CN102577128B - 频率偏移校正 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频电路，包括：-控制单元；及-锁相环路；其中，所述控制单元设置成，通过所述控制单元所知的关系，确定根据自环路滤波器输出的信号的测量值的在所述环路输入端的基准频率的实际值，和所述控制单元所知的所述频率的理论值之间的偏移，并且控制所述偏移的校正。

Description

频率偏移校正

技术领域

本发明总体涉及用于无线通信领域中的集成电路的领域。

更具体地，涉及估计实际基准时钟频率和理论基准时钟频率之间的频率偏移，该频率偏移可能出现在无线通信终端的电路中。

本发明尤其应用于装备移动无线电话设备的集成电路中。

背景技术

无线通信终端的时钟频率的真实值和其接收到的信号的载波频率之间的比例存在不精确的问题。终端必须与电磁波的频率精确地同步，该电磁波用于在无线通信网络中携带通信信号。

偏移可以由各种原因造成。例如，电路中温度的变化或元件的老化(如振荡器中的石英)可能引起这样的偏移。

希望估计此偏移，使其能够被校正，以确保良好的通信质量。

为减少关心的频率偏移，现有技术的终端依赖网络。网络发送为此目的特别提供的控制信号，并且在终端基于这些信号应用校正算法(AFC或“自动频率控制”算法)。

然而，现有技术的方案有很多缺点。

首先，为了同步，终端必须已经接入网络以接收同步控制信号。然而，在同步步骤期间可能发生网络损耗，这意味着必须经过长时间才能接收到信号或者多次尝试是必要的。

这造成大量的同步时间和大量的能量损耗。这些参数对通信质量和终端电源管理至关重要。

其次，同步依赖于网络中使用的调制，因为同步依赖于接收到的同步信号中组织信号(控制)信道的帧结构。

这意味着如果网络有变化，并且使用的调制有变化，必须重做同步算法，并且这些同步算法变得越来越复杂。这导致对算法和设备的额外的开发成本。

最后，接收的质量严重影响同步的效果。

因此，差的无线接收条件导致同步中精度的损失。

一些现有技术终端包括温度补偿电路。众所周知，用于产生时钟信号的晶体的特性是对温度高度敏感。

这些温度补偿电路测量温度，然后基于晶体的根据温度的频率偏差特性的知识，校正频率。

这种电路在材料和开发方面显现了额外的成本。此外，所述电路在完整的远程通信电路的硅上占据更多的空间，这与电路的日益小型化相反。

此外，这样的偏差特性是可用且可靠的晶体的价格很高，这影响到所述终端的成本。

发明内容

需要简单而有效的解决方案，用于估计并校正上述频率偏移。

为这个目的，提出一种射频电路，包括：

·输出端，所述输出端用于传送射频输出信号；

·第一控制单元；

·存储器；

·输入端，所述输入端用于接收给定基准频率的输入信号；

·锁相环路，所述锁相环路包括：

-受控频率发生器，所述受控频率发生器具有与滤波器的所述输出端连接的输入端，所述滤波器的输入端与比较器的输出端连接，所述比较器具有与所述电路的所述输入端连接的一个输入端和与由所述受控频率发生器的输出端产生的反馈通路连接的另一个输入端。

所述存储器存储所述滤波器输出端的信号值和基准频率值之间的关系。所述控制单元设置成，通过所述存储器中存储的所述关系，确定根据所述滤波器输出的信号的测量值获得的所述基准频率的实际值，和所述控制单元所知的所述频率的理论值之间的偏移，并且控制所述偏移的校正。

本发明利用置于所述终端内的锁相环路或PLL以估计所述频率偏移并消除所述频率偏移。没有涉及材料成本的实质性的增加。同样，没有在硬件电路中使用额外的表面面积，并且没有消耗额外的功率。

这还具有减少所述同步时间和增加其精度的效果，因为所述偏移估计和其校正可以在接入所述网络之前进行。另一个效果是减少所述终端的所述功率消耗，因为所述同步更快并且不再受网络损耗的影响。还具有减少所述终端开发成本的效果，因为所述估计不依赖于所述网络的变化。

