用戶端的頻率漂移校正的製作方法

2023-08-04 15:34:26 2

專利名稱：用戶端的頻率漂移校正的製作方法
背景技術：
對於傳送至及傳送出居住、辦公及其他使用者的信息和數據量的需求持續增長得遠比供給所能跟上的快。此信息需求是以多種形式來供給，包括各種形式的電話系統，電纜系統，混合光纖/電纜系統，以及無線系統。區域多點分配服務(LMDS)及多頻道多點分配服務(MMDS)提供單向及雙向寬頻服務如廣播電視，點播電視(video-on-demand)，多媒體能力，交互視頻，高速遠程LAN/Internet接達，電話，電算，速學，視頻會議，電子銷售/行銷，遠程醫學，在家購物以及高速電腦數據鏈路。兩種系統皆可提供無線基本結構以傳送如區域TELCO中央局(CO)或有線「頭端」設備的寬頻服務。圖1顯示一此種系統。此例示的系統包括二個基本的部份頭端設備，基站或中心站的系統，以及眾多或複數個用戶站。整個系統是由非重疊單元的地理結構所構成，其中各地理單元可具有由一個基站所支援的多數個用戶站。複數個基站通過接口至單一頭端。
如圖1所示，頭端收集所有信號以分配至整個系統，從而形成星形結構。頭端在星形中心，基站環繞頭端而用戶圍繞其各自的基站。作為所收集的信號例子，數字視頻可經由衛星鏈路聚集，電話系統介面可經由五級開關提供，及/或高速率數字數據網絡可經由高速率數據開關面接。送至/來自頭端的數據分配至區域基站的系統，各基站是被指派以服務其用戶站的地理單元。
在此種點對多點系統中，其中基站是從多個用戶接收，減少從用戶至基站的傳輸(其後稱為上流方向)的頻率不穩定度為有效的。舉例而言，在脈衝群分時多重存取(TDMA)或分頻多重存取(FDMA)連續模式中，窄頻數據傳輸的頻率不穩定度可包括多重頻道，其造成用戶與在相鄰頻道的另一用戶相互幹擾。為了避免此種頻道間幹擾，在相鄰頻道間常需要有一個大而不可使用的防護頻帶，導致無效率的頻帶使用。
在脈衝群模式(TDMA)寬頻系統中，在每個脈衝群期間必須取得來自用戶的信號。在脈衝群模式系統中，每個脈衝群典型地是由用於同步化的前導碼，實際數據，以及防護頻帶所組成。一種頻道效率的測量是數據對總脈衝群長度的比例。相較於調製符號速率的用戶傳輸的頻率不穩定度愈大，則脈衝群起頭的同步化前導碼必須愈長，因而降低了頻道的效率。對於給定的用戶局部振蕩器穩定度而言，對於低成本振蕩器典型為大約百萬分之十(ppm)，用戶傳輸頻率誤差的量是正比於載波射頻(RF)。結果，此問題在目前供該等服務使用的較高頻帶變得尤其棘手-在10ppm的超高頻(UHF)(0.3-3GHz)，特高頻(SHF)(3-30GHz)以及極高頻帶(EHF)(30-300GHz)；UHF，SHF，及EHF對應的載波頻率誤差分別為3-30KHz，30-300KHz以及300-3000KHz。本發明對於在0.3-300GHz的範圍中提供低成本的解決之道以解決用戶頻率誤差問題尤其有用。
典型地，此問題是藉由確保在用戶端的基準振蕩器以百萬分之幾所測量的頻率穩定度是非常小而加以解決。此導致使用具有特殊老化特性的昂貴振蕩器，或使用熱敏電阻網絡或電熱爐以補償溫度誘發的頻率漂移。此等解決之道是比低成本消費者遠程通訊設備所期望的貴上好幾級。
另一種利用不昂貴的晶體振蕩器的解決方法是使發送器局部振蕩器經由鎖相迴路M/N頻率合成器而從屬於接收器局部振蕩器，其中M/N是發送頻率對接收器頻率的比例。此為不符所需的，因為接收器載波回復鎖相迴路中的接收器熱噪聲造成對發送器局部振蕩器的相位噪聲，導致在頭端接收到過度的相位噪聲，因而產生劣化或較低的比特錯誤率性能。為了減少發送器局部振蕩器的相位噪聲，接收器鎖相迴路的噪聲頻寬必須非常小，其降低了接收器鎖相迴路追蹤所接收的信號上的相位噪聲的能力，導致用戶比特錯誤率性能劣化。
本發明的目的是提供一種低成本的頻率控制系統，其是以低價的晶體振蕩器，確保用戶傳輸的頻率不穩定度非常小，而不會因過度的相位噪聲犧牲比特錯誤率性能。
