CN100342654C - 双模式/三频带频率合成器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种频率合成器(1)，用于为按照GSM-和UMTS-标准的无线电信系统提供接收和发射频率，它包括用于产生具有预定频率的参考信号(Fref)的参考信号装置(2)，用于以该参考信号(Fref)为基础产生频率为LO1的第一信号的第一振荡装置(3)，用于以该参考信号(Fref)为基础产生频率为LO2的第二信号的第二振荡装置(4)，用于以该参考信号(Fref)为基础产生频率为LO3′的第三信号的信号产生装置(5)，以及用于以该第一、第二和第三信号为基础产生第一输出信号的第一偏移回路(6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种频率合成器，用于为按照GSM(全球移动电信系统)和UMTS(通用移动电话系统)标准的无线电信系统提供所有必要的接收和发射频率。
本发明进一步涉及一种移动终端，该终端与移动电话或个人数字助理(PDA)相似，用于包括这样一种频率合成器的按照GSM和/或UMTS标准的无线电信系统。
背景技术
由于上述电信系统在不同频率范围内的空中接口上工作，必须产生用于相应的电信系统的频率范围以调制和解调必须按照这些标准发射和接收的信号。
特定的频率范围为：在接收模式下，用于EGSM(扩充的GSM)的925-960MHz，用于GSM 1800的1805-1880MHz，用于GSM 1900的1930-1990MHz，以及在发射模式下，用于EGSM的880-915MHz，用于GSM 1800的1710-1785MHz和用于GSM 1900的1850-1910MHz。此外，用于UMTS的频率范围为1900-2025MHz，该频率范围应用于接收模式也应用于发射模式。所述频率范围对于TDD(时分双工)系统是有效的。
对于FDD(频分双工)系统，用于UMTS的频率范围在接收模式下为2110-2170MHz，在发射模式下为1920-1980MHz。
在现有技术中已知收发信机，它们能够在GSM系统中发射/接收信号，并也能为卫星网发射/接收信号。但是，这些收发信机将所接收的信号解调在中频带中，以便随后将该信号解调在基带中。其缺点在于需要数量较多的电子器件，这增加了所需空间，功耗和成本。
此外，在现有技术中，几种频率合成器用于产生用于GSM和UMTS的相应的频率范围。其缺点同样在于，当向移动终端提供GSM和UMTS功能性时，所需空间，功耗和成本增加。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种频率合成器，它适于按照GSM和UMTS标准工作的移动终端，并且它以最少量的电子部件实现。
该目的由一种按照权利要求1的频率合成器实现，该频率合成器用于为按照GSM和UMTS标准的无线电信系统提供接收和发射频率。
按照本发明，适于无线电信系统的移动双模式(UMTS和GSM)终端的必要频率由按照本发明的频率合成器产生。
按照本发明的用于为按照GSM和UMTS标准的无线电信系统提供接收和发射频率的频率合成器，包括一用于产生具有预定频率的参考信号的参考信号装置。以该参考信号为基础，第一振荡装置产生频率为LO1的第一信号，第二振荡装置产生频率为LO2的第二信号，信号产生装置产生频率为LO3′的信号。以该第一、第二和第三信号为基础，第一偏移回路产生第一输出信号。
本发明的优点在于，移动双模式终端所需要的所有接收和发射频率均由同一频率合成器产生。因此，用于双模式终端的必要频率的产生可以由最少的电子线路系统、最低的成本和所需空间实现。
此外，该第一和第二振荡装置和该信号产生装置，它们有利地是用于产生信号的锁相环，可以以比较窄的带宽工作并可以高比较频率工作。这导致高信噪比(S/N比)和不同的频率之间快的跳频。
为实现本发明，第一偏移回路包括用于用除数M1分频第二信号的频率的第一分频装置，用于用第二信号调制第一输出信号的第一调制装置，该第一输出信号从第一偏移回路的输出反馈到第一调制装置，用于用第三信号调制由第一调制装置产生的信号的第二调制装置，用于用除数N1分频由第二调制装置产生的信号的第二分频装置，以及第一相位比较器，该相位比较器用于将用M1分频的第二信号与由第二调制装置产生的用N1分频的信号比较，并用于以该比较为基础调节第一输出信号的频率。
