本发明涉及便携式无线电设备中的频率滤波器的频率校准，特别适用于（但不局限于）具有全双工或半双工能力的中继无线电系统中的中频（IF）滤波器的自动现场调谐。 众所周知，由于在晶体滤波器和相关的匹配网络中的未补偿温度变化，调频（FM）无线电设备中的中频（IF）晶体带通滤波器（BPF）的灵敏度和选择性会变坏。另外，灵敏度和选择性也会因晶体滤波器的自然老化而变坏。具体而言，带通滤波器变得易受插入损耗和频率漂移的影响。FM无线电设备的灵敏度和选择性的恶化最终使得必须将无线电设备送到实验室进行再校准。
一旦将FM无线电设备返回实验室就可通过手动调整或自动调整带通滤波器滤波特性来实现中频调谐。通常通过将直流电压作用于与IF带通滤波器连接的变容二极管来实现IF带通滤波器的调谐。更准确地说，IF滤波器是通过变容二极管电容量的受控调整来调谐的。此外，供给变容二极管的电压的控制由数/模（D/A）转换器和微处理器共同来执行。D/A转换器和微处理器最好位于FM无线电设备之内。手动调谐免不了对FM无线电设备内的电路进行烦味的物理调整。对于自动的工厂调谐，为了获得对FM无线电设备的精确调谐，需要例如自动频率计这样地昂贵设备。上述的调谐方法既没有对带通滤波器因对温度的敏感性引起的滤波特性的短期或长期变化采取措施也没有涉及到与晶体滤波器的老化有关的问题。事实上，影响无线电设备性能的短期温度变化被制造商忽略了。这一令人相当不满意的忽略使得FM无线电设备在极限温度时的工作性能下降。
为此，最好能够提供具有基本上没有灵敏度和选择性问题、特别是不需要在专门的实验室中进行再校准的中频带通滤波器的FM无线电设备。
本发明涉及了已有技术中存在的上述的至少是某些不足的情况。根据本发明，提供一种通信系统包括用于控制控制频道信号和多个通信频道的基站和响应所述控制频道信号接收所述多个通信频道的通信装置。通信装置包括具有可调特性的可调谐滤波器，该滤波器基本上滤除了所述多个通信频道的被选择的通信频道外的所有通信频道。通信装置还包括用于调整所述滤波器特性的调谐电路。调谐电路利用控制频道信号作为可调谐滤波器通带的精确的中心频率并调整所述滤波器特性使其在所述精确的中心频率处插入损耗基本最上小，由此基本上使通信装置的选择性和灵敏度最佳。
在本发明的最佳实施例中，通信装置调制一参考频率来提供第一调制的频道信号，然后又调制精确的控制信号来产生具有高的调制度的调制的中频信号。可调谐滤波器的通带宽主充满了由于应用调制的中频信号而产生的高密度贝塞尔线（Bessel lines）。此外，内部温度测量电路测量通信装置的工作温度，由此根据通信装置的工作温度定期调整滤波器特性。根据本发明的另一实施例，接收信号强度指示器（RSSI）电路提供相对于从基站发射的信号的一个信号，调谐网络根据这一信号调整滤波器特性。
更具体地说，本发明最佳实施例的调谐网络基本上使在精确的中心频率（F0）处的RSSI信号为最大，由此所述滤波器特性在该处被调整到大体最小插入损耗。在另一实施例中，综合器模拟由所述基站发射的邻近精确的中心频率的上和下通信频道，其中所述调谐网络基本上使在这些每个邻近频道中的RSSI信号为最小，由此滤波器特性在该处被基本上调整到最大插入损耗。
在本发明的最佳实施例中，调谐网络至少包括一个变容二极管，在模拟所述邻近的上和下频道时，微处理器控制的软件算法锁定由通信装置接收的全部信号。
在本发明的一个方面中，滤波器特性的调整是通过将由微处理器响应RSSI信号产生的数据字作用于可控地调整至少一个变容二极管的电容的调谐网络来实现的。在本发明的另一方面中，存储在存储器中的以统计方式编辑的数据来使调整滤波器特性所需的数据字既与通信装置的工作温度有关又与可调谐滤波器和相同连接的调谐网络所特有的工作特性有关。工作特性是根据附加工作参数例如因可调谐滤波器和调谐网络的老化而引起的性能的变化和因制造公差引起的变化而进行编辑。
本发明适用于具有全双工或半双工工作能力的中继无线电系统，并使用供精确的中心频率的调制的或未调制的控制频率。此外，本发明的最佳实施例使得用户能够在通信装置处于运行状态时调谐该通信装置。该最佳实施例还提供了可听/或可视的报警信号，提醒用户“滤波器特性的调整已经完成”。
