodulada recibida tenga un desfase de carga de
corriente continua. La falta de coincidencia en frecuencias puede
ser causada por variaciones en los componentes del oscilador de
cristal del transmisor, el receptor o una combinación de ambos. En
un módem de datos por radio, que usa un receptor de radio de FM, la
falta de coincidencia entre la frecuencia portadora y la frecuencia
del oscilador local del receptor causa pérdida de margen de error de
datos, mayores índices de error de bits lo que da como resultado que
se transmiten más cuadros de datos en error, más reintentos, y menor
rendimiento percibido por el usuario del módem de datos por radio.
Esta pérdida de margen de error es particularmente significativa en
los sistemas de codificación de datos de 4 niveles como el
RD-LAP.
Este problema ha sido reducido tradicionalmente
en el transmisor estabilizando y haciendo vibrar el oscilador de
cristal usando técnicas de hardware, y/o especificando partes del
oscilador más exactas y más caras que proporcionan una menor
desviación de frecuencias. Similarmente, este problema ha sido
reducido tradicionalmente en el receptor estabilizando y haciendo
vibrar el oscilador de cristal usando técnicas de hardware, y/o
especificando partes del observador más exactas y más caras que
proporcionan una menor desviación de frecuencia. La vibración es
realizada usualmente de modo manual y así es un proceso propenso a
errores, que consume tiempo y es caro. También, el uso de
componentes del oscilador de cristal con menores desviaciones de
frecuencia aumenta el coste de los componentes del oscilador de
cristal aumentando así el coste del módem de datos por radio.
El problema de error de la frecuencia portadora
ha sido reducido en el receptor poniendo en práctica capacidades de
seguimiento automático de la frecuencia. Estas técnicas analizan el
contenido de una señal recibida en el tiempo como y ajustan el
receptor para compensar. Sin embargo, estas técnicas no eliminan el
problema completamente debido a que los datos al comienzo de un
cuadro pueden ser recibidos en error o sin ninguno, mientras que el
seguidor está intentando bloquear o asentarse sobre la señal de
frecuencia portadora recibida. Así, los cuadros de datos iniciales
se pierden dando como resultado un menor rendimiento de datos.
Estos problemas y deficiencias sin resolver son
claramente percibidos en la técnica y son resueltos por el invento
de la manera descrita a continuación.
Las necesidades antes mencionadas han sido
satisfechas de acuerdo con el presente invento proporcionando un
método (según la reivindicación 4ª), un aparato (según la
reivindicación 1ª) y un artículo de fabricación (según la
reivindicación 5ª) para compensar el error de la frecuencia
portadora. Una señal de FM es recibida procedente de una antena y la
señal de FM recibida es suministrada a un receptor. El receptor toma
la señal de FM a la frecuencia portadora y emite una señal de banda
de base. Esta señal de banda de base es a continuación procesada por
un DSP que proporciona una compensación de la frecuencia portadora y
una descodificación de la misma para producir una corriente de datos
que un microprocesador proporciona a un dispositivo principal o
anfitrión. Las diferencias de frecuencia entre la frecuencia
portadora de FM y la frecuencia usada para desmodular la señal de FM
pueden producir un desplazamiento en la señal de banda de base
producida. El DSP compensa tal diferencia de frecuencia usando un
valor de compensación de recepción y aplicándolo a cada muestra de
señal recibida. Cuando se transmite, los datos que se han de
transmitir son proporcionados desde el dispositivo principal al DSP
mediante un microprocesador. El DSP proporciona codificación y
compensación de la frecuencia portadora de los datos para
proporcionar una señal de banda de base a un transmisor que modula
la señal de banda de base para producir una señal de FM a una
frecuencia portadora deseada. Diferencias de frecuencia entre la
frecuencia portadora de FM deseada y la frecuencia usada para
modular la señal de banda de base pueden producir errores en los
sistemas receptores. El DSP compensa tal diferencia de frecuencia
usando un valor de compensación de transmisión y aplicándolo a cada
muestra de señal codificada.
Es un objeto del presente invento proporcionar
comunicaciones de FM que son menos propensas al error.
Es otro objeto del presente invento proporcionar
comunicaciones de FM que reducen el número de reintentos de
transmisión.
Es un objeto del presente invento proporcionar
comunicaciones de FM con mayor rendimiento.
Es otro objeto del presente invento proporcionar
la compensación de error de la frecuencia portadora que permita que
el sistema de radio sea construido a un menor coste.