發明概述本發明是一種頻率控制系統及方法，其是利用接收器頻率偏移的估計值以推算基準振蕩器的頻率漂移的估計值，以補償發送器局部振蕩器的頻率偏移。此使得可在用戶遠程通訊設備中使用低成本的晶體振蕩器，而不會在基站或用戶端的比特錯誤率性能造成劣化。
本發明是提供一種操作於0.3-300GHz頻帶的地面點對多點通訊系統(如MMDS及LMDS)中的唯一且有用的頻率控制，從而減少用戶端發送器局部振蕩器誤差，其是藉下列技術其中之一或兩者1.利用來自基站的高頻精確度的基準廣播信號以及由測量用戶接收器端中的頻率誤差所得的估計值以補償用戶發送器局部振蕩器中的頻率漂移/誤差；及/或2.由測量基站接收器載波回覆中各用戶的頻率誤差而獲得個別的估計值，並轉接至對應的用戶發送器的局部振蕩器。


當連同下列說明及附圖考慮時，本發明的上述及其他目的，優點及特徵將更趨明顯，圖中圖1為併入本發明的區域多點分配系統(LMOS)或多頻道多點分配系統(MMDS)的概示方塊圖；圖2為併入本發明的用戶頻率控制系統的方塊圖；以及圖3為本發明的數字鎖相迴路的方塊圖。
特定實施例的說明一個例示的用戶端頻率控制系統顯示於圖2。來自天線的RF輸入是經由雙工器1通至影像排斥濾波器2，其過濾任何用於低側注入的在影像頻率fLO-fIF的信號，其中fLO是接收器局部振蕩器的頻率，而fIF是中間頻率。第一接收器混頻器級3利用第一接收器局部振蕩器4將輸入信號降頻轉換至中間頻率。第一接收器局部振蕩器4將輸入信號降頻轉換至中間頻率。第一接收器局部振蕩器是經由具有可編程的預定標器(prescaler)的鎖相迴路而從晶體振蕩器基準5加以合成以實行調諧。來自第一接收器混頻器而在fLO+fRF的影像是藉由第一接收器混頻器影像濾波器6而移除，其中fRF是原始RF輸入的頻率。正交降頻轉換器級7將在中頻的信號與從電壓控制振蕩器(VCO)8所推算的第二接收器局部振蕩器混合成基頻同相及正交相信號，其而後可由解調器9解調。
對於同調解調而言，載波相位需要藉由典型地經由正交降頻轉換器封閉鎖相迴路而加以回復。典型地，此是藉由使從第二接收器局部振蕩器有輸入信號間的相位誤差推算的控制電壓反饋至電壓控制振蕩器8而完成。有多種方法用於實行鎖相迴路。
舉例而言，圖3顯示用於正交相移鍵控(QPSK)型調製的數字鎖相迴路實施，不過本發明同樣可應用其他調製技術。如前，正交降頻轉換器21使同相及正交相基頻模擬取樣通至匹配的濾波器22，其輸出是取樣於符號紀(Symbol epochs)(未圖示)。正交相移鍵控的決定導向相位檢測器23形成相位誤差估計值，其是由迴路濾波器24過濾以達到用於解調之所需的迴路噪聲性能。迴路濾波器的輸出表示頻率誤差，當加至標稱頻率25時表示新的頻率估計值，其可轉換成適用於控制該電壓控制振蕩器26的電壓。
在由接收器初始取得信號後，發送局部振蕩器即立刻補償基準晶體振蕩器中的頻率漂移。由於在基站中的頻率基準是較用戶端的基準晶體振蕩器穩定好幾階，在用戶載波相位回覆中的任何測得的頻率誤差可假設成由用戶的基準晶體振蕩器所造成。在移除初始頻率偏移之後，頻率誤差僅需被周期性更新。或許每分鐘一次，起因於周圍溫度的變化。此頻率漂移的緩慢本質使其可藉由低成本微控制器進行軟體實施。
典型上，QPSK解調器數字集成電路將使頻率誤差可得。此可由如圖3中所示的迴路濾波器的累加器得之，或者該集成電路可採用獨立的計算用以估計頻率偏移。頻率誤差估計值可由微控制器，微處理器或數位訊號處理器周期性讀取且進而在軟體處理以達到所需的噪聲性能。微控制器，微處理器，或數位訊號處理器而後可調整發送鎖相迴路合成器中的預定標分配器(prescale divider)以移除暫態局部振蕩器(11，圖2)中的頻率誤差。
本發明尤適用於上流為脈衝群模式之處，以致發送局部振蕩器漂移/誤差的控制可對來自所有用戶及各用戶的傳輸脈衝群間的所有脈衝群實行。一般而言，可使頻率調整足夠的小，故所感應的頻率步階是遠小於基站載波回復計算的迴路頻寬，以避免基站解調器中的感應周期誤失和比特錯誤。因為用戶局部振蕩器的頻率漂移的緩慢本質，此小步階調節為有效。