本发明提出了调整通信装置的可调谐滤波器的滤波特性的方法，该方法包括了调谐通信装置的可调谐滤波器步骤以便接收响应控制所述通信装置的基站以精确的频率发射的控制频道信号，然后使精确的频率控制频道信号位于可调谐滤波器通带的中央。滤波器特性被基本上调整到在所述通带中央处的最上的插入损耗，由此基本上使通信装置的选择性和灵敏度为最佳。随后调谐可调谐的滤波器通过基本上滤除除所述多个通信频道的被选择的通信频道之外的所有通信频道从由所述基站发射的多个通信频道中有选择地接收通信频道。
现参看附图描述本发明的典型实施例。
图1示出本发明的中继无线电系统的方框图。
图2示出适合于调谐在图1中的双极晶体带通滤波器的控制电路的最佳实施例。
图3示出适用于图1中的双极晶体带通滤波器的输入/输出调谐网络的最佳实施例。
图4示出适合于在图1中的双极带通滤波器之间实施例的级间调谐网络的最佳实施例。
图5示出由图1的最佳实施例实施的IF滤波器调谐方法。
本发明通过提供中频带通滤波器滤波特性的闭环调整克服了上述的不足。更具体地说，通过对IF滤波器进行定期再校准获得了无线电设备灵敏度和选择性的全面改善。参看图1，该图表示了按本发明的中继无线电系统10的最佳实施例。中继站或基站12对在特定地域的中继无线电系统进行控制并通过天线14不断地在中继无线电系统10的控制频道16中发射精确的高频信号。高频信号16的精确度一般是0.5ppm或更高。此外，控制频道16的高频信号具有低于干扰的相当纯净的频谱。本领域的技术人员知道精确的高频信号可以是调制信号或未调制信号。
响应中继系统10的无线电设备17通过中继系统10的天线18接收控制频道16的高频信号。接收的高频信号作为无线电设备17的前端20的输入信号。本领域的技术人员懂得前端20除其它元件外还包括滤波器和放大器。被滤波、放大的信号22从前端20输出，作为混频器24的第一输入。无线电设备17还包括控制和音频输出电路26。控制电路包括微处理器28、D/A转换器29、音频放大器30、与微处理器28连接的存储器31和滤波器32。控制和音频输出电路26给综合器38提供信号34和频率控制信号36。频率控制信号36随后选择特定的综合器频道。由莫托罗格公司制造的诸如频率振荡器PendulumTM这样的参考振荡器40给综合器38提供参考频率信号。此外，参考振荡器40给微处理器28提供温度测量信号42。温度信号42仅表对无线电设备17的工作温度的测量。本领域的技术人员知道PendulumTM频率振荡器具有内设的温度测量能力[PendulumTM是莫托罗拉公司的商标]。
综合器38用调制信号34来调制基准频率信号并给混频器24的第二输入提供调制的综合器信号44。混频器24将调制的综合器信号44与被滤波、放大的信号22混频，产生调制的中频（IF）信号fif46。如本领域的技术人员所理解，中频信号fif46输入到可调谐的中频晶体带通滤波器（EPF）48。此外，可调谐的中频带通滤波器（BPF）48可以是可调谐的带通滤波器系列中的第一个滤波器（BPF）48的标号和与该滤波器相连的电路的后续标号。可调谐的中频带通滤波器（BPF）48被连接到无线电设备17的后端50。后端50一般包括解调器、接收信号强度指示器（RSSI）电路和滤波器。此后可调谐的中频带通滤波器（BPF）48还响应调谐网络52。调谐网络52根据本领域的技术人员熟知的技术对调谐的中频带通滤波器（BPF）48进行可控的调谐。调谐网络52还通过D/A转换器29与微处理器28相连。而且，可以理解的是，调谐网络52一般包括变容二极管。后端50给控制和音频输出电路26提供RSSI信号。后端50还提供音频信号。音频信号54输入到控制和音频输出电路26。此外，该音频信号可以向诸如外部监视或调谐电路56例如（SINAD）仪表之类的其它外部电路提供一个信号。
参看图2，该图表示了D/A转换器29用来调谐中频（IF）滤波器48的典型电路结构。在该图中，中频（IF）滤波器48被表示为双极单片晶体带通滤波器48。双极单片晶体带通滤波器48连接在两调谐网络52a和52b之间。调谐网络52a和52b分别通过控制线60和61响应D/A转换器29。一般来说，可调谐IF滤波器48可以具有多极结构，这样一来，N个双极单片晶体带通滤波器被间置在N+1个调谐网络之间，D/A转换器29给N+1个调谐网络的每一个提供控制线。