Es otro objeto del presente invento proporcionar
comunicaciones de FM con un mínimo impacto sobre la línea de tiempo
de comunicaciones.
Es aún otro objeto del presente invento
proporcionar una compensación de error de frecuencia portadora con
menos dependencia del mecanismo de corrección de frecuencia
automático.
Es aún otro objeto del presente invento
proporcionar compensación de error de frecuencia portadora con menos
dependencia sobre un mecanismo de corrección de frecuencia
automático de tal modo que los datos al comienzo de un cuadro son
recibidos con menores errores.
Es aún otro objeto del presente invento
proporcionar una compensación de error de frecuencia portadora que
permite a los módems de datos de FM ser fabricados en grandes
cantidades con partes de bajo costo que tienen mayores
tolerancias.
Los anteriores y otros objetos, aspectos y
ventajas del invento serán mejor comprendidos a partir de la
siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos, en los
que:
La fig. 1 representa un sistema de ordenador con
un módem de datos por radio que proporciona la compensación de la
frecuencia portadora de transmisión y recepción.
La fig. 2 representa la compensación del error de
la frecuencia portadora cuando se recibe una señal de radio de
FM.
La fig. 3 representa la compensación del error de
la frecuencia portadora cuando se transmite una señal de radio de
FM.
La fig. 4 representa un aspecto más detallado en
el tratamiento de señal digital en un DSP genérico.
La fig. 5 representa un módem de datos por radio
de FM que proporciona la compensación de error de la frecuencia
portadora cuando se reciben y transmiten señales de radio de FM.
La fig. 6 representa un método de recibir señales
de FM de acuerdo con el presente invento.
La fig. 7 representa un método de transmitir
señales de FM de acuerdo con el presente invento.
La fig. 8 representa una configuración para
determinar y almacenar valores de compensación para una radio de
FM.
La fig. 9 representa el error de frecuencia de un
cristal de oscilador local.
La fig. 10 representa la relación entre el
desplazamiento de señal de banda de base con la frecuencia
portadora.
Una vista general de un dispositivo principal y
un sistema de módem 101 sin hilos está mostrada en la fig. 1. Un
módem sin hilos 101 es similar a un módem con hilos porque permite
que un ordenador u otro dispositivo envíen y reciban datos
procedentes de fuentes externas. El dispositivo principal 100 puede
ser un ordenador tal como un laptop, palm top, ayudante digital
personal (PDA), PC, bastidor principal, puesto o estación de base,
conmutador u otro dispositivo de tratamiento. El módem sin hilos 101
puede ser instalado como una tarjeta o ranura adaptadora tal como
una ranura PCMCIA o puede ser empaquetado en un alojamiento solo. El
presente invento proporciona una compensación de frecuencia a una
frecuencia portadora usada en la comunicación sin hilos. La
compensación de frecuencia puede ser aplicada cuando el módem de
radio está transmitiendo y/o recibiendo señales. El presente invento
puede ser usado con cualquier sistema de radio de FM que incluye
pero no está limitado a los siguientes: Datos de Paquete Digital
Celular (CDPD), datos AMPS, datos celulares, Protocolo de Acceso de
Unión de Datos por Radio (RDLAP) y Comunicación de Datos de Motorola
(MDC).
En la realización preferida, el módem de radio
consiste en tres componentes principales: un microprocesador 103, un
procesador de señal digital (DSP) y una radio 107 que incluye una
antena. El microprocesador 103 que incluye memoria (es decir en la
realización preferida una memoria RAM de acceso aleatorio estática
(SRAM) y/o memoria flash y/o memoria DRAM) y el circuito asociado es
responsable de enlazar con el ordenador principal o anfitrión 100 u
otro dispositivo que desea enviar y recibir datos. Pueden
proporcionarse otras funciones tales como el almacenamiento de
datos: funciones de gestión del módem; configuración de DSP y
arranque o inicio; y configuración de radio y arranque o inicio; y
gestión de mensajes y protocolo. El microprocesador puede también
controlar el canal y la asignación y control de frecuencia del
sintetizador de frecuencias o generador de frecuencias que usan el
cristal para proporcionar señales a frecuencias necesarias para
modulación y desmodulación de señales de FM. El microprocesador
puede también proporcionar capas adicionales de apilamiento de
protocolo, tales como la capa CDFD de MAC (control de acceso a
medios), y la Subcapa de Servicio de RD-LAP. El
enlace del microprocesador permite que el módem reciba datos y
órdenes procedentes del dispositivo principal y proporcione datos e
información de estado del dispositivo principal.
