无线通信装置和方法

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无线通信装置和方法\n本发明涉及一种通过象通信卫星这样的中继站的无线通信系统，特别是涉及一种补偿在通信系统中发生的频率误差的无线通信装置和方法。\n目前存在一些公知方法，通过这些方法在卫星系统中可实现多址联接，它们包括：TDMA(时分多址联接)，纯ALOHA，和时间分段ALOHA。在这些多址联接方法中，必须如实地再现来自调短脉冲串信号中的原始信号，调制短脉冲串信号是从遍布全球的每一个地球站中接收到的。\n然而，在卫星通信中，短脉冲串信号通常包括频率误差，该频率误差是由在每个地球站的发送/接收系统中的上/下变换和在卫星转发器中发生的频率漂移引起的。在一个地球站的发送系统中引起的频率误差不同于另一个地球站，在输入到每个地球站时能引起一个台间频率误差。另一方面，在卫星转发器和每个地球站中导致的频率通常包括在地球站接收到的所有短脉冲串信号中。\n在接收端的载波恢复电路能够补偿在其它地球站的每一个中产生的台间频率误差。然而，通常出现在所有接收短脉冲串信号中的公共频率误差大于台间频率误差。因此，载波恢复电路独自地补偿公共频率误差是困难的。如果试图仅通过载波恢复电路来补偿公共频率误差，在短脉冲串信号的首标中没有长序列比特字段，补偿将是不可能的。由于降低了发送效率，此方法是不现实的。那么，在接收端需要一个自动频率补偿(AFC)，把发送端台发送的导频信号与稳定的振荡器频率相比较。为了补偿出现在卫星和接收端下变换中的任何公共频率误差，必须使用AFC。\n然而，采用上述的AFC功能的通信装置，除了发送和接收短脉冲串信号的必须电路外，还需要接收导频信号的导频振荡器，下变换器和解调器。而且，由于备用设备必须出现在系统基地站中，很难降低整个系统的尺寸和简化系统装配，导致增加成本。\n本发明的目的是提供一种方法，用通信系统的简化结构，通过补偿频率误差能够保持接收频率的精确度。\n本发明的另一目的是提供一种能降低接收信号的频率误差的方法。\n本发明的再一目的是提供一种通信装置，用一简单装置能够解决接收信号的频率误差。\n根据本发明，通过利用检验信号或从中继站接收到的虚假信号来确定出现在中继站和接收端中的频率误差，并且把与频率误差相对应的频率控制数据存储到存储器中。通过根据存储的频率控制数据来控制接收频率，补偿从中继站接收到的数据信号的频率误差。因而，有效地排除了象在卫星和接收端的下变换器中出现的公共频率误差这样的相对大频率误差。\n根据本发明的第一方面，从以预定频率发送检验信号的中继站接收到包括预定码型的检验信号，然后，当从检验信号中探测到预定码型时，选定检验信号的接收频率。在存储了与检验信号的接收频率相对应的频率控制数据后，根据存储的频率控制数据从中继站接收数据信号。无线电台自己可发送检验信号到中继站，然后从中继站接收它。\n为了从检验信号中探测预定码型，最好通过校准的本振频率来确定检验信号的接收频率。在这种情况下，当从检验信号中探测到预定码型时，频率控制数据是本振控制信号的一个信号值。\n根据本发明的第二个方面，在第一无线台中补偿接收信号的频率误差的方法中，接收信号是通过中继站从第二无线台接收到的，包括预定码型的预定信号是从以预定频率发送预定信号的中继站中接收到的。通过校准从中继站中接收到的预定信号的接收频率来确定频率控制数据，以便从预定信号中探测预定码型。当从预定信号中探测到预定码型时，与预定信号的接收频率相对应的频率控制数据存储到存储器。根据频率控制数据，补偿接收信号的频率误差。\n根据本发明的第三个方面，由中继站以预定频率发送的数据信号由第一前置码型组成，第一前置码型后面是第一同步码型。作为第一步，检验在初始捕获状态是否接收到数据信号，在该状态下从第一前置码型中恢复数据信号的载波信号。当在初始捕获状态接收到数据信号时，发送检验信号到中继站，检验信号包括第二前置码型，第二前置码型后面是第二同步码型。当从以预定频率发送检验信号的中继站中接收到检验信号时，当从检验信号中探测到第二同步码型时选定从中继站接收到的检验信号的接收频率，然后当从检验信号中探测到第二同步码型时，把与检验信号的接收频率相对应的频率控制数据存储到存储器中。