專利名稱：采用分?jǐn)?shù)n鎖相環(huán)合成變頻振蕩信號(hào)的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳輸方法，其中由輸入信號(hào)構(gòu)成一個(gè)已調(diào)制的傳輸信號(hào)，它被傳輸?shù)揭粋€(gè)接收單元并被接收單元變換成為一個(gè)輸出信號(hào)，在接收單元中存在一個(gè)與一個(gè)振蕩信號(hào)的振蕩頻率的頻率變換。
這種方法通常在廣播技術(shù)中用于傳輸廣播信號(hào)。其中從一個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生的經(jīng)調(diào)制的傳輸信號(hào)被傳輸?shù)揭粋€(gè)接收單元并且被接收單元轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。在接收單元中傳輸信號(hào)的頻率變換一個(gè)振蕩信號(hào)的振蕩頻率。輸出信號(hào)的質(zhì)量，即由信號(hào)傳輸產(chǎn)生的輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)的失真主要決定于振蕩信號(hào)的相位噪聲，雖然利用一個(gè)高質(zhì)量的振蕩器，例如利用一個(gè)晶體振蕩器，可以得到具有很小相位噪聲的振蕩信號(hào)，然而這個(gè)振蕩信號(hào)的振蕩頻率不能在多個(gè)頻率值上切換，因此采用這種振蕩器的接收單元不能選擇頻道。
產(chǎn)生振蕩頻率能在一個(gè)頻率網(wǎng)格上的各個(gè)頻率值間切換的振蕩信號(hào)的常用方法是采用一個(gè)鎖相環(huán)。其中振蕩頻率由一個(gè)低相位噪聲的參考信號(hào)的參考頻率導(dǎo)出。其中，振蕩頻率能以頻率步距進(jìn)行切換，此頻率步距等于參考頻率的許多倍。盡管使用了一個(gè)低噪聲參考信號(hào)，得到的振蕩信號(hào)仍然是有相位噪聲的信號(hào)。由于相位噪聲對(duì)輸出信號(hào)的干擾作用，由鎖相環(huán)引起的相位噪聲必須仍然是小的。上述要求只有通過選用高的參考頻率才能實(shí)現(xiàn)，因此上述要求限制了鎖相環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)楫?dāng)選用高的參考頻率時(shí)振蕩頻率只能以大的頻率步距進(jìn)行切換。
本發(fā)明的目的是提出一種方法，它可以簡(jiǎn)單且廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)，利用此方法振蕩信號(hào)的振蕩頻率能迅速并且以小頻率步距在多個(gè)頻率值上切換，而且利用此方法得到一個(gè)對(duì)輸出信號(hào)來說有利的振蕩信號(hào)噪聲性能。
上述目的通過本發(fā)明提出的解決方案達(dá)到。該方案包括-一種接收方法被用于變換傳輸信號(hào)成為輸出信號(hào)，其中輸出信號(hào)受振蕩信號(hào)的相位噪聲的干擾程度因它們的頻率位置而異。
-一個(gè)分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)被用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)，它從一個(gè)具有確定的參考頻率的參考信號(hào)合成出振蕩信號(hào)，其中參考頻率等于網(wǎng)格頻率的整數(shù)倍且網(wǎng)格頻率等于兩個(gè)可合成的振蕩頻率間的頻率間距可能的最小值。
-以及如此選擇網(wǎng)格頻率，使得在振蕩信號(hào)的頻譜中以干擾譜線的形式出現(xiàn)的振蕩信號(hào)的相位噪聲位于頻率位置，在這些頻率位置上干擾譜線對(duì)輸出信號(hào)沒有干擾或僅有輕微的干擾。本發(fā)明還給出了有益的配置和改進(jìn)。