El DPS 105 proporciona funciones de transmisión
que incluyen codificación y compensación de frecuencia portadora
para las señales que son transmitidas. El DSP 105 proporciona
funciones de recepción que incluyen descodificación y compensación
de frecuencia portadora para señales que son recibidas. En la
realización preferida el DSP 105 proporciona tratamiento que
proporciona medios para la compensación de frecuencia portadora para
señales transmitidas y señales recibidas. Las funciones del DSP son
una o más instrucciones realizadas por el DSP en los datos o
corrientes datos en la tubería del DSP. Estas instrucciones pueden
ser obtenidas desde la memoria asociada con el DSP o la memoria
asociada con el módem de radio. El microprocesador puede ayudar a
cargar las instrucciones del DSP desde la memoria no volátil a la
memoria volátil o del DSP y puede incluso cargar instrucciones desde
un dispositivo anfitrión. Las instrucciones del DSP pueden así ser
distribuidas en cualquier medio para llevar instrucciones de
software. Las instrucciones del DSP pueden ser almacenadas en
memoria no volátil a bordo del módem de radio, dentro del DSP o en
los dispositivos de memoria tales como ROM, EEPROM, memoria Flash o
cualquier otro dispositivo de memoria accesible por el DSP. Las
funciones del DSP 105 son descritas en detalle a continuación.
En la realización preferida la radio 107 consiste
en un transmisor para señales de modulación y un receptor para
señales de desmodulación. El transmisor y receptor pueden compartir
una antena común 109 mediante un duplexador. El transmisor es
responsable de generar una señal de FM a una frecuencia portadora
que usa una señal de banda de base y una señal de oscilador local
(es decir, modular la frecuencia portadora de acuerdo con la señal
de banda de base). El receptor es responsable de producir una señal
de banda de base a partir de una señal de FM que usa una señal de
oscilador local (es decir, desmodular la señal de FM usando la
frecuencia portadora cambiante para proporcionar la señal de banda
de base). La radio 107 o los circuitos de comunicaciones
proporcionan acceso físico a una red o conexión (es decir la red sin
hilos o celular de la realización preferida). La radio 107, como es
común entre módem celulares, puede tener su propia batería. Se usa
una antena para transmitir y recibir las señales de comunicaciones
electromagnéticas desde el enlace de aire. El transmisor y receptor
son descritos en detalle a continuación.
En la realización preferida el módem de radio se
ajusta en una ranura PCMCIA de un dispositivo anfitrión. Así, el
módem sin hilos comprende un conector PCMCIA y una lógica de enlace
PCMCIA para proporcionar al módem con un enlace externo. Se observa
que varios componentes del módem pueden estar situados exteriormente
de la tarjeta PCMCIA (es decir, la batería, la antena, la radio).
Obsérvese que tanto en el Receptor como en el Transmisor se ha
mostrado una señal de oscilador local a una frecuencia designada.
Obsérvese sin embargo que un cristal de señal puede ser utilizado
para producir la señal de oscilador local para frecuencias y canales
múltiples. Obsérvese también que aunque el presente invento está
representado sólo con una etapa de RF de señal, pueden usarse
múltiples etapas, como es común por ejemplo en receptores
superheterodinos. Así, las etapas y filtros de IF y amplificadores
no están mostrados o descritos.
La modulación de frecuencia (FM) cambia la
frecuencia portadora, o una frecuencia intermedia si los canales son
multiplexados, en proporción al valor medio de una señal de banda de
base. Con FM la frecuencia portadora es modulada con la señal de
banda de base. La mayor parte de los módems sin hilos hace uso del
oscilador de cristal controlado para generar una frecuencia de
oscilador local usada para transmitir y recibir señales datos al
enlace de aire y desde él a través de una antena. Debido a
variaciones en los componentes de cristal hay usualmente una
desviación de frecuencia asociada con componentes particulares del
oscilador de cristal. Como se ha mostrado en la fig. 9 un componente
de cristal dado tiene una desviación de frecuencia mostrada como
_{c}. Los componentes de cristal pueden ser usados para generar
señales a numerosas frecuencias. Así, un cristal puede ser usado
para soportar múltiples señales de oscilador local a varias
frecuencias. Con el fin de minimizar los circuitos de desviación de
frecuencia son construidos con componentes sintonizables de modo que
los circuitos pueden ser sintonizados manualmente para minimizar la
desviación de frecuencia. Esto se hace con componentes de radio FM
de producción en serie en que la desviación de frecuencia es
diferente para cada cristal en cada dispositivo. El coste de los
componentes de cristal depende directamente de la magnitud de
desviación (es decir, la magnitud de _{c}). Cuanto menor es _{c}
mayor es el coste. Además al coste de los componentes de cristal y
del proceso de vibración intensiva debe añadirse el coste de los
componentes sintonizables.