降低用戶端的處理需求的另一種技術運作如下。各用戶的傳輸中的頻率誤差是由CFE中基站計算，並轉接回各用戶以經由控制頻道或下流數據中的頻帶內發訊傳送頻率校正或調整。此在脈衝群上流系統中可能很需要，其中基站中的解碼器可於一頻道中服務所有用戶。在此結構中，各用戶的發送頻率誤差是從基站載波回復計算中的誤差計算。
變化A、硬體實施頻率誤差估計值的處理亦可完全在硬體實行而不需微控制器，微處理器，或數位訊號處理器的介入及軟體處理。實際上，此變成鎖頻迴路，其中發送器局部振蕩器頻率是從屬於接收器局部振蕩器頻率。
對於某些調製符號率或載波回復鎖相迴路頻寬的意料之外組合而言，可連貫地使回復的載波於發送器局部振蕩器轉向。實際上，此造成一鎖相迴路，其中發送器局部振蕩器是從屬並鎖相於接收局部振蕩器。
B、數字實施在某些數字實施中，電壓控制振蕩器可由全部由數字數字控制的振蕩器取代。此外，用於RF升轉換的發送器局部振蕩器可被固定，且調製器本身可含有數字控制的振蕩器以實行頻率漂移補償並提供發送混頻器一可變中頻。
優點摘要根據本發明，藉由減少所有用戶站的頻率誤差，在相鄰FDMA頻道間不需要有過度的頻帶，從而改進頻譜的利用。甚且，藉由減少所有用戶站的頻率誤差，可達到在基站迅速取得各用戶的信號，從而允許有效的TDMA上流操作。
雖然本發明已就較佳實施例加以說明，應知其他實施例，適用及修改對於熟知此項技藝者是顯而易知的。
權利要求
1.在一元線通訊系統中，其具有至少一基站於0.3-300千兆赫範圍中從複數個相關的用戶站發送及接收RF通訊信號，其特徵在於包括一種用於降低從用戶站至該基站的RF傳輸的頻率不穩定度的系統，該系統包括所述用戶站各具有附發送及接收頻道的收發裝置，於該發送頻道的發送混頻器以及於該接收頻道的接收混頻器，基準振蕩器，連接至該基準振蕩器的可控制發送及接收區域頻率源，第一解調裝置，將該第一解調器連接至該接收混頻器的降頻轉換裝置，連接至該降頻轉換器的電壓控制振蕩裝置，連接該第一解調裝置以用於供應載波相位誤差校正信號至該電壓控制振蕩器的裝置，以及將該發送頻率源連接至該第一解調器以調整該發送頻率源的頻率的裝置。
2.根據權利要求1所述的無線通訊系統，其特徵在於該基準振蕩器是晶體振蕩器。
3.根據權利要求1所述的無線通訊系統，其特徵在於該可控制發送及接收區域頻率源是可編程鎖相迴路頻率合成器。
4.根據權利要求1所述的無線通訊系統，其特徵在於該降頻轉換器是正交降頻轉換器。
5.根據權利要求1所述的無線通訊系統，其特徵在於包括將該接收混頻器連接至該降頻轉換器的影像排斥濾波裝置。
6.在一點對多點，星形結構的地上無線通訊系統中，其具有至少一基站於0.3-300千兆赫範圍中從複數個相關的用戶站發送及接收RF通訊信號，其特徵在於包括一種用於降低從各用戶站至該基站的RF傳輸的頻率不穩定度，漂移或誤差的系統，各用戶站具有低成本的局部振蕩器，該系統併入有用以實行以下一或以上項次的裝置；A)來自該基站的高頻率精確度的基準廣播信號，以及在用戶站用於測量頻率誤差並補償該用戶站低成本局部振蕩器中的頻率漂移誤差，B)在基站中提供由測量各用戶的頻率漂移/誤差所得的估計值，並將所測量的誤差轉接至對應的用戶站以補償用戶的發送局部振蕩器中的頻率漂移/誤差。
7.根據權利要求6所述的無線通訊系統，其特徵在於各用戶站的該基準振蕩器是低成本晶體振蕩器。
全文摘要
一種頻率控制系統及方法,其是利用接收器頻率偏移的估計值以推算基準振蕩器的頻率漂移的估計值,以補償發送器局部振蕩器的頻率偏移。此使得可在用戶遠程通訊設備中使用低成本的晶體振蕩器,而不會在基站或用戶端的比特錯誤率性能造成劣化。
文檔編號H04N7/16GK1203003SQ96198459
公開日1998年12月23日 申請日期1996年11月19日 優先權日1995年11月21日
發明者亞朗·伊凡斯, 陳河倫 申請人:史丹佛電信公司