有利地，该第一输出信号具有按照公式LO1±LO3′+LO2/M1×N1的频率。
为了提供用于频分双工系统(FDD)中UMTS标准的接收频率同时用作发射频率，该频率合成器还包括第二偏移回路，用于以第一、第二和第三信号为基础产生第二输出信号。
第二偏移回路包括用于用除数M2分频第二信号的第三分频装置，用于用第二信号调制第二输出信号的第三调制装置，该第二输出信号从第二偏移回路的输出反馈到第三调制装置，用于用第三信号调制由第三调制装置产生的信号的第四调制装置，用于用除数N2分频由第四调制装置产生的信号的频率的第四分频装置，以及第二相位比较器，该相位比较器用于将用除数M2分频的第二信号与由第四调制装置产生的用N2分频的信号比较，并用于以该比较为基础调节第二输出信号的频率。
该第二输出信号有利地具有按照公式LO1±LO3′+LO2/M2×N2的频率。
信号产生装置包括第三振荡装置，该装置产生频率为LO3的信号，由此第三信号LO3′由频率为LO3的信号导出。
该信号产生装置还包括第五分频装置，该分频装置用于用预定的除数，有利地为16，分频信号LO3。其优点在于，第三振荡装置可以高比较频率工作，同时第三信号LO3′可在较小的频距(frequency step)中变化。
该信号产生装置还包括用于产生频率为LO3′并且相互相位延迟的信号的开关装置。其优点在于，第三信号可直接用于调制装置(第二和第四调制装置)，这就是所谓的单边或镜像抑制调制器。
有利地，该开关装置输出的信号为数字IQ信号；在此，I为信号的同相分量，Q为信号的正交分量。
更为有利地，参考信号装置基于石英振荡器产生19.2MHz的参考信号。第一振荡装置产生1540-1600MHz频率范围内的频率为LO1的第一信号，第二振荡装置产生频率为LO2 456，490.4和539.2MHz的第二信号，信号产生装置产生7.5-10MHz频率范围内的频率为LO3′的第一信号。
于是，按照本发明的频率合成器提供用于按照GSM和UMTS标准发射(Tx)和接收(Rx)信号的频率。由此，用于GSM的三频带终端的频率提供如下：EGSM(扩充的GSM，频率范围880-915MHz Tx，925-960MHz Rx)，DCS(数字蜂窝系统，也称作GSM 1800，频率范围1710-1785MHz Tx，1805-1880MHz Rx)，以及PCS(个人通信系统，也称作GSM 1900，频率范围1850-1910MHz Tx和1930-1990MHz Rx)。
注意，由第一偏移回路输出的用于按照EGSM标准发射的频率必须在由第一偏移回路输出后用2分频，因为由第一偏移回路直接输出的输出频率在1760-1830MHz用于发射(Tx)和1850-1920用于接收(Rx)的范围内。
按照本发明的频率合成器有利地用于按照UMTS，GSM900，GSM1800和/或GSM1900标准的无线电信系统中的至少一个系统的移动终端中。
附图说明
在下述说明中，将参照附图更为详细地解释本发明的一个优选实施例，其中
图1示出包括在按照本发明的频率合成器中的电子电路的框图。
具体实施方式
如图1所示，按照本发明的频率合成器1包括参考信号装置2，它提供具有预定频率的参考信号Fref，在本实施例中Fref＝19.2MHz。
该频率合成器1还包括第一振荡装置3，第二振荡装置4和第三振荡装置22。这三个振荡装置3、4、22产生信号，这些信号用作产生第一和第二输出信号的基础。
第一、第二和第三振荡装置3、4、22分别用锁相环电路系统(RF，IF1，IF2)、用于滤除寄生频率的低通滤波器和电压控制振荡器(VCO)组成，电压控制振荡器由相应的锁相环(PLL)控制并输出相应的频率为LO1、LO2、LO3的信号。
锁相环可为商业化器件，例如双RF/IF PLL频率合成器ADS4212(3)，它包括用于实现中频(IF1)和射频(RF)的第一和第二振荡装置3和4的两个PLL。用于实现第三振荡装置22的锁相环可例如为用于中频(IF2)的LMX 2301型频率合成器。