El presente invento proporciona compensación para
cualquier diferencia entre la frecuencia usada para modular y la
frecuencia usada para desmodular una señal de FM. Así, es
proporcionada la compensación para la diferencia entre la frecuencia
portadora de una señal de FM recibida y la frecuencia del oscilador
local del módem sin hilos. La fig. 2 ilustra el trayecto de señal
para la recepción de señales de FM. Una señal de FM es recibida
desde una antena 109 y la señal de FM recibida es proporcionada al
receptor 201. El receptor 201 toma la señal de FM a la frecuencia
portadora y emite una señal de banda de base. Esta señal de banda de
base es a continuación procesada por el DSP 105 para producir una
corriente de datos que el microprocesador 103 proporciona al
dispositivo anfitrión. El receptor 201 toma la señal de FM a la
frecuencia portadora y emite una señal de banda de base. Esto está
ilustrado en la fig. 2 que usa un mezclador y un oscilador local con
cualesquiera amplificadores y filtros omitidos por claridad.
Obsérvese que pueden ser utilizadas otras técnicas para producir una
señal de banda de base a partir de la señal modulada de FM recibida.
Así, las múltiples etapas mezcladoras pueden ser usadas con
tratamiento de frecuencia intermedia (IF) que puede producir una o
más señales de banda de base. La etapa de IF y los amplificadores y
filtros son omitidos por claridad.
Debe observarse que cuando se recibe una señal de
FM a una frecuencia portadora la diferencia entre la frecuencia
portadora de FM y la frecuencia de oscilador local produce una
tensión que es proporcional a la diferencia entre las dos
frecuencias. Desmodular la señal de FM recupera la señal de banda de
base desde la frecuencia portadora cambiante de la señal de FM. Esto
es modulación en FM. Sin embargo, si la frecuencia de oscilador
local de recepción (es decir, la frecuencia usada para desmodular)
no es la misma frecuencia que la usada por el oscilador local de
transmisión (es decir, la frecuencia usada para modular) ocurre una
diferencia o desplazamiento no deseado en la señal de banda de base
que es proporcional a la diferencia de frecuencia entre el oscilador
local del transmisor y el oscilador local del receptor. Esto está
ilustrado en la fig. 10. Suponiendo una señal FM a la frecuencia
portadora f_{C} (es decir, generada por un oscilador local de
transmisor a f_{C}) luego dependiendo de la frecuencia de
oscilador local del receptor la señal de banda de base generada por
el receptor de FM puede ser desplazada (es decir, tener una carga de
corriente continua no pretendida). Como se ha mostrado en la fig.
10, si f_{LO}= f_{C} entonces se genera la señal de banda de
base C. Si f_{LO}= f_{C- C/2} entonces la señal de banda de base
es desplazada como se ha mostrado por A. Si f_{LO}= f_{C- C/2}
entonces la señal de banda de base es desplazada como se ha mostrado
por B. Las diferencias de frecuencia entre la señal de oscilador
local del transmisor y la señal de oscilador local del receptor
produce un desfase de la carga de corriente continua en la señal de
banda de base (es decir, desplaza la señal de banda de base).
El presente invento compensa tales
desplazamientos. En la realización preferida este se consigue en el
DSP usando un valor de compensación de recepción. El DSP proporciona
el ajuste para el error de frecuencia entre la frecuencia portadora
y la frecuencia del oscilador local del receptor. El valor de
compensación de recepción puede ser almacenado en el DSP o memoria
asociada con el DSP o en la memoria NVM accesible por el DSP. La
determinación del valor de compensación de recepción es descrita
después. Obsérvese que la fig. 4 representa las funciones del DSP
para la transmisión y recepción de señales de FM con la compensación
de frecuencia portadora. Como se ha mostrado en la fig. 4 la señal
de banda de base procedente del receptor es convertida a una o más
muestras digitales por un convertidor A/D 415. Las muestras
digitales, que pueden ser de cualquier longitud de bit pero son
típicamente de 8 o de 16 bits, son a continuación ajustadas por un
valor de compensación de recepción. El valor de compensación de
recepción puede ser añadido o sustraído del valor de cada muestra
dependiendo de las características del cristal usado en el módem sin
hilos. Obsérvese que cualquier forma de aritmética binaria puede ser
usada para realizar el ajuste. Este ajuste puede ser considerado
como cambiando la señal de banda de base al margen deseado (es
decir, C de la fig. 10) sin tener en cuenta ninguna diferencia de
frecuencia entre la frecuencia de oscilador local usada para
desmodular la señal de FM recibida y el oscilador local usado para
modular la señal de FM. Las muestras digitales compensadas son a
continuación descodificadas usando funciones de descodificación
estándar como se ha mostrado en el descodificador 419 de la fig. 4.
