( 5 4 ) Radiowy modem danych,sposób radiowej transmisji danych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/US97/07538 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W097/44940, PCT Gazette nr 51/97 (1) (13) B1 (51) IntCl7 H04Q 7/00 H04B 1/12 H04L 27/12 H03C 5/00 ( 5 4 ) Radiowy modem danych,sposób radiowej transmisji danych w radiowym modemie danych i produkt programu komputerowego (30) Pierwszeństwo: ,US,08/653,307 (73) Uprawniony z patentu: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, Armonk, US (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/99 (72) Twórcy wynalazku: Andrew D. Dingsor, Durham, US (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/02 (74) Pełnomocnik: Muszyński Andrzej, POLSERVICE PL B1 (57) 1. Radiowy modem danych zawierający odbiornik sygnałów z modulacją częstotliwości i nadajnik sygnału z modulacją częstotliwości, znamienny tym, że zawiera procesor sygnału cyfrowego (105,301) oraz lokalny oscylator (L.O.), przy czym wyjście procesora sygnału cyfrowego (105,301) jest połączone z nadajnikiem (303). Fig.1

2 Radiowy modem danych, sposób radiowej transmisji danych w radiowym modemie danych i produkt programu komputerowego Zastrzeżenia patentowe 1. Radiowy modem danych zawierający odbiornik sygnałów z modulacją częstotliwości i nadajnik sygnału z modulacją częstotliwości, znamienny tym, że zawiera procesor sygnału cyfrowego (105, 301) oraz lokalny oscylator (L.O.), przy czym wyjście procesora sygnału cyfrowego (105,301) jest połączone z nadajnikiem (303). 2. Modem według zastrz. 1, znamienny tym, że nadawany sygnał z modulacją częstotliwości ma przydzielony kanał z przydzielonym zakresem częstotliwości nadawczej. 3. Modem według zastrz. 1, znamienny tym, że do nadajnika (303) jest dołączona antena (109). 4. Modem według zastrz. 1, znamienny tym, że lokalny oscylator (L.O.) jest programowalnym syntezatorem częstotliwości. 5. Modem według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera mikroprocesor (103) dołączony do procesora sygnału cyfrowego (105, 301). 6. Modem według zastrz. 5, znamienny tym, że mikroprocesor (103) zawiera interfejs z radiowego modemu danych do urządzenia zewnętrznego. 7. Modem według zastrz. 5, znamienny tym, że mikroprocesor (103) zawiera interfejs PCMCIA. 8. Modem według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera odbiornik (201) dołączony do anteny (109). 9. Modem według zastrz. 8, znamienny tym, że antena (109) jest włączona pomiędzy odbiornikiem (201) i nadajnikiem (303) poprzez obwód dupleksowy. 10. Sposób radiowej transmisji danych w radiowym modemie danych, znamienny tym, że koduje się strumień danych cyfrowych i tworzy strumień zakodowanych próbek danych, kompensuje się każdą z tych zakodowanych próbek cyfrowych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, gdzie wartość kompensacji nadawczej jest proporcjonalna do różnicy pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora i pożądaną częstotliwością nośną, przekształca się tę skompensowaną zakodowaną próbkę danych na analogowy sygnał pasma podstawowego, moduluje się analogowy sygnał pasma podstawowego sygnałem lokalnego oscylatora na częstotliwości lokalnego oscylatora i tworzy się sygnał z modulacją częstotliwości oraz nadaje się ten sygnał. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że kodowanie cyfrowego strumienia wejściowego obejmuje ramkowanie, korekcję błędów w przód i filtrowanie. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że w lokalnym oscylatorze stosuje się element krystaliczny. 13. Produkt programu komputerowego, znamienny tym, że zawiera nośnik używalny przez procesor sygnału cyfrowego w radiowym modemie danych z programem odczytywalnym przez procesor sygnału cyfrowego zapisanym na tym nośniku, przy czym program odczytywalny przez procesor sygnału cyfrowego, gdy jest wykonywany w procesorze sygnału cyfrowego powoduje, że procesor sygnału cyfrowego koduje strumień danych cyfrowych i tworzy strumień zakodowanych próbek danych, kompensuje każdą zakodowaną próbkę danych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, gdzie wartość kompensacji nadawczej jest zależna od różnicy pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora i pożądaną częstotliwością nośną, oraz przekształca skompensowaną zakodowaną próbkę danych na analogowy sygnał pasma podstawowego. * * *