根据存储的频率控制数据，当从数据信号中探测到第一同步码型时，从中继站中接收数据信号。\n更好地，检验在预定时间间隔内从数据信号中是否探测到第一同步码型，并且当在预定时间间隔内不能从数据信号中探测到第一同步码型时，发送检验信号到中继站。当不能从发送的检验信号中探测到第二同步码型时，控制回到第一步。\n如上所述，根据本发明，通过经中继站接收检验信号，预先探测到在中继站和接收端无线台中导致的频率误差。并且存储此时的频率控制数据或频率补偿数据。当在正常工作接收到数据信号时，通过利用存储的频率控制数据补偿数据误差。因此，通过补偿公共频率误差及台间频率误差能够接收到数据信号。象现有技术一样，由于在AFC中不需要导频信号，因此能够实现小型化和低成本的通信系统。\n图1是根据本发明，示意表示通信系统的一个实施例的方框图；图2A是根据本实施例表示所用虚假短脉冲串信号的一个例子的格式图；图2B是表示数据短脉冲串信号的一个例子的格式图；图2C是表示数据短脉冲串信号的另一个例子的格式图；图3是表示在初始捕获模式本实施例的初始工作的示意流程图；图4是表示在正常工作模式本实施例的工作的示意流程图；参见图1，地球站由一个包括调制电路1，上变换器2，和高功率放大器(HPA)3的发送次级系统，以及一个包括低噪声放大器(LNA)6，下变换器7，和解调电路8的接收次级系统组成。在发送次级系统中，调制电路1接收发送数据并且短脉冲串调制一个载波，以产生调制的短脉冲串信号。调制短脉冲串信号通过上变换器2上变换到一个预定发送器RF频率，然后通过高功率放大器(HPA)3放大到一个适合发送的电平。从高功率放大器3中输出的发送短脉冲串RF信号作为上行线路信号通过天线4发送到通信卫星5。\n从地球站接收这样一个上行线路信号，起作中继站的作用的通信卫星5允许上行线路信号被放大并进行频率变换，以供下行线路用。\n从通信卫星5接收到的低电平短脉冲串RF信号通过天线4输入到低噪声放大器(LNA)6，低噪声放大器(LNA)6把它放大，以保持载波-噪声比在可接受值。为了提取包含的信息，下变换器7把RF信号变换成IF信号并把它传给解调电路8。通过使用定时器10的控制处理器9来控制整个系统的发送和接收工作是必须的。下文将提供更详细的说明。\n调制电路1从用于正常工作的数据短脉冲串调制信号Du和在控制处理器9的控制下，用于检验工作的虚假短脉冲串调制信号Ddm中选择一个调制信号，然后根据选择的调制信号，把短脉冲串调制到一个载波上，以输出调制短脉冲串信号给上变换器2。\n更准确地说，当发送数据输入给调制电路1时，UW组合器101把一个用于短脉冲串同步的被称作唯一字(UW)的序列加到发送数据并传给PR组合器102。PR组合器102再把称作前置码的前置比特模式加到它上面。前置码由载波恢复码和比特定时恢复码组成(见图2)。根据发送数据，UW组合器101和PR组合器102产生数据短脉冲串调制信号Dn，并输出到选择器103。另一方面，虚假短脉冲串发生器104按照发送控制器107的控制输出虚假短脉冲串调制信号Ddm到选择器103。虚假短脉冲串发生器104由UW组合器和PR组合器组成。\n选择器103根据发送控制器107的控制选择或者数据短脉冲串调制信号Dn或者虚假短脉冲串调制信号Ddm并输出选择的调制信号给预定调制方案的调制器105。如后面所述，在正常工作方式时选择发送数据的数据短脉冲串调制信号Dn，并且在初始捕获模式或自检验模式时选择虚假短脉冲串的虚假短脉冲串调制信号Ddm。调制器105把短脉冲串调制到载波上，载波是根据选择的调制信号由本机振荡器产生的，并输出调制短脉冲串信号给上变换器2。\n解调电路8除了正常的解调工作外还进行频率误差补偿。解调电路8设有包括混合器201和可变频率本机振荡器202的频率变换器，用于补偿接收的IF短脉冲串信号的频率误差。混合器201从下变换器7中接收IF短脉冲串信号并把它与本机振荡器202产生的本振信号相混合。正如后面所描述的，由于本机振荡器202的本振频率随控制信号SLO变化，本机振荡器202能够补偿接收的短脉冲串信号的频率误差。\n解调器203从混合器201中接收变频短脉冲串信号并且短脉冲串把它解调成接收数据。