El reloj de símbolo 421 y el Elemento de Adquisición de Rx y Estado
Estacionario 423 trabajan juntos para sincronizar el reloj de
símbolo del dispositivo con el reloj de símbolo (del transmisor) del
puesto estación de base. El Estimador 425 de corriente continua
sigue la señal recibida y proporciona el nivel medio de carga de
corriente en el tiempo. El detector 429 emite los datos digitales
que son a continuación procesados para eliminar cualesquiera errores
de transmisión y la información de codificación y ajuste de centrado
de corrección de error anterior que fue añadida para la transmisión
sin hilos. Los datos son a continuación proporcionados al
dispositivo principal o anfitrión por el microprocesador.
Un método para recibir y tratar una señal de FM
está mostrado en la fig. 6. Una señal de FM que tiene una frecuencia
portadora es desmodulada para producir una señal de banda de base
que usa una señal de oscilador local en la operación 601. En la
operación 603, la señal de banda de base es digitalizada o
convertida en una o más muestras digitales. En la operación 605,
cada muestra digital es ajustada por un valor de compensación de
recepción. Y en la operación 607 la corriente de muestras digitales
compensadas es descodificada para emitir una corriente de datos
digitales.
La compensación de frecuencia portadora de
señales de FM recibidas ha sido descrita antes. La compensación de
frecuencia portadora puede también estar prevista para señales de FM
transmitidas. Normalmente el nivel de carga de corriente continua de
la señal de banda de base, que es alimentada al transmisor, está
fijada en un punto de diseño o nivel deseado. Sin embargo el nivel
de carga de corriente continua puede ser ajustado basado en la
diferencia de frecuencias entre la frecuencia del oscilador local y
la frecuencia portadora deseada de la señal de FM transmitida. La
fig. 3 ilustra el trayecto de señal para la transmisión de señales
de FM a través de un módem de radio FM del presente invento. Los
datos que han de ser transmitidos son proporcionados a un módem sin
hilos desde un dispositivo principal a un microprocesador o
microcontrolador 103. El microprocesador 103 proporciona estos datos
al DSP 301. El microprocesador puede proporcionar funciones de
formateado y ajuste de centrado de mensajes. El DSP 301 realiza la
codificación y la función de compensación de frecuencia portadora
para producir una señal de banda de base analógica. El transmisor
303 modula o mezcla la señal de banda de base analógica con una
señal de oscilador local a una frecuencia de oscilador local para
producir una señal de FM a una frecuencia portadora que es irradiada
a través de la antena 109.
El DSP 301 proporciona el ajuste para el error de
frecuencia entre la frecuencia portadora de transmisión deseada y la
frecuencia del oscilador local. El valor de compensación de
transmisión puede ser almacenado en el DSP o memoria asociada con el
DSP o en la memoria NVM accesible por el DSP o microcontrolador. La
determinación del valor de compensación de transmisión es descrita a
continuación. Como se ha observado antes cuando se transmite una
señal de FM a una frecuencia portadora, cualquier diferencia entre
la frecuencia portadora de FM real transmitida y la frecuencia de FM
deseada de un canal puede producir una tensión que es proporcional a
la diferencia entre las dos frecuencias en el sistema receptor. Así,
si el sistema receptor está esperando una frecuencia portadora a
f_{C} pero el transmisor está transmitiendo a f_{C+} o f_{C-}
(es decir, usando un oscilador local a estas frecuencias) se
provocan errores o pérdidas de margen de error en el receptor. Esto
puede ser cierto si el receptor proporciona la compensación de error
de frecuencia portadora, porque la compensación de recepción
requiere tiempo para reaccionar, durante el cual pueden perderse los
datos.