3 Przedmiotem wynalazku jest radiowy modem danych, sposób radiowej transmisji danych w radiowym modemie danych i produkt programu komputerowego. Znane radiowe modemy wykorzystują oscylator sterowany kryształem do generowania lokalnej częstotliwości oscylatora stosowanej do nadawania i odbioru sygnałów danych drogą radiową poprzez antenę. Oscylatory sterowane kryształem stosuje się tam, gdzie wymagają tego przepisy, na przykład nadajniki radiowe, gdzie przewiduje się operacje tylko na kilku częstotliwościach i gdzie występuje problem z wolnym miejscem, czyli nie można wygodnie stosować dużego regulowanego obwodu i można go zastąpić kryształem o mniejszych rozmiarach. Wskutek różnic elementów kryształu istnieje zwykle odchylenie częstotliwości związane z określonymi elementami oscylatora krystalicznego. Gdy nadajniki i/lub odbiorniki radiowe z modulacją częstotliwości (FM) produkuje się w dużych ilościach, częstotliwość nośna każdego zespołu będzie się zmieniać wskutek różnic właściwym kryształowi z powodu zmian w częściach oscylatora krystalicznego. W nadajniku powoduje to, że nadawany sygnał jest poza wymaganym zakresem częstotliwości. W modemie danych radiowych wykorzystującym nadajnik radiowy FM, błąd częstotliwości nośnej powoduje utratę marginesu błędu danych, większe ilości błędów bitowych, co powoduje, że więcej ramek danych jest transmitowanych z błędem, więcej ponownych prób i uzyskiwanie mniejszej przepustowości dla użytkownika radiowego modemu danych. Ta utrata marginesu błędu jest istotna zwłaszcza dla czteropoziomowych systemów kodowania danych. W odbiorniku niezgodność pomiędzy częstotliwością odbiornika i częstotliwością bazowej stacji nadawczej powoduje, że odbierany zdemodulowany sygnał ma przesunięcie odchyleniowe prądu stałego. Niezgodność częstotliwości może być spowodowana przez różnice w elementach oscylatora krystalicznego w nadajniku, odbiorniku, albo w jednym i w drugim. W radiowym modemie danych wykorzystującym odbiornik radiowy sygnału FM niezgodność pomiędzy częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego oscylatora odbiornika powoduje utratę marginesu błędu danych, większe ilości błędów bitowych, co powoduje, że więcej ramek danych jest transmitowanych z błędem, więcej ponownych prób i uzyskiwanie mniejszej przepustowości obserwowanej przez użytkownika radiowego modemu danych. Ta utrata marginesu błędu jest istotna zwłaszcza dla czteropoziomowych systemów kodowania danych. W znanych rozwiązaniach problem ten ograniczano w nadajniku stabilizując i ściskając oscylator krystaliczny przy użyciu technik sprzętowych i/lub specyfikując bardziej dokładne i drogie części oscylatora, które powodują mniejsze odchylenie częstotliwości. Ściskanie przeprowadza się zwykle ręcznie, jest to więc proces drogi, pochłaniający czas i podatny na błędy. Ponadto stosowanie elementów oscylatora krystalicznego o mniejszych odchyleniach częstotliwości zwiększa koszt elementów oscylatora krystalicznego, zwiększając koszt radiowego modemu danych. Z kolei problem błędu częstotliwości nośnej zmniejszano w odbiorniku przez automatyczne śledzenie częstotliwości. W tych metodach analizuje się zawartość otrzymanego sygnału w czasie i reguluje odbiornik, aby dokonać kompensacji. Jednak tymi metodami nie eliminuje się całkowicie problemu, ponieważ dane na początku ramki mogą być odbierane z błędem albo w ogóle nie być odbierane, gdy urządzenie śledzące próbuje zablokować albo ustawić się na odbieranym sygnale na częstotliwości nośnej. Tak więc początkowe ramki danych są tracone, co powoduje mniejszą przepustowość danych. Istotą radiowego modemu danych według wynalazku zawierającego odbiornik sygnałów z modulacją częstotliwości i nadajnik sygnału z modulacją częstotliwości, jest to, że zawiera procesor sygnału cyfrowego oraz lokalny oscylator, przy czym wyjście procesora sygnału cyfrowego jest połączone z nadajnikiem. Korzystnie nadawany sygnał z modulacją częstotliwości ma przydzielony kanał z przydzielonym zakresem częstotliwości nadawczej. Korzystnie do nadajnika jest dołączona antena. Korzystnie lokalny oscylator jest programowalnym syntezatorem częstotliwości. Korzystnie zawiera mikroprocesor dołączony do procesora sygnału cyfrowego. Korzystnie mikroprocesor zawiera interfejs z radiowego modemu danych do urządzenia zewnętrznego.