较佳地，本发明使用所述终端内已间接可用的信息，但是所述信息从未用于同步的频率偏移估计。

在所述终端的整个寿命中进行校准是可能的。因此，尽管在所述滤波器输出端的信号相对所述频率的特性曲线可以根据元件的老化而变化，本发明提供的简易的测量方法允许在所述电路的整个寿命中确定此曲线。

在某些实施方式中，所述电路还包括存储器，所述存储器用于存储表格，所述表格描述所述滤波器输出端的所述信号值和所述输入端的所述信号频率值之间的对应关系。

所述电路还可以包括测量模块，所述测量模块用于测量所述滤波器输出端的所述信号值，其中，所述控制单元配置成，校准所述电路，以预先和/或以循环的方式获得所述滤波器输出端的所述信号值和输入端的所述信号频率值之间的所述对应关系。

还提出一种包括如上所述的电路的移动通信终端、用于这样的电路的控制方法和包括指令的计算机程序，当所述计算机程序在处理器中被加载并执行时，所述指令用于实现所述方法。

本发明的这些目的至少具有与估计所述频率偏移的方法相联系的相同的优点。

附图说明

通过阅读下文的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见。这些描述是纯粹说明性的并且要参照附图阅读，其中：

图1示出根据本发明的一些实施方式的电路；

图2示出图1所示电路的滤波器输出端的电压和时钟频率的电压/频率特性曲线；

图3示出根据本发明的一些实施方式的方法的步骤；

图4示出根据本发明的一些实施方式的终端。

具体实施方式

根据本发明的实施方式的电路在图1中示意性示出。此电路包括比较器COMP，该比较器COMP具有输入端A，该输入端A与该电路的时钟CLK的输出端连接，且另一输入端由反馈通路FEED提供。该比较器的输出端与低通滤波器FILTR的输入端连接，该低通滤波器FILTR的输出端B与受控振荡器OSC的输入端连接，受控振荡器OSC例如压控振荡器。受控振荡器的输出端C与反馈通路和各种器件OUT连接，各种器件OUT接收自受控振荡器输出的射频信号。反馈通路可以包括分频器，该分频器未示出。

由比较器、滤波器、振荡器、和与时钟相关的反馈环路形成的组件称为锁相环路。这样的环路通常用于在各种电子电路中控制频率。通常，该环路的输入端由比较器的输入端组成，该比较器的输入端与所述反馈环路连接，并且该环路的输出端由受控振荡器的输出端组成。

在下面的描述中，提出使用此环路的新的方式，其中，使用在滤波器输出端的信号，代替该环路的输出，以估计并校正频率偏移。

例如，时钟为石英钟。这种时钟用于提供信号，其频率作为各种电路的基准频率。

当然，也可以提供另一种元件代替时钟。所提出的电路允许在其他设备发出的信号中测量频率偏移。

图2示出表示根据比较器输入端A的信号的不同频率，滤波器输出端B的各个信号值的分布的曲线。在此示例中，该曲线是直线。可以看出，在滤波器输出端B的信号值和在比较器输入端A的信号频率值之间存在倍数因子。诸如所示的曲线称为电路的特性曲线。

为了获得特性曲线，对于在比较器输入端A的信号频率的不同值，在滤波器输出端获得信号的一系列测量值。例如，测量滤波器输出端B的电压。也可以推断其它值，以获得连续的特性曲线。例如在图2中，从四个点推导出表示滤波器输出端B的信号值和比较器输入端A的信号频率值之间的线性关系的直线。

建立特性曲线可以在设计阶段和/或电路的寿命中的各个时刻进行。实际上，滤波器输出端B的信号值和比较器输入端A的信号频率值之间存在的关系可以随着时间而变化。

例如，如果认为滤波器输出端B的信号值和比较器输入端A的信号频率值之间存在线性关系，比例系数的值可以随时间变化。因此，如果通过对用于滤波器输出端的值的测量值施加与比例系数的倒数对应的倍数因子，取得比较器输入端A的信号频率值，并且此倍数因子在建立特性曲线的时刻和进行测量的时刻之间已经变化，因此获得的频率的值将不准确。

可以在电路组装期间或者操作期间建立特性曲线。

下面的描述是在操作期间建立特性曲线的情况。实际上，为了考虑可能修改特性曲线的各种因素，可以考虑在电路的寿命期间定期地建立特性曲线。例如，为了考虑元件老化，定期地建立特性曲线。

