CN101009497A - 无线通信设备、置于无线通信设备的集成电路以及调整无线通信设备频率的方法 - Google Patents

无线通信设备、置于无线通信设备的集成电路以及调整无线通信设备频率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种无线通信设备、置于无线通信设备的集成电路以及调整无线通信设备频率的方法，该方法用于分别调整上行传输振荡器及下行接收振荡器。本发明所提出的方法包括计算一接收信号的载波频率与一接收振荡器频率的频率差，根据上述频率差以一第一速率调整下行接收振荡器的频率，并以一第二速率调整一传输振荡器的频率。上述接收振荡器频率是根据一滤波后的频率差所调整，而上述传输振荡器频率是根据上述频率差以及平缓过的频率差所调整。通过本发明，可明显增加无线通信的信号稳定度。

Description

无线通信设备、置于无线通信设备的集成电路以及调整无线通信设备频率的 方法
技术领域
本发明是有关于一种控制传输器及接收器的振荡器的方法，尤指适用于频分复用系统中，传输器及接收器的振荡器的自动频率控制的方法，特别是有关于无线通信设备、置于无线通信设备的集成电路以及调整无线通信设备频率的方法。
背景技术
图1a显示在一个频分复用(Frequency Division Duplexing，或称FDD)系统里，基地台(base station，或称为BS)与一移动端(mobile station，或称为MS)所占用的上行以及下行无线信道。由移动端向基地台端的传输，称为上行(uplink，或称为UL)。反之，由基地台端对移动端的传输称为下行(downlink，或称为DL)。图1b显示在全球移动通信系统(Global Systemfor Mobile communications，以下简称为GSM)中，对于上行及下行信道的频率分配。上行信道(channel)占用890M-915MHz，而下行信道占用935MHz-963MHz。在时分多址系统(Time Division Multiple Access，以下简称TDMA)中，移动端的传输或接收会在不同时隙(time slot)下完成，亦即，某些时隙内，移动端通过上行信道的频率传输数据，在另外的时隙内，移动端通过下行信道的频率接收数据。
一般而言，一个移动端的上行信道的频率与下行信道的频率之差需固定为一常数。通常使用一个自动频率控制回路来控制移动端内的上行传输器及下行接收器。图2a显示一已知的自动频率控制回路20。该自动频率控制回路20包含一下行接收振荡器202，一混波器204，一低通滤波器206，一频率差估计单元208，一回路滤波器210，一上行/下行频率差模块212。频率差估计单元208根据接收到的下行信号，估计出每TDMA帧(frame)内下行接收振荡器(downlink receiver oscillator)与下行信道的载波(carrier)频率的频率误差，并定期将估计出的频率误差送至回路滤波器210。回路滤波器210再提取出频率误差的变化趋势。若回路滤波器210认为目前的频率误差趋势是下行接收振荡器202的频率高于下行信道的载波频率，则调慢下行接收振荡器202的频率。反之亦然，若回路滤波器210认为目前的频率误差趋势是下行接收振荡器202的频率低于下行信道的载波频率，则调高下行接收振荡器202的频率。频率差估计单元208估计出来的频率误差有可能受都卜勒效应、角落效应(corner effects)、射频元件的老化、信号渐弱或测量误差等的影响而改变。其中，都卜勒效应来自于移动端位置的改变，而角落效应则是由于移动端改变移动方向或恰经过一基地台所造成。由于所接收到的下行频率与下行信道的载波频率的错误匹配会影响通信品质，通常自动频率控制回路会快速的调整下行接收振荡器，使下行接收振荡器的频率与下行信道的载波频率尽量匹配。因此，在设计自动频率控制回路时，会期望下行接收振荡器的修正能尽快完成。但是，另一方面来说，又希望上行传输振荡器(uplink transmitter oscillator)的频率变化不要太快。因为上行传输振荡器频率变化太快会使接受到此种频率的基地台认定该移动端的通话品质不佳，进而要求移动端重新传输。
