[发明专利]相位调制信号的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纠正出现在携带信息的调制信号的发射机中的调制误差的方法和装置。

本发明的背景

在相对较长的发射单元和接收单元之间的距离上数字信号的信息传输中，将数字信号用一些方法编码是有用的。进行编码是为了保证信息在干扰下可靠传输。在有线传输的情况下，一种最简单的编码形式是提高信号电平，而更先进的形式是一些不同的相位调制或频率调制。使用光纤传输信息在大多数情况下需要使用数字信号调制的光源。

由于地理条件、成本或其它情况，不可能总通过有线或光纤传输信息。在这种情况下，可能更期望使用信息的无线传输，例如，借助某种类型的无线电波的帮助。在这种情况下，使用数字信息调制的载波也是有用的。

调制数字信息的三种基本方法是调幅、调频和调相。使用哪种方法可以根据下面的需求和/或要求中的任意一个决定。这些需求和/或要求是：可检测性、数据传输速度、可用频谱带宽、硬件复杂度、频率范围、成本等。许多这些需求/要求彼此直接冲突，哪个因素优先必须根据具体应用确定。调频和调相都有恒定的包络，例如，这可以使得它们对微波无线链路和卫星信道中可能产生的幅度非线性不敏感。因此，调频和调相比调幅更普遍。

调频在实践中常常是最简单的，也就是说需要的硬件简单，不论是在发射机端还是接收机端，这导致了低成本。在另一方面，调相提供性能上更好的系统，但是它需要更复杂的发射机和接收机。由于这些差别，开发了利用两种调制方法的优点的混合类型。这些中可以提及的例子是TFM(Tamed调频)和C-QPSK(恒定包络偏移正交相移键控)，它们是相同的方法，但那些不同的名字说明它们是混合的解决方案。该调制方法在于使用物理上简单的发射机，类似于频率调制中所使用的，和先进的接收机，类似于相位调制中所使用的。用这种方法，系统具有调频的优点，即较简单并且较廉价，和调相的优点，即较好的性能。

本发明考虑出现在使用这样的调制方法时的问题，在该方法中发送信号是根据压控振荡器(VCO)的频率控制产生的并且该信号在接收机是相位解调的。使用压控振荡器产生调相的发送信号在一些方面使得发射机简单化，但是同时它对所包括的器件有更严格的要求。

当对携带信息的传输信号的相位调制使用不同的频率时，如果要在接收机中进行正确的相位解调，就要求压控振荡器产生的频率非常严格。该要求在使用跨越多个信息比特的相位信息在接收机产生载波频率的相干相位解调的情况中更加严格。该相差等于频差对时间的积分。

在传输信号的频率产生上，使用了脉冲成形器，将携带信息的信号，通常是一个数字比特流，变换为控制压控振荡器的调制基带信号。调制基带信号的电平指示在某点上传输信号必须具有的频率。如果脉冲成形器有放大误差，这可能是由温度变化、器件老化、不好的电平初始设置等等引起的，这意味着压控振荡器接收了错误的输入信号并且这将导致产生错误的频率。由于放大误差，产生的频率将乘上一个与放大误差成比例的比例因子。比例缩放意味着，所有产生的频率所建立的频谱宽度将减小或增加到符合比例的范围。

比例缩放可以用以下方法说明。假设所期望的调制基带信号的范围位于4到8伏之间。如果放大误差使之上升了因子2，那么压控振荡器的输入信号将位于8到16伏之间。这时动态范围不仅移动了，并且从4增到了8伏，并且输出信号频率也因此相应地改变。这样，频率并不具有相同程度的增加，而是频率与放大误差成比例。这产生了输出信号的错误偏离。偏离意味着与构想的中心频率的瞬时频差。

与频率产生相关的问题也可能在压控振荡器中产生。也就是说，即使在调制基带信号正确的情况下，压控振荡器也可能产生错误的频率。压控振荡器可能受到由温度变化、器件老化、不好的电平初始设置等等引起的放大误差的影响。这里同样，产生的频率将乘上一个与放大误差成比例的比例因子。

用于带有压控振荡器的相位调制的频率产生中所包含问题的一个解决方案是提供带有检测器的发射机，该检测器测量调制的传输信号的偏离，并且藉此调整基带信号电平以获得正确的频率并因此也获得正确的调制。为了实现它，首先需要提供带有解调器的发射机，解调来自压控振荡器的传输信号。然后，解调的传输信号发送到偏差检测器，检测放大误差的大小并且提供偏差常数。偏差常数用于纠正基带信号电平。

该解决方案在技术的观点上可以工作得很好，但是它在实际实现上是复杂并且昂贵的。该解决方案要求发射部分也包括带有解调器的接收机，它是昂贵的并且占据大量的空间，特别是在调制的传输信号的中心频率位于微波范围或更高时更是如此。