Sin embargo, si la frecuencia del oscilador local
del transmisor no es la misma frecuencia que la frecuencia portadora
deseada entonces el valor de carga de corriente continua de la señal
de banda de base analógica puede ser ajustada para proporcionar
transmisión a la frecuencia deseada. Desplazando la señal de banda
de base en proporción a la diferencia de frecuencia entre la
frecuencia del oscilador local del transmisor y la frecuencia
portadora deseada, se genera una señal de FM a la frecuencia
portadora deseada. Esto se ha ilustrado en la fig. 10. Así, si el
transmisor usa una frecuencia de oscilador local igual a la
frecuencia deseada del transmisor entonces f_{LO} = f_{C} y la
señal C de banda de base es usada sin ninguna compensación o
desplazamiento. Si el transmisor usa una frecuencia de oscilador
local que es mayor que la frecuencia portadora transmitida deseada
entonces f_{LO} = f_{C+ C/2}. En este caso la señal de banda de
base es desplazada hacia abajo como se ha mostrado por A, así la
carga de corriente continua de la señal de banda de base es
disminuida y la señal de FM producida tiene la frecuencia portadora
esperada. Si el transmisor usa una señal de oscilador local que es
menor que la frecuencia portadora transmitida (es decir, f_{LO}=
f_{C- C/2}), la señal de banda de base de desplazada hacia arriba
como se ha mostrado por B, así la carga de corriente continua de la
señal de banda de base es incrementada y la señal de FM producida
tiene la frecuencia portadora esperada. Desplazando la señal de
banda de base, añadiendo o sustrayendo una señal de carga de
corriente continua, se produce un desplazamiento de frecuencia en la
frecuencia portadora transmitida.
En la realización preferida se ha cumplido la
compensación de frecuencia portadora en el DSP utilizando un valor
de compensación de transmisión. El valor de compensación de
transmisión junto con una técnica para determinar el valor de
compensación de transmisión es descrito a continuación. Como se ha
mostrado en la fig. 4 los datos para transmisión son proporcionados
desde el microprocesador al codificador 400. El codificador como se
ha mostrado en la fig. 4 incluye un bastidor 401 que hace que
códigos de redundancia de encabezamiento y cíclicos (CRC) sean
añadidos a los datos. Diseños fijos tales como sincronismo de
símbolos y sincronismo de cuadros pueden ser añadidos para ayudar
con la descodificación en el receptor. Los datos de estado del canal
pueden también ser embebidos en los datos. La corrección 403 de
error de avance (tal como Reed Solomon) puede ser utilizada o puede
añadirse otra información de detección y/o corrección de error a la
corriente de datos/símbolo. Codificación de enrejado o convolución u
otros esquemas de codificación pueden ser utilizados dependiendo del
protocolo de comunicaciones deseado. Un filtro digital 405 es
aplicado a la corriente de datos/símbolos para producir una
conformación de forma de onda deseada. Las muestras digitales, que
pueden ser de cualquier longitud pero son típicamente de 8 ó 16
bits, son entonces ajustadas por un valor de compensación de
transmisión en el compensador 409. El valor de compensación de
transmisión puede ser añadido o sustraído del valor de cada muestra
dependiendo de las características del cristal usado en el módem sin
hilos. Obsérvese que puede usarse cualquier forma de aritmética
binaria para realizar el ajuste. Este ajuste puede pensarse como un
desplazamiento de la señal de banda de base al margen deseado basado
en la diferencia de frecuencias entre el oscilador local y la
frecuencia portadora de transmisor deseada. Las muestras digitales
son proporcionadas a un convertidor 411 D/A. Las muestras digitales
compensadas son a continuación convertidas a una señal de banda de
base analógica que tiene el nivel de carga de corriente continua
apropiado para generar la frecuencia portadora de transmisión
deseada. La señal de banda de base es a continuación modulada por el
transmisor usando la señal de oscilador local para producir la señal
de FM a la frecuencia portadora deseada que es irradiada por la
antena.
Un método para transmitir una señal de FM ha sido
mostrado en la fig. 7. Los datos que han de ser transmitidos son
introducidos en la operación 701. Los datos son codificados en la
operación 703 para producir muestras de señal. Cada muestra es
compensada en la operación 705 por un valor de compensación de
transmisión. En la operación 707 las muestras son convertidas a una
señal de banda de base analógica. La señal de banda de base es usada
a continuación para modular una señal de oscilador local en la
operación 709 y la señal de FM es transmitida en la operación
711.