正如所公知的，通过利用时钟恢复电路204再现时钟和载波恢复电路205再现载波，解调器203进行解调。当重现时钟和载波时，解调器203变成初始捕获状态。\n载波恢复电路205由一已知的PLL(锁相环)电路组成，包括一个压控振荡器(VCO)，一个相位比较器和一个环路滤波器。由于载波恢复时，VCO的控制电压变低，通过监控VCO的控制电压，能容易地检测到载波是否恢复。\nUW探测装置从解调器203产生的接收数据中探测唯一字(UW)。当探测到唯一字时，UW探测装置206分别输出UW探测信号到接收控制器207，控制处理器9，和AFC(自动频率补偿)电路208。\n通过监控从载波恢复电路205中接收到的控制电压VCO，接收控制器207探测解调器203的初始捕获，并且通过监控从UW探测装置206中接收到的UW探测信号，接收控制器207进一步探测唯一字的探测。接收控制器207根据唯一字的探测定时来控制AFC电路208，并且在接收的虚假短脉冲串信号的唯一字的探测定时使LP控制数据存储器209存储一个LO初始控制数据。\n为了降低频率误差，AFC电路208根据频率误差信号在接收控制器207的控制下进行AFC工作，频率误差信号是从载波恢复电路205中接收到的控制电压。更具体地说，为了降低在载波恢复电路205中的频率误差，AFC电路208改变LO控制信号SLO′以调整提供给混合器201的本振频率。包括AFC电路208这样的环路能够补偿类似台间频率误差这样的相对小的频率误差。\n要存储在LO控制数据存储器209中的初始LP控制数据是用于补偿象前面所述的类似公共频率误差这样的相对大的频率误差的LO控制数据。如上所述，由于公共频率误差包含在通过通信卫星5接收到的虚假短脉冲串信号中，当探测到接收的短脉冲串信号中的唯一字时，根据LO控制信号SLO能够确定LO初始控制数据。通过数字-模拟转换器210把存储在LO控制数据存储器209的LO初始控制数据转换成模拟，数字-模拟转换器210把LO控制信号传给加法器211。加法器211把LO初始控制信号与从AFC电路208输出的控制信号相加，并把结果输出给本机振荡器202作为LO控制信号SLO。\n在解调器203的初始捕获时，控制处理器9控制发送控制器107，以便产生和发送短脉冲串信号。在控制处理器9的控制下，为了选择虚假短脉冲串，发送控制器107转接选择器103并启动虚假短脉冲串发生器104。结果，产生虚假短脉冲串信号Ddm并通过选择器103传送到调制器105，以及从天线4发射虚假短脉冲串RF信号给通信卫星5。而且，控制处理器9通过利用定时器10检测在预定时间间隔内是否探测到唯一字。如果在预定时间间隔内未探测到唯一字，正如下面所述控制处理器9转换成发送虚假短脉冲串信号的自校验模式。\n比较如图2A和2B所示的信号格式，很清楚图2A的虚假短脉冲串信号具有一个大大长于图2B的正常虚假短脉冲串信号的载波恢复码CR。例如，就比特数目而论，虚假短脉冲串信号的载波恢复码CR在长度上约是1000比特。即使载波的频率和相位误差很大，如此长的载波恢复码CR也允许解调电路8的载波恢复电路205进行精确的载波重现。\n另一方面，如图2C所示，为了同时执行载波恢复和时钟恢复，载波恢复码CR和比特定时恢复码BR可设置成同样的码CR+BR(例如，′101010……10′)。这也正是本发明的最佳实施例，通过利用这样的前置码格式产生虚假短脉冲串信号和数据短脉冲串信号，使载波恢复码CR和比特定时恢复码BR组合成同样的码CR+BR。在这种情况下，虚假短脉冲串信号的载波恢复码和比特定时恢复码(CR+BR)设置成比数据短脉冲串信号的长。\n接着，参照流程图将详细描述图1所示的本实施例的工作。\n参照图3，控制处理器9通过接收控制器207始终检查解调器203是否达到初始捕获状态(步骤S301)。当解调器203变成初始捕获模式时(步骤S301的Yes)，控制处理器9通知发送控制器107执行虚假短脉冲串发送并且通知接收控制器207执行虚假短脉冲串接收。\n接收虚假短脉冲串发送命令的发送控制器107执行虚假短脉冲串信号的发送控制，以便选择器103选择产生虚假短脉冲串调制信号Ddm的虚假短脉冲串发生器104。调制器105根据虚假短脉冲串调制信号Ddm调制本机振荡器106产生的载波并且把作为调制短脉冲串的虚假短脉冲串信号输出到上变换器2。