在图2b显示的已知自动频率控制回路中，上行传输频率与下行接收频率之间的频率差维持一定值。上行传输振荡器的频率fC，UL保持由下行接收振荡器的频率fC，DL减去一固定频率差值fD得到。换言之，频率差值fD相当于fC，DL-fC，UL。由此关系式可看出，快速修正下行接收振荡器的频率则导致上行传输振荡器的频率也跟着快速变动，因此，需要设计一个更佳的自动频率控制回路。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一分别调整上行传输振荡器及下行接收振荡器的万法。
本发明所提出的方法包括计算一接收信号的载波频率与一接收振荡器频率的频率差，根据上述频率差以一第一速率调整下行接收振荡器的频率，并以一第二速率调整一传输振荡器频率。上述接收振荡器的频率是根据一滤波后的频率差所调整，而上述传输振荡器的频率是根据上述频率差以及平缓过的频率差所调整。
此外，本发明还提供一种无线通信设备，其传输振荡器的频率与接收振荡器的频率可分别调整。上述无线通信设备包括一传输振荡器、一降频器、一频率差估计单元及一第一及第二平缓化模块。降频器包括一接收振荡器，用以产生一接收振荡频率，并将接收到的信号降频为一第一信号。频率差估计单元用以估算接收信号的载波频率，并计算载波频率与接收振荡器频率的频率差。第一平缓化模块根据载波频率与接收振荡器频率的频率差产生一第一调整信号，其中第一调整信号是用以将接收振荡频率以一第一速率进行调整。第二平缓化模块接收第一调整信号以产生一第二调整信号，其中第二调整信号是用以将传输振荡器频率以一第二速率进行调整。传输振荡器可产生一传输振荡器频率，并传送以该传输振荡器频率将复数个第二信号传输至其它无线通信设备中去。
本发明所指的频率差估计单元以及第一、第二平缓化模块都不限定以硬件实现。频率差估计单元及第一、第二平缓化模块也可以软件搭配一数字信号处理器实现。其它可执行大致相同方法的频率误差单元也为本发明的范畴内。
总之，本发明提供了如下技术方案：
一种用以调整无线通信设备频率的方法，其中上述无线通信设备包含一接收振荡器及一传输振荡器，该方法包括：取得一第一频率及一接收信号的载波频率的频率差，其中该第一频率是由上述接收振荡器所产生；根据上述频率差，以一第一速率调整上述第一频率，其中上述第一速率为一频率在一时间单位内的变化程度；以及根据上述第一速率，以一第二速率调整上述传输振荡器，其中该第一速率与该第二速率不相等。
一种置于一无线通信设备中的集成电路，其中上述无线通信设备用以与一对应的无线通信设备通信，该集成电路包括：一降频器，其包括一接收振荡器，用以产生一第一频率并将第一信号降频至复数个第二信号，其中上述第一信号具有一载波频率且是由上述对应的无线通信设备所发射；一传输振荡器，用以产生一传输频率并以上述传输频率将复数个第三信号传输至上述对应的无线通信设备；一频率差估计单元，用以根据上述复数个第二信号取得上述第一信号的载波频率，并由上述第一频率及上述载波频率计算一第一频率差；一第一平缓化模块，用以根据上述频率差产生一第一调整信号，其中上述第一调整信号以一第一速率调整上述第一频率，且上述第一速率是指一频率在一时间单位内变化的程度；以及一第二平缓化模块，接收上述第一调整信号以产生一第二调整信号，其中上述第二调整信号以一第二速率调整上述传输频率，且上述第一速率与上述第二速率不相等。
一种无线通信设备，用以与一对应的无线通信设备通信，该设备包括：一接收振荡器，用以产生一第一频率，并将一第一信号降频为复数个第二信号，其中上述第一信号具有一载波频率，且上述第一信号是由上述对应的无线通信设备所发射；一传输振荡器，用以产生一传输频率，并以上述传输频率将复数个第三信号传输至上述对应的无线通信设备；以及一处理单元，用以根据上述复数个第二信号取得上述第一信号的载波频率，计算上述第一频率及上述载波频率的一频率差，根据该计算出的频率差产生一第一调整信号，其中上述第一调整信号以一第一速率调整上述第一频率，并接收上述第一调整信号用以产生一第二调整信号，其中上述第一速率是指一频率在一时间单位内变化的程度，上述第二调整信号以一第二速率调整上述传输频率，且上述第一速率与上述第二速率不相等。