4 Korzystnie mikroprocesor zawiera interfejs PCMCIA. Korzystnie zawiera odbiornik dołączony do anteny. Korzystnie antena jest włączona pomiędzy odbiornikiem i nadajnikiem poprzez obwód dupleksowy. Istotą sposobu radiowej transmisji danych w radiowym modemie danych, według wynalazku jest to, że koduje się strumień danych cyfrowych i tworzy strumień zakodowanych próbek danych, kompensuje się każdą z tych zakodowanych próbek cyfrowych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, gdzie wartość kompensacji nadawczej jest proporcjonalna do różnicy pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora i pożądaną częstotliwością nośną, przekształca się tę skompensowaną zakodowaną próbkę danych na analogowy sygnał pasma podstawowego, moduluje się analogowy sygnał pasma podstawowego sygnałem lokalnego oscylatora na częstotliwości lokalnego oscylatora i tworzy się sygnał z modulacją częstotliwości oraz nadaje się ten sygnał. Korzystnie że kodowanie cyfrowego strumienia wejściowego obejmuje ramkowanie, korekcję błędów w przód i filtrowanie. Korzystnie w lokalnym oscylatorze stosuje się element krystaliczny. Istotą produktu programu komputerowego, według wynalazku jest to, że zawiera nośnik używalny przez procesor sygnału cyfrowego w radiowym modemie danych z programem odczytywalnym przez procesor sygnału cyfrowego zapisanym na tym nośniku, przy czym program odczytywalny przez procesor sygnału cyfrowego, gdy jest wykonywany w procesorze sygnału cyfrowego powoduje, że procesor sygnału cyfrowego koduje strumień danych cyfrowych i tworzy strumień zakodowanych próbek danych, kompensuje każdą zakodowaną próbkę danych za pomocą wartości kompensacji nadawczej, gdzie wartość kompensacji nadawczej jest zależna od różnicy pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora i pożądaną częstotliwością nośną, oraz przekształca skompensowaną zakodowaną próbkę danych na analogowy sygnał pasma podstawowego. Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że przy transmisji sygnałów z modulacją częstotliwości jest ono mniej podatne na błędy, co ogranicza liczbę ponownych prób transmisji. Ponadto rozwiązanie według wynalazku zapewnia łączność, która ogranicza liczbę ponownych prób transmisji. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat systemu komputerowego z radiowym modemem danych wykonującym kompensację nadawczą i odbiorczą częstotliwości nośnej, fig. 2 - schemat obwodu kompensacji dla błędu częstotliwości nośnej przy odbieraniu radiowego sygnału FM, fig. 3 - schemat obwodu kompensacji dla błędu częstotliwości nośnej przy nadawaniu radiowego sygnału FM, fig. 4 - bardziej szczegółowy schemat cyfrowego przetwarzania sygnału w procesorze sygnału cyfrowego, fig. 5 - schemat radiowego modemu danych, który wykonuje kompensację błędu częstotliwości nośnej przy odbiorze i nadawaniu radiowych sygnałów FM, fig. 6 - sieć działań przy odbiorze sygnałów FM, fig. 7 - sieć działań przy nadawaniu sygnałów FM, fig. 8 - schemat obwodu dla wyznaczania i zapamiętywania wartości kompensacyjnych, fig. 9 - odchylenie częstotliwości kryształu lokalnego oscylatora, fig. 10 -zależność pomiędzy przesunięciem sygnału pasma podstawowego z częstotliwością nośną. Widok systemu urządzenia macierzystego 100 i bezprzewodowego modemu 101 jest pokazany na figurze 1. Modem bezprzewodowy 101 jest podobny do modemu przewodowego pod tym względem, że umożliwia komputerowi albo innemu urządzeniu wysyłanie i odbiór danych ze źródeł zewnętrznych. Urządzenie macierzyste 100 może być komputerem takim jak laptop, palm top, osobisty asystent cyfrowy (PDA), komputer osobisty, procesor centralny, stacja bazowa, przełącznik albo innym urządzeniem przetwarzającym. Bezprzewodowy modem 101 można zainstalować jako kartę adaptera albo kartę rozszerzeń, na przykład typu PCMCIA, albo w oddzielnej obudowie. Niniejszy wynalazek zapewnia kompensację częstotliwości dla częstotliwości nośnej stosowanej w łączności bezprzewodowej. Kompensację częstotliwości można stosować gdy modem radiowy nadaje i/lub odbiera sygnały, przy czym wynalazek można stosować w każdym systemie radiowym FM. W przykładzie wykonania modem radiowy składa się z trzech głównych elementów: mikroprocesora 103, procesora sygnału cyfrowego (DSP) 105 i radia 107 zawierającego antenę.