这三个振荡装置3、4、22以相应的比较频率工作，该频率由用相应的除数分频参考信号导出；该预分频是可编程的并由相应的PLL实现。
在示出的实施例中，第一振荡装置3以4.8MHz(用4除19.2MHz)的比较频率工作，第二振荡装置4具有2.4MHz(用8除19.2MHz)的比较频率，并且第三振荡装置22具有3.2MHz(用6除19.2MHz)的比较频率。
从比较频率开始，振荡装置以已知的方式由可编程的分频装置产生具有相应频率的信号，该可编程的分频装置集成在相应的电路系统(芯片)中。由此，在其范围内频率可以变化的频率步长与比较频率有关；比较频率越高，频距越大。
第一振荡装置3在从1540-1600MHz非常窄的带宽的频率范围内工作。
第二振荡装置4产生三种频率，即456MHz、490.4MHz和539.2MHz。由第二振荡装置4产生的频率为LO2的第二信号将频率为LO1的第一信号转化成分别为第一和第二输出信号的频率范围。
由于第二振荡装置4可仅以三种频率输出信号，它可用具有窄频率带宽的VCO实现；该VCO的相应频率由开关电感器L1、L2、L3实现。
用信号产生装置5对输出信号的频率进行细调。由于第三振荡装置22以3.2MHz的比较频率工作并且由第五分频装置23将频率为LO3的输出信号用16分频，该信号产生装置5产生频率范围在7.5-10MHz、频距为200kHz、频率为LO3′的信号。
信号产生装置5还包括一开关装置24。该开关装置24产生这样的信号，这些信号的频率为LO3′并适于用于单边调制器，例如包括信号LO3同相分量和正交分量的数字IQ信号。为了使用单边调制器，需要两个IQ信号，这两个信号彼此为±90度(±π/2)相位延迟。
为了产生输出信号所需要的频率，第一、第二和第三信号LO1、LO2和LO3′以合适的方式由第一偏移回路6彼此调制，以产生第一输出信号，由第二偏移回路14彼此调制用于产生第二输出信号。
第一偏移回路6包括第一分频装置8，第一调制装置9，第二调制装置10，第二分频装置11，第一相位比较器12和第一电压控制振荡器13。该第二调制装置10包括第一相移装置以及调制器和用于产生两个信号的和的装置。
由第一调制装置9用第一输出信号调制第一信号LO1，该第一输出信号由第一电压控制的振荡器13产生并从第一偏移回路6的输出反馈到第一调制装置9。
由第二调制装置10用信号LO3′调制第一调制装置9的输出信号。
为了抑制不期望的镜频(mirror frequency)，第二调制装置有利地是所谓的一单边调制器或一镜像抑制调制器。
因此，由第一调制装置9输出的信号由第一相移装置7分裂成相对于第一相移装置7的输入信号没有相位延迟的一个信号，并分裂成相对于第一相移装置7的输入信号相位延迟π/2的一个信号。两个信号被输出到相应的一个调制器并用相位延迟的IQ信号调制。相应的调制器的输出信号被加和。如果上述相位延迟在某种程度上是正的或负的，信号的和包含被调制信号的上或下边带。
第二调制装置10的输出信号被输出至第二分频装置11，该分频装置用除数N1分频信号的频率并输出到第一相位比较器12。
第二信号LO2被第一分频装置8用M1分频并且也输出到该相位比较器12。
第一相位比较器12比较两个被分频的信号并以这种方式调节第一电压控制的振荡器13，即第一相位比较器12的两个输入信号具有相同的频率。
第一偏移回路6产生第一输出信号，该信号具有按照公式fout1＝LO1±LO3′+LO2/M1×N1的频率fout1。LO3′的代数符号由此取决于信号LO3′的相位延迟。
第二偏移回路14包括第二相移装置15，用于用M2分频第二信号LO2的第三分频装置16，第三调制装置17，第四调制装置18，第四分频装置19，该装置用N2分频由第四调制装置19输出的信号，第二相位比较器20和第二电压控制的振荡器21。
由于两个偏移回路以相同的方式工作，将不再说明第二偏移回路14的功能。
按照第一偏移回路6，第二偏移回路14产生第二输出信号，该信号具有按照公式fout2＝LO1±LO3′+LO2/M2×N2的频率fout2。
因为EGSM、DCS(GSM 1800)和PCS(GSM 1900)标准以TDD(时分多工)模式工作，第一偏移回路6产生这些标准需要的所有发射和接收频率。此外，当以TDD模式工作时，第一偏移回路产生用于UMTS标准的发射和接收频率，并且当以FDD(频分多工)模式工作时仅产生用于UMTS的发射频率。