经由本发明的设计，使无线通信设备中的接收频率与传输频率得以使用不同的速率进行调整，避免为了迁就接收频率的调整，而过快或过慢地调整传输频率，可明显增加无线通信的信号稳定度。此项技术特征，特别是在有上行传输震荡器与下行传输震荡器的无线通信设备应用中更为显著，例如全球移动通信系统的手机，即可藉此增加通话的稳定度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1a显示基地台与一移动端所占用的上行和下行无线信道；
图1b显示GSM系统中上行及下行信道的频率分配；
图2a显示一已知的自动频率控制回路；
图2b显示已知的自动频率控制回路与上行/下行传收振荡器关系的示意图；
图3显示依据本发明实施例的自动频率控制回路架构图；
图4显示另一依据本发明实施例的自动频率控制器架构图；
图5显示一控制接收及传输振荡频率的方法流程图；以及
图6a、图6b及图6c显示下行接收振荡器及上行传输振荡器的频率相对于时间的变化。
主要组件符号说明：
202～下行接收振荡器；           204～混波器；
206～低通滤波器；               208～频率差估计单元；
210～回路滤波器；
212～上行/下行频率差模块；
302～下行接收振荡器；           304～混波器；
306～低通滤波器；               308～频率差估计单元；
310～回路滤波器；               312～平缓化模块；
314～上行/下行频率差模块；
42～射频传收器；    44～数字信号处理器；
46～主控制单元；    48～接口。
具体实施方式
图3显示根据本发明实施例所绘一自动频率控制回路30的架构图。此类架构的自动频率控制回路可安置于各类的无线通信设备中，例如全球移动通信系统(GSM)的手机装置。在不同的无线通信设备中，为适应不同的无线通信协议的需求，已知技艺者应能视需要设计对应的天线、调制解调器、各式解码器与数字信号处理电路，以符合需求。在实际的设计中，在接收部分，包括全球移动通信系统手机的无线通信设备等应用，需产生接收频率来撷取接收信号的数据内容，并且，在发送端，需产生传输频率，以作为传输信号之用，为使接收频率与远程信号的发送端能保持一致，因此有需要持续追踪调整接收频率。同时，为使远程能接收来自此无线通信设备的信号，也有必要持续追踪调整此无线通信设备的传输频率。在此，不详细列出各种不同的无线通信设备中已知的技术内容，已知该项技艺者应可依据其系统需求，将此处介绍的自动频率控制回路30，结合嵌入其无线通信设备中，例如嵌入到其接收频率与传输频率的调整电路中。并且，以今日的电子装置设计应用中，常见将接收传输电路，包括各种调制解调电路、解码器及数字信号处理电路。整合到一集成电路(IC)中，因此，以下所描述的自动频率控制回路30，在实施的一种范例中，可结合进入集成电路中，与其它已知的无线通信设备的组件互相运作，例如提供稳定的接收与传输频率，来达成具有本发明特色的集成电路产品。
此处作为实施例的自动频率控制回路30包含一下行接收振荡器302，一混波器304，一低通滤波器306，一频率差估计单元308，一回路滤波器310，一平缓化模块312，一上行/下行频率差模块314。在某些实施例中，可将下行接收振荡器302、混波器304以及低通滤波器306组接为一降频器316，置于一射频模块中。下行接收振荡器302产生具有一接收振荡频率的信号。而降频器316将接收到的信号
Figure A20071000152100121
降频为复数个第一信号。频率差估计单元308对于每个TDMA帧估计接收振荡频率以及 信号的载波频率的频率差。回路滤波器310根据该频率差产生一第一调整信号。该第一调整信号被传送至平缓化模块312用以调整该第一频率。平缓化模块312接收到该第一调整信号及该频率差后，产生一第二调整信号。上行/下行频率误差模块314接收该第二调整信号，并决定接收振荡频率为一常数k。常数k代表接收振荡频率与传输振荡频率之差。一传输振荡器(未绘出)产生上述传输振荡频率，并以该传输振荡频率传送信号至另一通信设备。此处所指的通信设备包括一基地台。