5 Mikroprocesor 103 zawierający pamięć, korzystnie statyczną pamięć o dostępie swobodnym RAM (SRAM) i/lub pamięć typu flash i/lub DRAM, i związany zespół obwodów, odpowiada za interfejs z komputerem macierzystym 100 albo innym urządzeniem, które ma wysyłać i odbierać dane. Może dostarczyć inne funkcje jak buforowanie, funkcje zarządzenia modemem, konfigurację procesora DSP i inicjowanie albo uruchomienie, konfigurację i inicjowanie albo uruchomienie radia, oraz zarządzanie komunikatami i protokołem. Mikroprocesor 103 może również sterować przydziałem kanałów i częstotliwości i sterować syntezatorem częstotliwości albo generatorem częstotliwości, który wykorzystuje kryształ do dostarczania sygnałów o częstotliwościach potrzebnych do modulacji i demodulacji sygnałów o częstotliwości radiowej (RF). Mikroprocesor 103 może również dostarczać dodatkowe warstwy stosu protokołowego, jak warstwę CDPD MAC (sterowanie dostępem do nośnika) oraz podwarstwę usługową RD-LAP. Interfejs mikroprocesora 103 umożliwia modemowi odbiór danych i poleceń z urządzenia macierzystego i dostarczanie danych i informacji o stanie do urządzenia macierzystego. Procesor DSP 105 zapewnia funkcje transmisji, wraz z kodowaniem i kompensacją częstotliwości nośnej dla transmitowanych sygnałów. Procesor DSP 105 zapewnia funkcje odbiorcze, wraz z dekodowaniem i kompensacją częstotliwości nośnej dla odbieranych sygnałów. W korzystnym przykładzie wykonania procesor DSP 105 zapewnia przetwarzanie umożliwiające kompensację częstotliwości nośnej dla transmitowanych i odbieranych sygnałów. Funkcje procesora DSP 105 to jedna albo więcej instrukcji przeprowadzanych przez procesor DSP 105 na danych albo strumieniach danych. Te instrukcje można uzyskiwać z pamięci związanej z procesora DSP 105 albo pamięci związanej z modemem radiowym. Mikroprocesor 103 może wspomagać ładowanie instrukcji procesora DSP 105 z pamięci nieulotnej do pamięci ulotnej albo pamięci procesora DSP 105 i może nawet ładować instrukcje z urządzenia macierzystego. Instrukcje procesora DSP 105 można więc rozprowadzać na każdym nośniku do przenoszenia instrukcji programowych. Instrukcje procesora DSP 105 mogą być przechowywane w pamięci nieulotnej na płycie modemu radiowego, wewnątrz procesora DSP 105 albo w urządzeniach z pamięcią takich jak pamięci ROM, EEPROM, pamięć typu flash albo każde inne urządzenie z pamięcią, do którego procesu DSP 105 ma dostęp. Funkcje procesora DSP 105 są szczegółowo omówione poniżej. Korzystnie radio 107 składa się z nadajnika do modulowania sygnałów i odbiornika do demodulacji sygnałów. Nadajnik i odbiornik mogą dzielić wspólną antenę 109 poprzez obwód dupleksowy. Nadajnik odpowiada za generowanie sygnału FM na częstotliwości nośnej przy użyciu sygnału pasma podstawowego i sygnału lokalnego oscylatora, czyli modulowanie częstotliwości nośnej sygnałem pasma podstawowego. Odbiornik odpowiada za wytwarzanie sygnału pasma podstawowego z sygnału FM przy użyciu sygnału lokalnego oscylatora, czyli demodulowanie sygnału FM dzięki zmianie częstotliwości nośnej, aby dostarczyć sygnał pasma podstawowego. Radio 107 albo zespół obwodów łączności zapewnia dostęp fizyczny do sieci albo połączenia w ramach bezprzewodowej albo komórkowej sieci. Radio 107, jak zwykle w modemach komórkowych, może mieć własną baterię. Antenę 109 stosuje się do nadawania i odbioru elektromagnetycznych sygnałów łączności drogą radiową. Nadajnik i odbiornik są poniżej omówione szczegółowo. W korzystnym przykładzie wykonania modem radiowy pasuje do gniazda PCMCIA urządzenia macierzystego. Figura 5 pokazuje modem bezprzewodowy ze złączem PCMCIA i układem logicznym interfejsu PCMCIA zapewniającemu dla modemu zewnętrzny interfejs, przy czym różne elementy modemu mogą być umieszczone na zewnątrz karty PCMCIA (to jest bateria, antena, radio). Należy zauważyć, że w odbiorniku oraz nadajniku na figurach 2 i 3 pokazany jest sygnał lokalnego oscylatora na odpowiedniej częstotliwości, przy czym kryształ sygnałowy można wykorzystywać do wygenerowania sygnału lokalnego oscylatora dla wielu częstotliwości i kanałów, jak pokazuje fig. 5. W przykładzie pokazano tylko jeden stopień częstotliwości radiowej (RF), przy czym można stosować wiele stopni, co jest powszechne na przykład w odbiornikach superheterodynowych. W modulacji częstotliwościowej (FM) zmienia się częstotliwość nośną, albo częstotliwość pośrednią, jeżeli kanały są multipleksowane, proporcjonalnie do wartości średniej sy-