按照本發(fā)明，一個(gè)接收方法被用于由傳輸信號(hào)至輸出信號(hào)的變換，其中振蕩信號(hào)頻譜中的相位噪聲根據(jù)其頻率位置進(jìn)行不同的計(jì)權(quán)，即取決于相位噪聲的頻率位置，振蕩信號(hào)的相位噪聲對(duì)輸出信號(hào)有不同程度的干擾。接收方法的特性由所謂的相位噪聲計(jì)數(shù)函數(shù)描述，該計(jì)數(shù)函數(shù)反映振蕩信號(hào)的相位噪聲譜分量對(duì)輸出信號(hào)質(zhì)量的影響。因此相位噪聲計(jì)數(shù)函數(shù)是對(duì)于由振蕩信號(hào)的相位噪聲產(chǎn)生的輸出信號(hào)失真的度量。用一個(gè)分?jǐn)?shù)-N-鎖相環(huán)從一個(gè)具有確定的參考頻率的參考信號(hào)合成出振蕩信號(hào)，其中振蕩信號(hào)的振蕩頻率和參考信號(hào)的參考頻率之比是一個(gè)有理數(shù)，即參考頻率比振蕩頻率低一個(gè)有理的頻率轉(zhuǎn)換因子。因此利用此分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)能合成得到頻率網(wǎng)格上的各振蕩頻率，其網(wǎng)格頻率等于參考頻率除以一個(gè)整數(shù)的除數(shù)。這里頻率網(wǎng)格的兩個(gè)相鄰的頻率之間的頻率間距稱為網(wǎng)格頻率。基于此有理的頻率變換因子，振蕩信號(hào)的頻譜具有多個(gè)干擾譜線，其頻率位置由參考頻率決定。按照本發(fā)明，反映振蕩信號(hào)相位噪聲的干擾譜線通過適當(dāng)選擇網(wǎng)格頻率而被置于那些頻率范圍內(nèi)，在這些頻率范圍上基于相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)的頻率曲線輸出信號(hào)不被干擾或僅受到微弱干擾。
利用下述的方法作為接收方法是有益的，其中相位噪聲計(jì)數(shù)函數(shù)有多個(gè)零點(diǎn)，即有多個(gè)頻率，在這些頻率處相位噪聲計(jì)數(shù)函數(shù)的值為零，它們之中至少有一些位于一個(gè)確定的零點(diǎn)頻率網(wǎng)格上。如此選擇網(wǎng)格頻率使得在振蕩信號(hào)的頻譜中的干擾譜線位于相位噪聲計(jì)數(shù)函數(shù)的零點(diǎn)處。
因?yàn)榻邮諉卧头謹(jǐn)?shù)N鎖相環(huán)可集成并簡(jiǎn)單而又廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)，它們特別適用于諸如“歐州電信標(biāo)準(zhǔn)ETS 300401”公布的數(shù)字廣播系統(tǒng)(DAB，Digital Audio Broadcasting)的廣播設(shè)備。在此廣播系統(tǒng)中所謂的COFDM-(編碼正交頻分復(fù)用-，Coded OrthogonalFrequency Division Multiplex-)方式被用作傳輸方式。它屬于多載波方式，其中由等頻率間隔的大量子載波構(gòu)成的多載波信號(hào)作為傳輸信號(hào)被傳輸?shù)浇邮諉卧?。在此廣播系統(tǒng)中從傳輸信號(hào)至輸出信號(hào)的變換導(dǎo)至上述的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中，

圖1表示一個(gè)數(shù)字廣播系統(tǒng)的原理電路圖，作為實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)實(shí)施例，圖2表示圖1中分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)提供的振蕩信號(hào)的頻譜，圖3表示圖1接收單元的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)。
如圖1所示，一個(gè)數(shù)字信號(hào)作為輸入信號(hào)e輸入到發(fā)送單元S，發(fā)送單元將它按COFDM-或OFDM-(正交頻分復(fù)用-，Orthogonal-Frequency-Division-Multiplex-)方式變換為傳輸信號(hào)m。其中輸入信號(hào)e被編碼，調(diào)制和變頻，得到由許多位于傳輸頻率網(wǎng)格上的子載波構(gòu)成的多載波信號(hào)作為傳輸信號(hào)m。