根据本发明的实施例，回路滤波器310可提取出该估计频率差的变化趋势，并以一第一速率调整下行接收振荡器302的频率。此处“速率”指的是频率在一时间单位内的变化量。平缓化模块312提取出该估计频率差的变动趋势以及该第一调整信号的变动趋势，并产生一第二调整信号。由于第二调整信号比第一调整信号多经过一个平缓化模块312，故传输振荡器的调整速率会比接收振荡器的调整速率慢。平缓化模块312的功用与回路滤波器310的功用相似。在本发明另外的实施例中，平缓化模块和回路滤波器的功用可由一软件实现。
图4显示一依据本发明提出的自动频率控制器架构图40的另一实施例，而图5显示一控制下行接收及上行传输的振荡频率的方法流程图。自动频率控制器40具有一射频传收器42，用以接收下行信号，并产生一接收振荡信号以将接收到的下行信号降频。数字信号处理器44用以估计每个接收到的TDMA帧的频率差。数字信号处理器44在步骤S501中，执行估计指令以取得下行接收振荡频率fC，UL与接收信号 的载波频率的频率差。数字信号处理器44得到的估计值可通过一接口48传送给主控制单元46。主控制单元46在步骤S502中通过平缓化接收振荡频率fC，UL的变化以产生一第一调整信号。接着在步骤S503中，根据该第一调整信号以及该频率差产生一第二调整信号。在步骤S504中，主控制单元46通过接口48将调整量传输到射频传收器42的传输振荡器中。最后，上行传输振荡器及下行接收振荡器的频率都获得调整。在本发明的其它实施例中，平缓化模块可用一滤波器来实现平缓化的频率差及调整信号的功能。由于第二调整信号可被视为“平缓两次”的频率差，因此上行传输振荡器改变频率的速率就会比下行接收振荡器慢。在本发明某些实施例中，射频传收器可包含两个振荡器，一个用作传输振荡器，一个用作接收振荡器；而在本发明另外的实施例中，射频传收器仅使用到一个振荡器，可由切换此振荡器用于传输/接收模式达成。
图6a、图6b及图6c显示下行接收振荡器及上行传输振荡器的频率相对于时间的变化。在图6a中，实线(solid line)代表下行接收振荡器的初始频率与下行传输振荡器之间的频率差，而虚线(dash line)代表的是自下行信道接收到的频率。自下行信道接收到的频率会随着时间及操作环境的变化而改变。在图6b中，虚线代表由频率估计模块估算出来的频率差，而实线代表下行接收振荡器的调整过后的频率。一开始，图6b中的实线很快的接近100Hz，接着大致维持在相同的接收频率上。图6c显示上行传输振荡器的频率相对于时间的变化。可看出上行传输振荡器频率为较平缓化版本的下行接收振荡器频率。上行传输振荡器与下行接收振荡器的频率差大致维持在一常数。
经由本发明的设计，使无线通信设备中的接收频率与传输频率得以使用不同的速率进行调整，避免为了迁就接收频率的调整，而过快或过慢地调整传输频率，可明显增加无线通信的信号稳定度。此项技术特征，特别是在有上行传输震荡器与下行传输震荡器的无线通信设备应用中更为显著，例如全球移动通信系统的手机，即可藉此增加通话的稳定度。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种用以调整无线通信设备频率的方法，其中上述无线通信设备包含一接收振荡器及一传输振荡器，其特征在于，该方法包括：
取得一第一频率及一接收信号的载波频率的频率差，其中该第一频率是由上述接收振荡器所产生；
根据上述频率差，以一第一速率调整上述第一频率，其中上述第一速率为一频率在一时间单位内的变化程度；以及
根据上述第一速率，以一第二速率调整上述传输振荡器，其中该第一速率与该第二速率不相等。
2.如权利要求1所述的调整无线通信设备频率的方法，其特征在于，其中调整上述第一频率的步骤包括平缓化该第一频率的变化以取得一第一调整信号，以控制上述第一频率。
3.如权利要求1所述的调整无线通信设备频率的方法，其特征在于，其中调整上述传输振荡器的步骤包括：
平缓化上述第一调整信号以取得一第二调整信号；以及
根据上述第二调整信号控制上述传输振荡器。
4.如权利要求1所述的调整无线通信设备频率的方法，其特征在于，该方法还包括根据上述第一速率及上述频率差，以一第二速率调整上述传输振荡器。
5.如权利要求1所述的调整无线通信设备频率的方法，其特征在于，其中上述第一速率快于上述第二速率。