因而，虚假短脉冲串RF信号发送到通信卫星5(步骤302)。\n另一方面，接收到虚假短脉冲串接收的命令，如前所述根据载波和时钟重现以及唯一字探测，接收控制器207检查是否从通信卫星5接收到虚假短脉冲串信号(步骤303)。更具体地说，根据从通信卫星5接收到的虚假短脉冲串信号的载波恢复码CR的模式，载波恢复电路205执行载波重现。在载波恢复中，AFC电路208接收误差信号VCO，误差信号表示来自载波恢复电路205的频率和相位误差，并且为了调整本机振荡器202的本振频率，通过加法器211把LO控制信号SLO输出到本机振荡器202。当载波恢复电路205的误差信号VCO降低到低于预定电平时，根据此时的LO控制信号SLO，LO初始控制数据确定成表示接收虚假短脉冲串信号必须的本振频率。完成载波恢复后，根据虚假短脉冲串信号的比特定时恢复码BR进行时钟再现。在图2C所示格式的情况下，不用说根据前置码CR+BR同时恢复载波和时钟。载波和时钟再次完成后，解调器203解调一个序列，该序列在来自接收短脉冲串信号的比特定时恢复码之后，并且UW探测器206探测唯一字UW。\n当探测到唯一字UW时，接收控制器207辨别已被估算的频率误差或公共频率误差。因此，当探测到唯一字UW和成功地完成虚假短脉冲串信号的接收时(步骤S303的Yes)，接收控制器207把表示此时LO控制信号的LO初始控制数据存储到LO控制数据存储器209(步骤S304)。换句话说，存储在LO控制数据存储器209中的LO初始控制数据是由在通信卫星5中的转发器的频率漂移和下变换器7的下变换导致的公共频率误差的补偿数据。\n同时，控制处理器9把表示停止虚假短脉冲串发送的指令输出到发送控制器107(步骤S305)。这使虚假短脉冲串发生器104停止产生虚假短脉冲串调制信号Ddm，并使选择器103选择数据短脉冲串调制信号Dn。而且，控制处理器9切换解调电路8到正常工作模式(步骤S306)。\n在正常工作模式，通过把存储在LO控制数据存储器209的LO初始控制数据加到AFC电路208的输出上，消除了根据接收的短脉冲串信号估算的公共频率误差。在接收的数据短脉冲串信号中通过AFC电路208利用载波恢复码CR和比特定时恢复码BR，降低类似台间频率误差这样的相对小的电平误差。因此，通过把AFC电路208的输出和LO控制数据存储器209的输出相加获得LO控制信号SLO，LO控制信号SLO有效排除了接收的数据短脉冲串信号的频率误差。\n参见图4，当解调电路8转换到正常工作模式，控制处理器9复位定时器10(步骤S401)，然后，检查UW探测器206是否探测到唯一字UW(步骤S402)。若探测到唯一字UW(步骤S402的Yes)，接收控制器207启动AFC电路208，补偿接收数据短脉冲串信号的类似前面所述的台间频率误差这样的相对小电平误差(步骤S403)。由于短脉冲串的长度预先选定，就能计算出在唯一字UW之后数字字段的长度。因而，按照唯一字的探测定时，接收控制器207使AFC电路208仅在数据字段工作。换句话说，在接收的数据短脉冲串信号的数据字段完成频率误差补偿。\n若未探测到唯一字UW(步骤S402的No)，检测在定时器10中预置的预定时间间隔是否已过去(步骤S404)，并重复执行唯一字探测步骤S402，直到预定时间间隔已过去。\n若在预定时间间隔内未探测到唯一字(步骤S402的No和S404的Yes)，有不可能接收到短脉冲串信号的可能性，所以调制电路1和解调电路8被切换到自校验模式。当在自校验模式时，虚假短脉冲串发生器104产生虚假短脉冲串调制信号Ddm并通过选择器103输出给解调器105，并且虚假短脉冲串RF信号发射给通信卫星5(步骤S405)。\n当从通信卫星5接收到虚假短脉冲串信号时，也就是说，当唯一字探测器206探测到唯一字UW时(步骤S406的Yes)，控制处理器9确定短脉冲串信号能够被正常接收。在复位定时器10后(步骤S401)，控制处理器9回到上述的顺序S402-S404。\n若不能探测到唯一字UW时(步骤S406的No)，判定不能接收虚假短脉冲串信号，并且控制处理器9回到初始捕获模式，以便执行本机振荡器202的本振频率的上述校正(S301-S306)。