6 gnału pasma podstawowego. W modulacji FM częstotliwość nośną moduluje się sygnałem pasma podstawowego. Większość modemów bezprzewodowych wykorzystuje oscylator sterowany kryształem do generowania częstotliwości lokalnego oscylatora stosowanej do nadawania i odbioru sygnałów danych drogą radiową poprzez antenę. Wskutek różnic w elementach kryształu występuje zwykle odchylenie częstotliwości związane z elementami określonego oscylatora krystalicznego. Jak pokazano na figurze 9 element krystaliczny ma wartość odchylenia częstotliwości pokazaną jako Ac. Elementy kryształu można stosować do generowania sygnałów o licznych częstotliwościach. Tak więc jeden kryształ można stosować do uzyskiwania wielu sygnałów lokalnego oscylatora o różnych częstotliwościach. Aby zminimalizować odchylenie częstotliwości, obwody konstruuje się z elementami dającymi się stroić, tak więc obwody można nastroić ręcznie, aby zminimalizować odchylenie częstotliwości. Wykonuje się to w masowej produkcji elementów radiowych FM, gdzie odchylenie częstotliwości jest różne dla każdego kryształu w każdym urządzeniu. Koszt elementów kryształu jest zależny bezpośrednio od wielkości odchylenia (czyli wartości Ac). Im mniejsza jest wartość Ac tym wyższy jest koszt. Do kosztu elementów kryształu i wymagającego intensywnej pracy procesu ściskania trzeba dołączyć koszt elementów dających się stroić. Zgodnie z wynalazkiem zapewniono kompensację dla każdej różnicy pomiędzy częstotliwością stosowaną do modulacji i częstotliwością stosowaną do demodulacji sygnału FM. Tak więc zapewnia się kompensację dla różnicy pomiędzy częstotliwością nośną odbieranego sygnału FM i częstotliwością lokalnego oscylatora bezprzewodowego modemu. Fig. 2 przedstawią trasę sygnału dla odbioru sygnałów FM. Sygnał FM jest odbierany z anteny 109 i ten odebrany sygnał FM dostarcza się do odbiornika 201. Odbiornik 201 pobiera sygnał FM o częstotliwości nośnej i wyprowadza sygnał pasma podstawowego. Ten sygnał pasma podstawowego jest następnie przetwarzany przez procesor DSP 105, aby utworzyć strumień danych, który mikroprocesor 103 dostarcza do urządzenia macierzystego. Odbiornik 201 pobiera sygnał FM o częstotliwości nośnej i wyprowadza sygnał pasma podstawowego. Jest to przedstawione na fig. 2 przy użyciu urządzenia mieszającego i lokalnego oscylatora L.O. z pominięciem wzmacniaczy i filtrów dla przejrzystości. Jest oczywiste, że można wykorzystać inne techniki do generowania sygnału pasma podstawowego z odebranego sygnału FM. Można zastosować wiele stopni urządzenia mieszającego z przetwarzaniem częstotliwości pośredniej (IF), które mogą wygenerować jeden albo więcej sygnałów pasma podstawowego. W przypadku gdy odbiera się sygnał FM na częstotliwości nośnej, różnica pomiędzy częstotliwością FM i częstotliwością lokalnego oscylatora wytwarza napięcie, które jest proporcjonalne do różnicy pomiędzy dwiema częstotliwościami. Demodulując sygnał FM odzyskuje się sygnał pasma podstawowego z zmieniającej się częstotliwości nośnej sygnału FM. Jeżeli jednak częstotliwość lokalnego oscylatora odbiorczego, czyli częstotliwość stosowana do demodulowania, nie jest taka sama, jak częstotliwość stosowana przez nadawczy lokalny oscylator, czyli częstotliwość stosowana do modulowania, występuje niezamierzona różnica albo przesunięcie w sygnale pasma podstawowego, które jest proporcjonalne do różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym oscylatorem nadajnika i lokalnym oscylatorem odbiornika. Jest to przedstawione na figurze 10. Zakładając, że sygnał FM ma częstotliwość nośną fc, czyli wygenerowaną przez lokalny oscylator nadajnika, zależnie od częstotliwości lokalnego oscylatora odbiornika sygnał pasma podstawowego wygenerowany przez odbiornik sygnału FM może zostać przesunięty, czyli mieć niezamierzone odchylenie prądu stałego. Jak pokazuje fig. 10, jeżeli flo= Fc, generowany jest sygnał pasma podstawowego w zakresie C. Jeżeli flo = fc+ c/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty, jak pokazuje zakres A. Jeżeli flo>= fc- c/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty, jak pokazuje zakres B. Różnice częstotliwości pomiędzy sygnałem lokalnego oscylatora nadajnika i sygnałem lokalnego oscylatora odbiornika wytwarzają przesunięcie odchyleniowe prądu stałego w sygnale pasma podstawowego, czyli przesuwają sygnał pasma podstawowego. W rozwiązaniu według wynalazku kompensuje się takie przesunięcia. W korzystnym przykładzie wykonania uzyskuje się to w procesorze DSP stosując wartość kompensacji odbiorczej. Procesor DSP zapewnia regulację dla błędu częstotliwości pomiędzy częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego oscylatora odbiornika. Wartość kompensacji odbiorczej