傳輸信號(hào)m經(jīng)過發(fā)送單元S的發(fā)射天線SANT傳輸?shù)浇邮諉卧狤的接收天線EANT，并由接收單元按OFDM-或COFDM-方式變換為輸出信號(hào)a。在這里傳輸信號(hào)m用振蕩信號(hào)o進(jìn)行變頻，通過后續(xù)的信號(hào)處理得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)作為輸出信號(hào)a，這個(gè)信號(hào)在無錯(cuò)誤傳輸時(shí)與輸入信號(hào)e相同。
使用分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)PLL從參考信號(hào)r產(chǎn)生振蕩信號(hào)o。分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)PLL由鑒相器PD，環(huán)路濾波器SF，壓控振蕩器VCO，分頻器FT和分頻控制單元TS組成。其中鑒相器PD比較參考信號(hào)r和振蕩信號(hào)o經(jīng)分頻器FT分頻得到的分頻信號(hào)t，并輸出一個(gè)與這兩個(gè)信號(hào)o的相位差有關(guān)的調(diào)整信號(hào)P，它經(jīng)過設(shè)計(jì)成低通濾波器的環(huán)路濾波器SF得到平滑的調(diào)整信號(hào)p’輸入到壓控振蕩器VCO。壓控振蕩器VCO產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的頻率，即振蕩頻率fo，與參考頻號(hào)r的頻率，即參考頻率fr成正比，這是經(jīng)過分頻器FT反饋的結(jié)果。因此振蕩頻率fo滿足fo＝fr·F這個(gè)關(guān)系式，其中F是分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)PLL的頻率變換因子。這個(gè)頻率變換因子F是一個(gè)有理數(shù)，即一個(gè)分?jǐn)?shù)，得到這個(gè)因子的方法是，通過分頻控制單元TS的控制，分頻器FT的分頻比以適當(dāng)?shù)姆绞皆趦蓚€(gè)整數(shù)間切換，例如在第一個(gè)整數(shù)N和比它大1的第二個(gè)整數(shù)間切換。它可以F＝N+K/M的形式表示，其中N和K/M分別是頻率變換因子F的整數(shù)部分和分?jǐn)?shù)部分。這樣振蕩頻率fo可在多個(gè)值之間切換，這些值相互間隔一個(gè)網(wǎng)格頻率fd或間隔網(wǎng)格頻率fd的整數(shù)倍，其中網(wǎng)格頻率fd等于參考頻率fr除以整除數(shù)M。分?jǐn)?shù)K/M的分子給出M次分頻中有多少次按第一個(gè)值N分頻及有多少次按第二個(gè)值N+1分頻。整數(shù)部分N，分?jǐn)?shù)K/M的分子K和除數(shù)M都取整數(shù)值，并滿足下述條件N≥1，M≥2，M＞K≥O。
如圖2所示，干擾譜線S-4……S6存在于振蕩信號(hào)O的頻譜FPLL(f)中。干擾譜線s-4…s6位于振蕩信號(hào)O的頻率網(wǎng)格上，即它們的頻率f-4…f6偏離振蕩頻率fo整數(shù)倍的網(wǎng)格頻率fd，而且它們與振蕩頻率fo處的有用譜線lo相比特別高，振蕩信號(hào)O的基礎(chǔ)噪聲sR表示迭加的相位噪聲，它能使輸出信號(hào)a嚴(yán)重失真。雖然干擾譜線的振幅可通過選擇小的環(huán)路濾波器SF的環(huán)路帶寬來降低，這個(gè)措施在上述例子中是不采用的，因?yàn)檎袷幮盘?hào)O的基礎(chǔ)噪聲sR在確定的頻率范圍內(nèi)可能變得更大。
輸出信號(hào)a與相位噪聲的關(guān)系用相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)描述。它反映振蕩信號(hào)O的頻譜相位噪聲對(duì)輸出信號(hào)a的質(zhì)量，例如誤比特率即輸出信號(hào)a的錯(cuò)誤二進(jìn)制碼元數(shù)目與傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元數(shù)的比值，的影響。