参看图3，该图详细地示出调谐网络52a。调制的中频（IF）信号fif46在电容C1和C2之间提供一输入。电容C2被连接到两端晶体带通滤波器48的输入。电感L1连接在地和电路节点62之间，电路节点62位于电容C2和两端晶体带通滤波器48的输入之间。晶体带通滤波器48提供一输出64，该输出64或者经由调谐网络52c输入到另一个双极晶体带通滤波器，形成多极带通滤波器，或者经由调谐网络52b输入到后端50。两端晶体带通滤波器48接地。电阻R1接在D/A转换器29的控制线60和电路节点66之间。电路节点66位于电容C1的第二端和变容二极管D1的负极之间。变容二极管D1的正极接地。第三个电容C3接在地和控制线60之间。
参看图4，该图详细地示出调谐网络52c。调谐网络52c可给多极带通滤波器提供输入。电感L2接在地和输出64之间。输出64还被接到电容C4。电阻R2接在D/A转换器29的控制线61和电路节点68之间。电路节点68位于电容C4的第二端和变容二极管D2的负极之间。变容二极管D2的正极接地。另一个电容C5接在地和控制线61之间。
可以理解，晶体带通滤波器的特性阻抗与其相关的调谐网络结合在一道可以要求实施对于例示于图3和图4的电路的替代性电路实施例，这些替代电路对本领域的技术人员是显而易见的。
根据本发明的最佳实施例，中频带通滤波器48的滤波特性的调整基于在综合器38中对由参考振荡器40产生的参考频率的调制和通过将控制频道信号16与调制的综合器信号44混频提供中频信号fif。最好由控制频道信号16提供用于IF滤波器48的校准的高精度信号源。在无线电设备的中频带通滤波器滤波特性的初始调整（调谐）时，其它的高精度频率源，例如频率发生器被代替用于控制频道信号16。利用调制的综合器信号44作为控制频道信号16的调制机制保证了控制频道信号16被用非常高的调制度即具有大的频偏的低频音频信号来调制，使IF滤波器48的通带宽度充满了高密度的贝塞尔线。更准确地说，IF滤波器特性的调整是通过测量无线电设备的工作温度和随后利用接收信号强度指示器（RSSI）信号（图5）随后IF滤波器特性进行调整来获得的。
在本发明的最佳实施例中，用于调谐速程序的调制度β的值一般为10＜β＜50。这可以与已有技术的典型的β＝3的灵敏度值以及用于选择性和寄生（spurous）性能的β＝7.5的EIA干扰信号电平相比。调制度是频率偏移与调制频率的比值，
β＝ (δf)/(fm)
其中：
fm是音频调制频率;
f是频偏。
用温度数据库（见表1）对无线电设备17的内部存储器31、例如EEPROM进行编程。数据库表示了无线电设备的工作条件以及为了调整IF滤波器特性而需要施加给调谐网络52的相应的校正系数。校正系数是由D/A转换器29以在表1中由最高有效位（MSB）直到最低有效位（LSB）表示的数据字的形式来提供的。这些数据字给出了变容二极管所需的电压修正。
表1
在以上例子中，数据表包括几个不同的操作组1-8。操作组表示了与为了在比如-40℃和+100℃的工作温度范围内每增加10℃调整IF滤波器特性的所需的调谐系数有关的统计数据。此外，每一组1-8表示了相对于特定带通滤波器的工作特性及其相关的调谐网络。具体来说，相对于在变化的工作温度下特定带通滤波器的状况及其相关的调谐网络而编辑的统计数据。可以理解的是，因为制造技术意味着带通滤波器及其相关的调谐网络根据它们的公差和老化特性可被分成许多组，所以能够编辑表1。因此，组1-8仅考虑了由于中频带通滤波器和相关的调谐网络52与温度的关系引起的运行变化，而且也考虑了由于老化和制造的不协调引起的中频带通滤波器和相关的调谐网络运行性能的变化。可理解的是，根据需要可以增大温度范围以及增大或减小温度增量。还可理解的是，根据带通滤波器端口的数目和制造元件的公差能够改变表中组的数目。
表2
其中：
F0是在无线电设备的天线处的接收频率;
△f是系统的频道间隔;
F0±△f表示邻近的频道;
fif是晶体带通滤波器的中心频率。
表2表示用于无线电设备17的初始调谐的输入信号参数。
参看表3，在实验室或工厂最初以在所需的操作频率F0处的最大SINAD（信号对噪声和失真比）信号调谐无线电设备17，即以最上的音频失真调谐无线电设备17。第二级（输入B）要求将无线电设备调谐到在操作频率F0处的最大RSSI。接下来的调谐级要求将操作频率相继改变到邻近的频道F0±△f，关相继调谐到在这些频率处的最上RSSI。这样一来主将无线电设备调谐到最大的选择性和灵敏度。（调谐指的是通过将由D/A转换器29确定的数据字可控作用改变在该网络中的变容二极管的电容量，由此获得对F滤波器特性的调整）。