7 można przechowywać w procesorze DSP albo w pamięci związanej z procesorem DSP albo w pamięci nieulotnej, do której procesor DSP może uzyskać dostęp. Ustalanie wartości kompensacji odbiorczej jest omówione poniżej. Należy zauważyć, że na figurze 4 przedstawiono funkcję procesora DSP do nadawania i odbioru sygnałów FM z kompensacją częstotliwości nośnej. Jak pokazuje fig. 4, sygnał pasma podstawowego z odbiornika jest przekształcany na jedną albo więcej próbek cyfrowych przez przetwornik analogowo-cyfrowy 415. Próbki cyfrowe, które mogą mieć dowolną długość w bitach, ale zwykle są 8- albo 16-bitowe, są następnie regulowane poprzez wartość kompensacji odbiorczej. Wartość kompensacji odbiorczej można dodać albo odjąć od wartości każdej próbki zależnie od charakterystyki kryształu stosowanego w bezprzewodowym modemie. Należy zauważyć, że można zastosować dowolną postać arytmetyki binarnej, aby przeprowadzić regulację. Regulację tą można traktować jako przesunięcie sygnału pasma podstawowego na żądany zakres, czyli zakres C z fig. 10, bez względu na różnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora stosowaną dla demodulowania odbieranego sygnału FM i lokalnego oscylatora stosowanego dla modulowanego sygnału FM. Skompensowane próbki cyfrowe są następnie dekodowane przy użyciu standardowych funkcji dekodujących, jak pokazano w dekoderze 419 na fig. 4. Licznik symboli 421 i odbiorczy blok pobierania i stabilności 423 współpracują ze sobą, aby zsynchronizować licznik symbolowy urządzenia z licznikiem symbolowym stacji bazowej (nadajnika). Estymator DC 425 monitoruje odbierany sygnał i dostarcza średni poziom odchylenia prądu stałego w czasie. Detektor 429 wyprowadza dane cyfrowe, które przetwarza się następnie, aby usunąć wszystkie błędy transmisji oraz informację o kodowaniu z korekcją błędów w przód i informację o ramkach, którą dołączono dla bezprzewodowej transmisji. Dane są następnie dostarczane do urządzenia macierzystego przez mikroprocesor. Sposób odbioru i przetwarzania sygnału FM jest pokazany w sieci działań na figurze 6. Sygnał FM o częstotliwości nośnej jest demodulowany, aby wytworzyć sygnał pasma podstawowego przy użyciu sygnału lokalnego oscylatora w etapie 601. W etapie 603 sygnał pasma podstawowego jest przekształcany na postać cyfrową albo przekształcany na jedną albo więcej próbek cyfrowych. W etapie 605 każda próbka cyfrowa jest regulowana przy użyciu wartości kompensacji odbiorczej. W etapie 607 strumień skompensowanych próbek cyfrowych jest dekodowany, aby wyprowadzić strumień danych cyfrowych. Kompensacja częstotliwości nośnej odbieranych sygnałów FM została omówiona powyżej. Kompensację częstotliwości nośnej można wykonać również dla nadawanych sygnałów FM. Zwykle poziom odchylenia prądu stałego dla sygnału pasma podstawowego, który doprowadza się do nadajnika, jest ustalany na żądany punkt albo na żądany poziom. Jednak poziom odchylenia prądu stałego można wyregulować na podstawie różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym oscylatorem i żądaną częstotliwością nośną nadawanego sygnału FM. Figura 3 pokazuje tor sygnału dla transmisji sygnałów FM poprzez modem radiowy FM według wynalazku. Dane do transmisji dostarcza się do modemu bezprzewodowego z urządzenia macierzystego do mikroprocesora 103. Mikroprocesor 103 dostarcza te dane do procesora DSP 301. Mikroprocesor 103 może zapewnić formatowanie komunikatów i funkcje ramkowania. Procesor DSP 301 wykonuje kodowanie i funkcję kompensacji częstotliwości nośnej, tworząc analogowy sygnał pasma podstawowego. Nadajnik 303 moduluje albo miesza analogowy sygnał pasma podstawowego z sygnałem lokalnego oscylatora na częstotliwości lokalnego oscylatora, tworząc sygnał FM na częstotliwości nośnej, który jest wysyłany przez antenę 109. Procesor DSP 301 wykonuje regulację błędu częstotliwości pomiędzy żądaną nadawczą częstotliwością nośną i częstotliwością lokalnego oscylatora. Wartość kompensacji nadawczej można przechowywać w procesorze DSP 301 albo w pamięci związanej z procesorem DSP 301 albo w pamięci nieulotnej, do której może uzyskać dostęp procesor DSP 301, albo mikroprocesor 103. Ustalanie wartości kompensacji odbiorczej jest omówione poniżej. Jak wspomniano powyżej, przy transmisji sygnału FM na częstotliwości nośnej, wszelka różnica pomiędzy rzeczywistą transmitowaną częstotliwością nośną sygnału FM i pożądaną częstotliwością sygnału FM kanału może wytworzyć napięcie, które jest proporcjonalne do różnicy pomiędzy dwiema częstotliwościami w systemie odbiorczym. Tak więc jeżeli system odbiorczy