El presente invento puede ser usado para
compensar diferencias de frecuencia portadora cuando se reciben o
transmiten señales de FM como se ha descrito antes. Debe observarse
que el presente invento puede ser utilizado en un módem sin hilos
que proporciona una compensación de frecuencia portadora al tiempo
que transmite y recibe señales de FM. Un DSP para realizar ambas
funciones está representado en la fig. 4. Una antena puede ser
compartida utilizando un duplexador o el transmisor y receptor
pueden utilizar antenas separadas. Obsérvese que en la realización
preferida la compensación de frecuencia portadora es proporcionada
tanto para señales transmitidas como recibidas. Los valores de
compensación de frecuencia portadora (es decir el valor de
compensación de recepción y el valor de compensación de transmisión)
son distintos en la realización preferida.
El uso del valor de compensación para recibir y
transmitir señales de comunicaciones de FM ha sido descrito
anteriormente. Una técnica para determinar estos valores y almacenar
los valores en el módem sin hilos es descrita a continuación.
La fig. 8 representa un ensayo establecido para
determinar los valor de compensación y salvar o guardar los valores
de compensación en el módem de radio. El entorno de ensayo consiste
en un receptor/transmisor 801 y un controlador de ensayo 805 que en
la realización preferida es un PC equipado apropiadamente. El
controlador de ensayo 805 puede escribir y leer información de la
memoria del módem sin hilos y puede enviar y recibir datos como un
dispositivo principal. Como se ha mostrado el controlador de ensayo
805 puede también ser utilizado para controlar el
receptor/transmisor 801. El receptor/transmisor 801 es usado para
generar señales de FM para el dispositivo bajo ensayo (DUT) 803, y
recibir señales de radio de FM desde el DUT 803.
A fin de determinar el valor de compensación de
transmisión para usar cuando el DUT está transmitiendo señales de FM
se ha usado el siguiente procedimiento:
- 1)
- El controlador de ensayo instruye al DUT para transmitir una señal de ensayo;
- 2)
- El receptor de ensayo mide la frecuencia portadora del DUT.
- 3)
- El controlador de ensayo varía el valor de compensación de transmisión en el DSP del DUT hasta que el receptor de ensayo detecta (o indica al controlador de ensayo o determina) que la frecuencia del transmisor es correcta.
- 4)
- El controlador de ensayo salva entonces el valor de compensación de transmisión en la memoria no volátil del DUT.
A fin de determinar el valor de compensación de
recepción a usar cuando el DUT está recibiendo señales de FM se ha
usado el siguiente procedimiento;
- 1)
- El transmisor de ensayo genera una señal de FM a una frecuencia portadora de ensayo;
- 2)
- El controlador de ensayo lee el valor de corrección desde el estimador de corriente continua en el DSP del DUT.
- 3)
- El controlado de ensayo varía el valor de compensación de recepción en el DSP del DUT hasta que el valor de corrección leído es nulo.
- 4)
- El controlador de ensayo salva entonces el valor de compensación de recepción en la memoria no volátil del DUT.
Como puede verse los anteriores procedimientos de
calibración y determinación de compensación pueden ser aplicados
ventajosamente a los módems de radio cuando los módems son
fabricados. Habiendo determinado el error de frecuencia, el valor de
compensación puede ser determinado y almacenado para acceso por el
DSP. El valor de compensación (es decir el valor de carga de
corriente continua) puede ser determinado para cada unidad
fabricada. El valor de compensación es usado a continuación para
compensar el error o desplazamiento en cada frecuencia portadora de
radio. Así, el presente invento proporciona un módem de radio con
menos variación de frecuencia portadora. Adicionalmente, como la
compensación del error de frecuencia puede ser conseguida de esta
manera con componentes de oscilador que funcionan sobre un margen de
frecuencia mayor, pueden utilizarse componentes de oscilador de
menor coste. Esta técnica permite fabricar productos más exactos en
grandes cantidades, al tiempo que especifica componentes de
oscilador de cristal menos exactos y menos caros. Además, elimina la
variación de la frecuencia portadora en la fuente de la frecuencia
portadora (es decir en el transmisor) o en el destino (es decir en
el receptor) o en ambos (en el transmisor y el receptor).
Transmitiendo sobre la frecuencia correcta, hay menos dependencia
sobre el mecanismo de corrección de frecuencia automático en el
receptor, y los datos al comienzo de un cuadro trasmitido son
recibidos con menores errores. De modo similar compensando la señal
recibida para cualquier error de frecuencia portadora hay menos
dependencia del mecanismo de corrección de frecuencia automático en
el receptor, y los datos al comienzo de un cuadro transmitido son
recibidos con menores errores.