圖3示出接收單元E的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)，這是對(duì)傳輸信號(hào)m的一個(gè)子載波在所用的接收方式下得到的。其大小能用下式表示|H(f)|=|2·Sin(π(f-fu)·NFFT/fc)NFFT·Sin(π·(f-fu)/fc)·Sin(π·(f-fu)·(NFFT/fc+D))|]]>其中f是被考察相位噪聲的頻率，fu是被考察子載波的頻率，fc是在接收單元E中頻率變換后進(jìn)行的取樣所用的取樣率，NFFT是在接收單元E中取樣后進(jìn)行快速富氏變換所用的樣值數(shù)，D是保護(hù)間隔時(shí)間。例如上述數(shù)值可選為fc＝2.048MHz，NFFT＝2048，D＝246μs或fc＝2.048MHz，NFFT＝512及D＝61.5μs。
對(duì)子載波頻率fu對(duì)稱的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)具有大量的零點(diǎn)n-3…n8和N-2…N9，其中零點(diǎn)N-2…N9比子載波頻率fu大或小差頻df＝fc/NFFT的整數(shù)倍，即零點(diǎn)N-2…N9位于零點(diǎn)頻率網(wǎng)格上。
相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)說明，零點(diǎn)N-2…N9位置上作為相位噪聲迭加在振蕩信號(hào)O的基礎(chǔ)噪聲sR上的干擾譜線s-4…s6受該接收方法，即受該接收單元的計(jì)權(quán)值為零，這樣它們不導(dǎo)至輸出信號(hào)的失真。為了將頻譜FPLL(f)中的干擾譜s-4…s6對(duì)輸出信號(hào)a的影響減至最小，通過適當(dāng)選擇網(wǎng)格頻率fd，即通過適當(dāng)選擇參考頻率fr和除數(shù)M來調(diào)整振蕩信號(hào)O的頻率網(wǎng)格，使得干擾譜線s-4…s6的頻率f-4…f-1和f-4…f6與相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)的零點(diǎn)頻率網(wǎng)格上的某些零點(diǎn)N-2…N9位置重合。例如這可通過選擇fd＝L·df實(shí)現(xiàn)，其中L是一個(gè)整數(shù)。在所述實(shí)施例中上述要求是如此實(shí)現(xiàn)的；使得振蕩信號(hào)O的網(wǎng)格頻率fd等于傳輸信號(hào)m的兩個(gè)相鄰子載波間的頻率間距的整數(shù)倍。這樣就保證了振蕩信號(hào)O的頻譜FPLL(f)中的干擾譜線s-4…s6不增大誤比特率或者由于在實(shí)際中總是存在的頻率偏差這些干擾譜線導(dǎo)至的誤比特率增長是如此之小，使得它對(duì)輸出信號(hào)的干擾是不可察覺的。
選擇高參考頻率fr使得振蕩信號(hào)O的基礎(chǔ)噪聲sR，尤其是在由實(shí)施例中零點(diǎn)N-1…N1所限定的主要考慮的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)H(f)范圍內(nèi)是微弱的。
權(quán)利要求
1.傳輸方法，其中由輸入信號(hào)(e)構(gòu)成一個(gè)已調(diào)制的傳輸信號(hào)(m)，它被傳輸?shù)揭粋€(gè)接收單元(E)并被接收單元變換成為一個(gè)輸出信號(hào)(a)，在接收單元(E)中存在一個(gè)與一個(gè)振蕩信號(hào)(O)的振蕩頻率(fo)的頻率變換，其特征是，-一種接收方法被用于變換傳輸信號(hào)(m)成為輸出信號(hào)(a)，其中輸出信號(hào)(a)受振蕩信號(hào)(O)的相位噪聲的干擾程度因它們的頻率位置而異。