8 oczekuje częstotliwości nośnej na fc, ale nadajnik 303 nadaje z częstotliwością fc+ albo fc-, czyli przy użyciu lokalnego oscylatora na tych częstotliwościach, w odbiorniku powodowane są błędy albo utrata marginesu błędu. Może tak być nawet gdy odbiornik wykonuje kompensację błędu częstotliwości nośnej, ponieważ kompensacja odbiorcza zużywa czas na reakcję, podczas którego można utracić dane. Jeżeli jednak częstotliwość lokalnego oscylatora nadajnika 303 nie jest taka sama, jak pożądana częstotliwość nośna, można wyregulować wartość odchylenia prądu stałego dla analogowego sygnału pasma podstawowego, aby zapewnić transmisję na żądanej częstotliwości. Przesuwając sygnał pasma podstawowego proporcjonalnie do różnicy częstotliwości pomiędzy częstotliwością lokalnego oscylatora nadajnika i żądaną częstotliwością nośną, generuje się sygnał FM na żądanej częstotliwości nośnej. Jest to przedstawione na fig. 10. Jeżeli nadajnik stosuje częstotliwość lokalnego oscylatora równą żądanej częstotliwości nadajnika, to flo = fc i stosuje się sygnał pasma podstawowego w zakresie C bez żadnej kompensacji albo przesuwania. Jeżeli nadajnik 303 stosuje częstotliwość lokalnego oscylatora, która jest większa niż żądana nadawcza częstotliwość nośna, to FL0 = fc+ c/2- W tym przypadku sygnał pasma podstawowego jest przesunięty w dół, jak pokazuje zakres A, a więc odchylenie prądu stałego sygnału pasma podstawowego jest zmniejszone i wygenerowany sygnał FM ma oczekiwaną częstotliwość nośną. Jeżeli nadajnik 303 stosuje sygnał lokalnego oscylatora, który jest mniejszy niż żądana nadawcza częstotliwość nośna, czyli flo = fc- c/2, sygnał pasma podstawowego jest przesunięty w górę, jak pokazuje zakres B, a więc odchylenie prądu stałego sygnału pasma podstawowego jest zwiększone i wygenerowany sygnał FM ma oczekiwaną częstotliwość nośną. Przesunięcie sygnału pasma podstawowego przez dodanie albo odjęcie sygnału odchylenia prądu stałego, wytwarza przesunięcie częstotliwości w nadawczej częstotliwości nośnej. Korzystnie kompensację częstotliwości nośnej wykonuje się w procesorze DSP przy użyciu wartości kompensacji nadawczej. Wartość kompensacji nadawczej wraz z metodą wyznaczania wartości kompensacji nadawczej jest omówiona poniżej. Jak pokazuje fig. 4, dane do transmisji dostarcza się z mikroprocesora do kodera 400. Koder, jak pokazuje fig. 4, obejmuje ramkowanie 401, które realizuje dołączenie nagłówka i kodów redundancji cyklicznej (CRC) do danych. Można dołączyć ustalone wzory takie jak synchronizacja symboli i synchronizacja ramki, aby pomóc w dekodowaniu w odbiorniku. W danych można również umieścić dane o stanie kanału. Można wykorzystać korekcję błędów w przód 403, taką jak realizują kody Reeda Solomona, albo dołączyć inną informację detekcji i/lub korekcji błędu do strumienia danych/symboli. Można zastosować kodowanie kratowe albo splotowe albo inne schematy kodowania zależnie od żądanego protokołu komunikacyjnego. Dla strumienia danych/symboli stosuje się filtr cyfrowy 405, aby uzyskać żądane kształtowanie postaci fali. Próbki cyfrowe, które mogą mieć dowolną długość w bitach, ale zwykle są 8- albo 16-bitowe, są następnie regulowane poprzez wartość kompensacji nadawczej w kompensatorze 409. Wartość kompensacji nadawczej można dodać albo odjąć od wartości każdej próbki zależnie od charakterystyki kryształu stosowanego w bezprzewodowym modemie przy czym można zastosować dowolną postać arytmetyki binarnej, aby przeprowadzić regulację. Regulację tą można traktować jako przesunięcie sygnału pasma podstawowego na pożądany zakres na podstawie różnicy częstotliwości pomiędzy lokalnym oscylatorem i pożądaną częstotliwością nośną nadajnika. Próbki cyfrowe dostarcza się do przetwornika cyfrowo-analogowego 411. Skompensowane próbki cyfrowe są następnie przekształcane na analogowy sygnał pasma podstawowego mający odpowiedni poziom odchylenia prądu stałego, aby wygenerować żądaną nadawczą częstotliwość nośną. Sygnał pasma podstawowego jest następnie modulowany przez nadajnik przy użyciu sygnału lokalnego oscylatora, aby wytworzyć sygnał FM na żądanej częstotliwości nośnej, który jest wysyłany przez antenę. Sposób nadawania sygnału FM jest pokazany w sieci działań na figurze 7. Dane do nadawania są wprowadzane w etapie 701. Dane koduje się w etapie 703, aby utworzyć próbki sygnału. Każda próbka jest kompensowana w etapie 705 za pomocą wartości kompensacji nadawczej. W etapie 707 próbki są przekształcane na analogowy sygnał pasma podstawowego. Sygnał pasma podstawowego stosuje się następnie do modulowania sygnału lokalnego oscylatora w etapie 709 i nadaje się sygnał FM w etapie 711.