Claims (6)
1. Un módem de datos por radio que comprende: un
receptor (201) para recibir señales de FM y desmodular las señales
de FM recibidas con una frecuencia de oscilador local del receptor
para producir una señal de banda de base recibida; un transmisor
(303) para transmitir una señal de FM, modulando dicho transmisor
una señal transmitida de banda de base de transmisión con una
frecuencia de oscilador local del transmisor para producir una señal
de FM transmitida; y un DSP (105) acoplado al receptor y al
transmisor, en el que el DSP convierte la señal de banda de base
recibida en una primera corriente de muestras digitales, compensa
cada una de las muestras de la primera corriente con un valor de
compensación de recepción, el valor de compensación de recepción
relacionado con la diferencia entre una frecuencia portadora de
receptor deseada y la frecuencia de oscilador local del receptor,
descodificando la primera corriente de muestras digitales
compensadas para producir una corriente de datos digitales
recibidos; y en el que el DSP (301) recibe una corriente de entradas
digitales de transmisión, codifica la corriente de entradas
digitales de transmisión para producir una segunda corriente de
muestras digitales, compensa cada muestra digital de la segunda
corriente por un valor de compensación de transmisión, el valor de
compensación de transmisión relacionado con una diferencia entre una
frecuencia portadora de transmisión deseada y la frecuencia de
oscilador local del transmisor, convierte dicha segunda corriente
compensada de muestras digitales a la señal de banda de base
analógica de transmisión.
2. El módem de radio de la reivindicación 1ª que
comprende además un microprocesador, proporcionando el
microprocesador un enlace a dicho módem de radio.
3. El módem de radio de la reivindicación 2ª en
el que el transmisor, el receptor y la antena están situados
exteriormente de una tarjeta PCMCI que contiene el DSP y el
microprocesador.
4. Un método para transmitir y recibir una señal
de frecuencia de radio de FM que comprende las operaciones de:
desmodular una señal de FM recibida con una señal generada por un
oscilador local a una primera frecuencia de oscilador local para
producir una señal de banda de base recibida; digitalizar la señal
de banda de base recibida en una pluralidad de muestras digitales
recibidas; compensar cada una de las muestras digitalizada recibidas
con un valor de compensación de recepción, el valor de compensación
relacionado con la diferencia entre una frecuencia portadora
recibida deseada y la primera frecuencia de oscilador local;
descodificar las muestras digitalizadas recibidas compensadas para
proporcionar una corriente de datos digitales recibidos; emitir la
corriente de datos digitales recibidos; codificar una corriente de
datos digitales transmitidos para producir una corriente de muestras
de datos codificados; compensar cada una de dichas muestras de datos
codificados con un valor de compensación de transmisión, el valor de
compensación de transmisión relacionado con una diferencia entre una
frecuencia portadora de transmisión deseada y una segunda frecuencia
de oscilador local; convertir dicha muestra de datos codificados
compensados a una señal de banda de base transmitida; modular la
señal de banda de base transmitida con la señal del oscilador local
a una segunda frecuencia de oscilador local para producir una señal
modulada de frecuencia transmitida; e, irradiar dicha señal modulada
de frecuencia transmitida.
5. Un artículo de fabricación que comprende un
medio utilizable de DSP que tiene un programa legible de DSP
realizado en dicho medio, en el que el programa legible de DSP
cuando es ejecutado en un DSP hace que el DSP: convierta una señal
de banda de base recibida a una o más muestras de datos digitales
recibidos, la señal de banda de base recibida producida usando una
primera frecuencia de oscilador local; compensar cada muestra de
datos digitales recibidos por un valor de compensación de recepción,
el valor de compensación de recepción relacionado con la diferencia
entre una frecuencia portadora de receptor deseada y la primera
frecuencia de oscilador local; descodificar dichas muestras de datos
digitales recibidos para producir una corriente de datos recibidos;
codificar una corriente de datos digitales de transmisión para
producir una corriente de muestras de datos codificados; compensar
cada muestra de datos codificados con un valor de compensación de
transmisión, el valor de compensación de transmisión relacionado con
una diferencia entre una frecuencia portadora de transmisión deseada
y una segunda frecuencia de oscilador local; y convertir dicha
muestra de datos codificados compensados a una señal de banda de
base de transmisión para transmisión usando la segunda frecuencia de
oscilador.
6. El módem de radio de la reivindicación 2ª que
comprende además un enlace PCMCIA.
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