6.如权利要求1所述的调整无线通信设备频率的方法，其特征在于，其中上述接收振荡器为一下行接收振荡器，且上述传输振荡器为一上行传输振荡器。
7.一种置于一无线通信设备中的集成电路，其中上述无线通信设备用以与一对应的无线通信设备通信，其特征在于，该集成电路包括：
一降频器，其包括一接收振荡器，用以产生一第一频率并将第一信号降频至复数个第二信号，其中上述第一信号具有一载波频率且是由上述对应的无线通信设备所发射；
一传输振荡器，用以产生一传输频率并以上述传输频率将复数个第三信号传输至上述对应的无线通信设备；
一频率差估计单元，用以根据上述复数个第二信号取得上述第一信号的载波频率，并由上述第一频率及上述载波频率计算一第一频率差；
一第一平缓化模块，用以根据上述频率差产生一第一调整信号，其中上述第一调整信号以一第一速率调整上述第一频率，且上述第一速率是指一频率在一时间单位内变化的程度；以及
一第二平缓化模块，接收上述第一调整信号以产生一第二调整信号，其中上述第二调整信号以一第二速率调整上述传输频率，且上述第一速率与上述第二速率不相等。
8.如权利要求7所述的置于上述无线通信设备中的集成电路，其特征在于，其中上述第二平缓化模块根据上述频率差及上述第一速率产生上述第二调整信号。
9.如权利要求7所述的置于上述无线通信设备中的集成电路，其特征在于，其中上述第一速率快于上述第二速率。
10.如权利要求7所述的置于上述无线通信设备中的集成电路，其特征在于，其中上述第一平缓化模块为一回路滤波器。
11.如权利要求7所述的置于上述无线通信设备中的集成电路，其特征在于，其中上述接收振荡器为一下行接收振荡器，且上述传输振荡器为一上行传输振荡器。
12.一种无线通信设备，用以与一对应的无线通信设备通信，其特征在于，该设备包括：
一接收振荡器，用以产生一第一频率，并将一第一信号降频为复数个第二信号，其中上述第一信号具有一载波频率，且上述第一信号是由上述对应的无线通信设备所发射；
一传输振荡器，用以产生一传输频率，并以上述传输频率将复数个第三信号传输至上述对应的无线通信设备；以及
一处理单元，用以根据上述复数个第二信号取得上述第一信号的载波频率，计算上述第一频率及上述载波频率的一频率差，根据该计算出的频率差产生一第一调整信号，其中上述第一调整信号以一第一速率调整上述第一频率，并接收上述第一调整信号用以产生一第二调整信号，其中上述第一速率是指一频率在一时间单位内变化的程度，上述第二调整信号以一第二速率调整上述传输频率，且上述第一速率与上述第二速率不相等。
13.如权利要求12所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述处理单元为一数字信号处理器。
14.如权利要求13所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述数字信号处理器包括：
一频率差估计单元，用以根据上述复数个第二信号取得上述第一信号的载波频率，并由上述第一频率及上述载波频率估计一第一频率差；
一第一平缓化模块，用以根据上述频率差产生一第一调整信号，其中上述第一调整信号以一第一速率调整上述第一频率，且上述第一速率是指一频率在一单位时间内变化的程度；以及
一第二平缓化模块，接收上述第一调整信号以产生一第二调整信号，其中上述第二调整信号以一第二速率调整上述传输频率，且上述第一速率与上述第二速率不相等。
15.如权利要求14所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述第二平缓化模块根据上述频率差及上述第一速率产生上述第二调整信号。
16.如权利要求12所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述第一速率与上述第二速率不相等。
17.如权利要求14所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述第一平缓化模块为一回路滤波器。
18.如权利要求12所述的无线通信设备，其特征在于，其中上述接收振荡器为一下行接收振荡器，且上述传输振荡器为一上行传输振荡器。
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