9 Rozwiązanie według wynalazku można stosować do kompensowania różnic częstotliwości nośnej gdy odbiera się albo nadaje sygnały FM, jak opisano wyżej, zwłaszcza można wykorzystać w bezprzewodowym modemie, który wykonuje kompensację częstotliwości nośnej podczas nadawania i odbioru sygnałów FM. Procesor DSP do wykonywania obu tych czynności jest przedstawiony na fig. 4. Antenę można dzielić przy użyciu obwodu dupleksowego albo też nadajnik i odbiornik mogą wykorzystywać oddzielne anteny. Należy zauważyć, że w korzystnym przykładzie wykonania kompensację częstotliwości nośnej wykonuje się zarówno dla sygnałów nadawanych, jak i odbieranych. Wartości kompensacji częstotliwości nośnej, czyli wartość kompensacji nadawczej i wartość kompensacji odbiorczej, są różne. Stosowanie wartości kompensacji dla odbioru i nadawania sygnałów FM zostało opisane wyżej, natomiast sposób ustalania tych wartości i przechowywanie wartości w bezprzewodowym modemie jest opisane poniżej. Figura 8 przedstawia ustawienie testowe dla ustalenia wartości kompensacji i zachowania wartości kompensacji w modemie radiowym. Środowisko testujące składa się z odbiornika/nadajnika 801 i sterownika testowego 805, który korzystnie jest odpowiednio wyposażonym komputerem osobistym. Sterownik testowy 805 może zapisywać i odczytywać informację z pamięci bezprzewodowego modemu i może wysyłać i odbierać dane jako urządzenie macierzyste. Jak pokazano, sterownik testowy 805 można stosować również do sterowania odbiornikiem/nadajnikiem 801. Odbiornik/nadajnik 801 stosuje się do generowania sygnałów FM dla testowanego urządzenia 803 i odbioru sygnałów radiowych FM z tego urządzenia 803. Aby ustalić wartość kompensacji nadawczej do zastosowania, gdy testowane urządzenie 803 nadaje sygnały FM, stosuje się następującą procedurę: sterownik testowy 805 nakazuje testowanemu urządzeniu 803 transmisję sygnału testowego, odbiornik testowy mierzy częstotliwość nośną testowanego urządzenia 803, sterownik testowy 805 zmienia wartość kompensacji nadawczej procesora DSP testowanego urządzenia 803 aż odbiornik testowy wykryje, albo wskaże sterownikowi testowemu 805 albo ustali, że częstotliwość nadajnika jest poprawna, po czym sterownik testowy 805 zachowuje następnie wartość kompensacji nadawczej w pamięci nieulotnej testowanego urządzenia 803. Aby ustalić wartość kompensacji odbiorczej do zastosowania, gdy testowane urządzenie 803 odbiera sygnały FM, stosuje się następującą procedurę: nadajnik testowy generuje sygnał FM na testowej częstotliwości nośnej, sterownik testowy 805 odczytuje wartość korekcyjną z estymatora DC w procesorze DSP testowanego urządzenia 803, sterownik testowy 805 zmienia wartość kompensacji odbiorczej w procesorze DSP testowanego urządzenia 803 aż odczytana wartość korekcyjna będzie zerowa, po czym sterownik testowy 805 zachowuje następnie wartość kompensacji odbiorczej w pamięci nieulotnej testowanego urządzenia 803. Jak widać z powyższego, procedury wzorcowania i ustalania kompensacji można stosować dla modemów radiowych przy produkcji modemów. Po ustaleniu błędu częstotliwości można ustalić wartość kompensacji i zachować ją, aby procesor DSP miał do niej dostęp. Wartość kompensacji, czyli poziom odchylenia prądu stałego, można ustalić dla każdego produkowanego zespołu. Wartość kompensacji stosuje się następnie do kompensowania błędu albo przesunięcia w częstotliwości nośnej każdego radia. W ten sposób modem radiowy ma mniejszą wariancję częstotliwości nośnej. Dodatkowo, ponieważ kompensację błędu częstotliwości można wykonać w ten sposób na elementach oscylatora, które działają na szerszym zakresie częstotliwości, można wykorzystać elementy oscylatora o mniejszym koszcie. Metoda ta umożliwia produkcję bardziej dokładnych wyrobów w większych ilościach, przy określeniu mniej dokładnych i mniej drogich elementów oscylatora. Ponadto eliminuje ona wariancję częstotliwości nośnej na źródle częstotliwości nośnej, czyli w nadajniku, albo w miejscu docelowym, czyli w odbiorniku, albo w obu tych miejscach, w nadajniku i w odbiorniku. Dzięki transmisji na poprawnej częstotliwości, występuje mniejsza zależność od mechanizmu automatycznej korekcji częstotliwości w odbiorniku i dane na początku transmitowanej ramki odbiera się z mniejszą liczbą błędów. Podobnie dzięki kompensacji odbieranego sygnału pod względem błędu częstotliwości nośnej, występuje mniejsza zależność od mechanizmu automatycznej korekcji błędów w odbiorniku i dane na początku transmitowanej ramki odbiera się z mniejszą liczbą błędów.

10 FIG.1

11 FIG.2

12 FIG.3

13 FIG.4

14 FIG.5

15 FIG.6

16 FIG.7

17 FIG.8

18 FIG.9 FIG.10 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.