-一個(gè)分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)(PLL)被用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)(O)，它從一個(gè)具有確定的參考頻率(fr)的參考信號(hào)(r)合成出振蕩信號(hào)(O)，其中參考頻率(fr)等于網(wǎng)格頻率(fd)的整數(shù)倍且網(wǎng)格頻率(fd)等于兩個(gè)可合成的振蕩頻率(fo)間的頻率間距可能的最小值。-以及如此選擇網(wǎng)格頻率(fd)，使得在振蕩信號(hào)(O)的頻譜(FPLL(f)中以干擾譜線(s-4…s6)的形式出現(xiàn)的振蕩信號(hào)(O)的相位噪聲位于頻率位置(N-2…N9)，在這些頻率位置上干擾譜線對(duì)輸出信號(hào)(a)沒有干擾或僅有輕微的干擾。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，一種方法被用作接收方法，其中一個(gè)描述振蕩信號(hào)(O)的相位噪聲譜對(duì)輸出信號(hào)(a)的質(zhì)量影響的相位噪聲計(jì)權(quán)函數(shù)(H(f))具有零點(diǎn)(n-3…n8，N-2…N9)，它們之中至少有一些(N-2…N9)位于一個(gè)確定的零點(diǎn)頻率網(wǎng)格上，以及如此選擇振蕩信號(hào)(O)的網(wǎng)格頻率(fd)，使得振蕩信號(hào)(O)的頻譜(FPLL(f))中的干擾譜線(s-4…s6)與至少某些零點(diǎn)頻率網(wǎng)格上的零點(diǎn)(N-2…N9)位置重合。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，它被應(yīng)用在一個(gè)用于傳輸廣播信號(hào)的數(shù)字廣播系統(tǒng)中。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，具有多個(gè)等頻率間距的子載波的多載波信號(hào)作為傳輸信號(hào)(m)傳輸?shù)浇邮諉卧?E)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所謂OFDM-(正交頻分復(fù)用-，Orthogonal frequency Division Multiplex-)或COFDM-(編碼正交頻分復(fù)用-，Coded OFDM-)方式被用于構(gòu)造傳輸信號(hào)(m)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是，如此選擇振蕩信號(hào)(O)的網(wǎng)格頻率(fd)，使得它等于傳輸信號(hào)(m)的兩個(gè)相鄰的子載波間的頻率間距的整數(shù)倍。
全文摘要
在一個(gè)傳輸方法中,從輸入信號(hào)形成的傳輸信號(hào)傳輸?shù)浇邮諉卧⒈唤邮諉卧柚谡袷幮盘?hào)變換為輸出信號(hào)。其中傳輸信號(hào)至輸出信號(hào)的變換采用一個(gè)接收方法實(shí)現(xiàn),在此方法中輸出信號(hào)受振蕩信號(hào)的相位噪聲干擾的嚴(yán)重程度因干擾的頻率位置而異。利用分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)從一個(gè)參考信號(hào)合成出振蕩信號(hào),參考信號(hào)頻率等于網(wǎng)格頻率的整數(shù)倍,網(wǎng)格頻率是兩個(gè)可合成的振蕩頻率間的頻率間距可能的最小值。以干擾譜線的形式出現(xiàn)在振蕩信號(hào)頻譜中的相位噪聲通過適當(dāng)選擇網(wǎng)格頻率而位于那些頻率位置上,在這些頻率位置上干擾譜線對(duì)輸出信號(hào)沒有干擾或僅有輕微干擾。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1196839SQ96197003
公開日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1996年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月16日
發(fā)明者赫爾姆特·克靈, 米切爾·鮑勒 申請(qǐng)人:Temic德律風(fēng)根微電子有限公司, 羅伯特·博世有限公司