当以FDD模式工作时，由于同时需要相应的接收和发射频率，第二偏移回路14仅产生用于UMTS的接收频率。
注意，所说明的频率合成器1产生用于EGSM的双重频率，这意味着，当为EGSM标准提供频率时，该第一输出频率必须由适当的分频器用2分频。
于是，通过适当地组合相应的频率LO1、LO2和LO3′，并通过将分频系数N1、M1、N2和M2编程，由第一和第二偏移回路产生所有必要的频率。
下列表格示出用于FDD-和TDD-系统中UMTS的发射(Tx)和接收(Rx)频率，以及用于TDD-系统中的GSM的发射和接收频率；所有频率的单位均为MHz：
UMTS FDD1：
| Tx-Rx sep.fout1-fout2[MHz] | Tx freq.fout2[MHz] | N1 | M1 | N2 | M2 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | Rx freq.fout1[MHz] | FPD1[MHz] | FPD2[MHz] |
| 190 | 1920 | 5 | 6 | 5 | 4 | 456 | 1540 | 2110 | 76 | 38 |
| 190 | 1980 | 5 | 6 | 5 | 4 | 456 | 1600 | 2170 | 76 | 38 |
UMTS FDD2：
| Tx-Rx sep.fout1-fout2[MHz] | Tx ffeq.fout2[MHz] | N1 | M1 | N2 | M2 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | Rx freq.fout1[MHz] | FPD1[MHz] | FPD2[MHz] |
| 134.8 | 1975.2 | 3 | 4 | 4 | 4 | 539.2 | 1570.8 | 2110 | 134.8 | 33.7 |
| 134.8 | 1980 | 3 | 4 | 4 | 4 | 539.2 | 1575.2 | 2114.8 | 134.8 | 33.7 |
UMTS FDD3：
| Tx-Rx sep.fout1-fout2[MHz] | Tx freq.fout2[MHz] | N1 | M1 | N2 | M2 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | Rx freq.fout1[MHz] | FPD1[MHz] | FPD2[MHz] |
| 245.2 | 1920 | 3 | 4 | 5 | 4 | 490.4 | 1552.2 | 2165.2 | 122.6 | 49.04 |
| 245.2 | 1924.8 | 3 | 4 | 5 | 4 | 490.4 | 1557 | 2170 | 122.6 | 49.04 |
列“Tx-Rx sep.”示出接收频率“Rx freq.”和发射频率“Tx freq.”之间的差值，N1、N2、M1、M2为用于分频装置一至四8、11、16、19的系数。此外，表格示出三种信号LO1、LO2和LO3′的频率，它们必须被调整以得到相应的输出频率。由此，第一信号LO1和第三信号LO3′的特定频率不关键，由于这些信号的加和差值分别是重要的。
列“F PD1”和“F PD2”示出时钟频率的实例，藉此提供第一相位比较器12和第二相位比较器20。由于高的时钟频率，相位比较器使非常快地调节输出频率(第一和第二输出频率)成为可能。
UMTS TDD：
| Tx/Rx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1900 | 3 | 4 | 456 | 1558 | 114 |
| 1920 | 3 | 4 | 456 | 1578 | 114 |
| 2010 | 4 | 4 | 456 | 1554 | 114 |
| 2025 | 4 | 4 | 456 | 1569 | 114 |
(EGSM-Tx)×2：