表3信号输入D／A条件输入A输入B输入C（调谐到相邻频道F0＋△f)输入D（调谐到相邻频道F0－△f)最大SINAD最大RSSI最小RSSI最小RSSI
无线电设备17最初被调谐的内部工作温度被温度测量电路记录，温度测量电路可以是由莫托罗拉公司制造的PendulumTM频率振荡器提供的电路。记录的工作温度和将无线电设备调谐的最大的选择性和灵敏度所要求的数据字相互联系起来，并进行在这种联系和在数据库中给出的工作条件之间的修正。根据这一修正就确定了基本上与初始调谐条件相同的工作条件，于是根据组的指定来确定调谐网络的变容二极管的特性，组指定亦即1-8被记录。这时可将包括在被记录的组中的信息拷贝到专门被指定为工作存储器的存储器区域。此外，如果基本相同的工作条件（根据数据库确定）不是精确地与记录的工作温度和将无线电设备调谐到最大的选择性和灵敏度所需的数据字一致，后者，就可用更精确的初始调谐条件来代替包括在被记录的组中的基本相同的工作条件。
现在无线电设备17已作好运行的准备，从而根据无线电设备17的内部工作温度和由被记录的组的指定来确定的并被存储在工作存储器中的相应的工作特性定期地调谐IF滤波器48。例如，在无线电设备处于接收模式时，可每隔10分钟确定无线电设备的内部工作温度，此后就相应地调整了IF滤波器特性。
本发明的最佳实施例还提供了现场调谐方法。用户也许希望定期地对无线电设备17进行再调谐以保证设备的最佳运行。当要求进行无线电设备17的现场调谐时，无线电设备提醒用户“可进行现场调谐过程”，在结束调谐过程之前不能移动无线电设备17。用户可被由无线电设备响应请求产生的可闻音和/或可见显示提醒。无线电设备17搜索由于中继站12不断地发送的控制频道16。为了进行现场调谐，控制频道16的输入信号电平必须满足两个标准：
1）输入信号电平≤RSSI上线性电平，即≈-40dBm;
2）输入信号电平≥RSSI下线性电平+20dB，即≈-70dBm;
而RSSI线性区域一般在-90dBm到-40dBm的范围内;
并且带通滤波器是具有20dB的选择性的两端结构。如果无线电设备17不能够探测到这样的信号，就产生可闻音调和/或可见显示来告诉用户这一实情。
中频带通滤波器特性的调整基于通过将控制频道信号16与调制的综合器信号44混频产生中频信号fif。调制的综合器信号44是在综合器38中通过调制由参考振荡器40产生的参考频率而产生的。在现场调谐的场合中，典型的IF调谐参数如表4所地。在与在初始调谐方法中出现的。
表4
环境相同的环境中，利用调制的综合器信号44作为控制频道信号16的调制机制保证了控制频道信号被以非常高的调制度即具有大的频偏的低频音频信号来调制，使F滤波器48的通带宽度充满了高密度的贝塞尔线。利用RSSI信号根据表5调谐无线电设备。
表5
信号类型 D/A条件
综合器A 最大 RSSI
综合器B 最小 RSSI
综合器C 最小 RSSI
更准确地说，控制频道F0被调谐到中频带通滤波器通带的中央，从而作为精确的中心频率，滤波器特性被基本上调整到在该频率处的的RSSI的最大值。邻近的频道频率F0±△f被无线电设备模拟，中频带通滤波器的滤波特性被基本上调整到在该频率处的最上RSSI值。更准确地说，邻近频道F0±△f的模拟是在综合器38中通过使用软件算法闭销接收的信号来获得的。一旦调谐网络52正被通过应用相关的D/A信号（如由表5确定）来再校准，就记录有现场调谐的内部工作温度并且以与对无一电设备17进行初始调谐的程序相同的步骤来确定变容二极管的特性。然后通过产生可闻音调和/或可见显示来提醒用户现场调谐已经结束。接着，通过测量无线电设备的工作温度就完成了由于无线电设备中温度的变化引起的IF滤波器特性的定期再调谐，并利用存储在数据库或工作存储器中的统计信息完成了IF滤波器特性的随后调整。
可以理解，如此设计和描述的发明导致了具有自动中频为滤波器校准机制的无线电设备的新优点，该校准机制改善了整个无线电设备的灵敏度和选择性，补偿了在无线电设备工作期间产生的设备内部的温度变化。此外，以上描述的中频校准机制还补偿了IF滤波器中包含的元件的老化。还有，中频校准机制是利用了不需要上部设备的IF滤波器的闭环调整来实现的。中频校准机制提供了所需的特性，即在校准IF滤波器348时，IF滤波器48的通带宽度充满了非常高的调制度的，即充满了具有高密度的贝塞尔线的大频率偏低频音信号。