| Tx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1760 | 2 | 5 | 456 | 1577.6 | 91.2 |
| 1782 | 2 | 5 | 456 | 1599.6 | 91.2 |
| 1782 | 2 | 4 | 456 | 1554 | 114 |
| 1828 | 2 | 4 | 456 | 1600 | 114 |
| 1828 | 3 | 5 | 456 | 1554.4 | 91.2 |
| 1830 | 3 | 5 | 456 | 1556.4 | 91.2 |
(EGSM-Rx)×2：
| Rx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1850 | 5 | 8 | 456 | 1565 | 57 |
| 1885 | 5 | 8 | 456 | 1600 | 57 |
| 1885 | 3 | 4 | 456 | 1543 | 114 |
| 1920 | 3 | 4 | 456 | 1578 | 114 |
GSM 1800-(DCS-)Tx：
| Tx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1710 | 2 | 6 | 456 | 1558 | 76 |
| 1752 | 2 | 6 | 456 | 1600 | 76 |
| 1752 | 2 | 5 | 456 | 1569.6 | 91.2 |
| 1782 | 2 | 5 | 456 | 1599.6 | 91.2 |
| 1782 | 2 | 4 | 456 | 1554 | 114 |
| 1785 | 2 | 4 | 456 | 1557 | 114 |
GSM 1800-(DCS-)Rx：
| Rx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1805 | 2 | 4 | 456 | 1577 | 114 |
| 1828 | 2 | 4 | 456 | 1600 | 114 |
| 1828 | 3 | 5 | 456 | 1554.4 | 91.2 |
| 1873 | 3 | 5 | 456 | 1599.4 | 91.2 |
| 1873 | 5 | 8 | 456 | 1588 | 57 |
| 1880 | 5 | 8 | 456 | 1595 | 57 |
GSM 1900-(PCS-)Tx：
| Tx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1850 | 5 | 8 | 456 | 1565 | 57 |
| 1885 | 5 | 8 | 456 | 1600 | 57 |
| 1885 | 6 | 8 | 456 | 1543 | 57 |
| 1910 | 6 | 8 | 456 | 1568 | 57 |
GSM 1900-(PCS-)Rx：
| Rx freq.fout1[MHz] | N1 | M1 | LO2[MHz] | LO1±LO3′[MHz] | FPD1[MHz] |
| 1930 | 3 | 4 | 456 | 1588 | 114 |
| 1942 | 3 | 4 | 456 | 1600 | 114 |
| 1942 | 7 | 8 | 456 | 1543 | 57 |
| 1990 | 7 | 8 | 456 | 1591 | 57 |
本发明的优点在于，三个振荡装置的PLL以比较高的比较频率工作，以实现高S/N比(信噪比)和快的跳频。快的跳频也可由第二振荡装置2获得，因为它仅产生具有三个不同频率的信号。
此外，由于第三振荡装置22的信号由第五分频装置23用16分频，输出频率可以非常低的频距调整，即在本发明所示实施例中为200kHz。
因此，按照本发明的频率合成器易于且廉价实现。
Claims (14)
1.一种用于为按照GSM和UMTS标准的无线电信系统提供接收和发射频率的频率合成器(1)，包括：
参考信号装置(2)，用于产生具有预定频率的参考信号(Fref)，
第一振荡装置(3)，用于在该参考信号(Fref)的基础上产生具有频率LO1的第一信号；
第二振荡装置(4)，用于在该参考信号(Fref)的基础上产生具有频率LO2的第二信号；
信号产生装置(5)，用于在该参考信号(Fref)的基础上产生具有频率LO3’的第三信号；以及
第一偏移回路(6)，用于在该第一、第二和第三信号的基础上生成第一输出信号；
其特征在于，
第二偏移回路(14)，用于在该第一、第二和第三信号的基础上生成第二输出信号，由此该第一和第二偏移回路同时生成所述第一和第二输出信号。
2.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，该第一偏移回路(6)包括：
第一分频装置(8)，用于以M1对第二信号进行分频；
第一调制装置(9)，用于以第一信号调制第一输出信号；
第二调制装置(10)，用于以第三信号调制由该第一调制装置(9)生成的信号；
第二分频装置(11)，用于以N1对由该第二调制装置(10)产生的信号进行分频；以及
第一相位比较器(12)，用于对以M1分频的第二信号与由第二调制装置(10)产生的以N1分频的信号进行比较，并且在该比较的基础上调节该第一输出信号的频率。
3.根据权利要求1或2的频率合成器(1)，
其特征在于，
该第一输出信号具有一个根据以下公式的频率：
LO1±LO3′+LO2/M1×N1。
4.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，该第二偏移回路(14)包括：
第三分频装置(16)，用于以M2对该第二信号进行分频；
第三调制装置(17)，用于以第一信号调制该第二输出信号；
第四调制装置(18)，用于以第三信号调制由第三调制装置(17)生成的信号；
第四分频装置(19)，用于以N2对由第四调制装置(18)产生的信号进行分频；和
第二相位比较器(20)，用于对以M2进行分频的第二信号与由第四调制装置(18)产生的以N2分频的信号进行比较，并且在所述比较的基础上调节第二输出信号的频率。
5.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，
该第二输出信号具有根据以下公式的频率：
LO1+LO3′+LO2/M2×N2。
6.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，
该信号产生装置(5)包括一个用于产生具有频率LO3的信号的第三振荡装置(22)，由此从具有频率LO3的该信号导出该第三信号。
7.根据权利要求6的频率合成器(1)，
其特征在于，
该信号产生装置(5)包括一个用于对由第三振荡装置(22)产生的信号进行分频的第五分频装置(23)。
8.根据权利要求7的频率合成器(1)，
其特征在于，
该第五分频装置(23)对由第三振荡装置(22)产生的信号进行16分频。
9.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，
该信号产生装置(5)包括一个用于产生相位延迟的信号的开关装置(24)。
10.根据权利要求9的频率合成器(1)，
其特征在于，
该开关装置(24)产生相位延迟的I/Q信号。
11.根据权利要求9或10的频率合成器(1)，
其特征在于，
该开关装置(24)的输出信号等于该第三信号。
12.根据权利要求1的频率合成器，
其特征在于，
该第一振荡装置(3)生成的该第一信号的频率LO1在1540-1600MHz的频率范围内，该第二振荡装置(4)生成的该第二信号的频率为456MHz，490.4MHz和539.2MHz，以及该信号产生装置(5)生成的该第三信号的频率LO3′在7.5-10MHz的频率范围。
13.根据权利要求1的频率合成器(1)，
其特征在于，
该频率合成器(1)提供按照GSM标准用于EGSM、GSM1800和GSM1900的频率。
14.用于根据GSM和/或UMTS标准的无线电信系统的移动终端，包括根据权利要求1的频率合成器(1)。
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