操作期间，为了估计比较器输入端A的信号的频率偏移，如图1中示意性示出，电路包括测量模块MESUR，该MESUR用于测量滤波器输出端B的信号的值。

例如，测量模块包括模拟-数字转换器，该模拟-数字转换器连接到寄存器(也未示出)。在此示例中，该转换器的输入端连接到滤波器输出端B，并且将滤波器输出端的信号的值转换为数字值。转换器的输出端连接到寄存器，该寄存器存储由转换器提供的值。因此，寄存器含有用于输入到振荡器的电压的值。

测量模块被布置在滤波器的输出端B和处理器PROC之间，该处理器PROC负责比较存储在上述寄存器中的在滤波器输出端B所测量的值和特性曲线的值。

特性曲线以表格的形式存储于存储器TAB，该表格是当建立特性曲线时在滤波器输出端B所测量的信号值和在建立同一特性曲线期间在比较器输入端A的信号的频率值之间的相互关系的表格。

在一变型中，存储器TAB以特性曲线的数学模型的形式存储该特性曲线。此模型可以由一组参数表示。在如上所述的线性特性曲线的示例中，这涉及到诸如存储倍数因子和用于将在滤波器输出端的信号的测量值乘以此系数的指令。当测量值在表格中找不到时，这种变型是有利的，因为该模型允许从滤波器输出端的信号的任意测量值找到比较器输入端的信号频率的任意值。

当测量值在表格中找不到时，例如，该处理器可以在表格中最接近测量值的两个值之间进行推断。

在另一种实施方式中，可以强迫处理器在表格中选择最接近测量值的值。

通过特性曲线获得的比较器输入端A的信号频率的值构成此频率的估计值。这个估计值被传输到校正单元CORR以校正电路中的偏移。

例如，校正单元比较频率的估计值和时钟输出端的信号频率的理论值。当电路在远程通信网络中用于同步时，这个理论值例如为远程通信网络的载波信号的频率。

然后，如果差值大于一定的阈值，该校正单元直接作用于提供信号给比较器输入端A的设备(例如时钟)，以增加或减少此信号的频率，直到滤波器输出端的信号的测量值返回与理论值相同的比较器输入端A的信号值。

在另一模式中，在提供信号给比较器输入端A的设备(例如时钟)和使用传出的信号的电路之间放置频率加法器。此频率加法器将信号插入，该信号校正通过特性曲线获得的时钟输出端的信号频率的值和理论值之间的差值。

现在参照图3介绍根据一些实施方式的估计和校正频率偏移的方法的步骤。

在第一步骤S31中，建立特性曲线，该特性曲线将用于确定比较器输入端A的信号频率的值。这个特性存储在表格TAB中。可以参照上述关于建立这种特性曲线的解释。

然后，在步骤S32期间，测量滤波器输出端的信号的值。此测量是通过测量模块MESUR进行的。然后，在步骤S33期间此测量的值允许计算比较器输入端A的信号频率的当前值。然后，在步骤T34期间该频率的此当前值与频率的理论值进行比较。

如果当前值被认为是非常接近于理论值，例如，如果当前值与理论值仅相差由于测量不精确而造成的可预见量，该方法返回步骤S32用于测量在滤波器输出端的信号值。这种返回到步骤S32是通过步骤T36完成的，该步骤T36允许返回到建立特性曲线的第一步骤。

实际上，如上所述，它可能对在电路的寿命期间几次建立此曲线是有用的。因此，步骤T36可以包括验证是否已满足用于建立新的曲线的一组条件，例如，验证自上次建立特性曲线起是否已经过一定间隔的时间。

另一方面，如果时钟输出端的信号频率的当前值与理论值之间的差值被认为是过大，该方法前进到频率校正步骤S35，如上所述，步骤S35由校正模块CORR实现。

一旦完成校正，该方法返回到测量步骤S32。此返回可以通过已经提到的步骤T36再次发生。

用于实现该方法的计算机程序，可以根据从图3的总流程图和以上描述中推导出的算法来实现。此计算机程序意图通过包括如上所述的电路的终端来实现。

图4示意性示出根据本发明的一种实施方式的终端TERM。此终端包括频率偏移估计和校正模块ESTIMCORR，该频率偏移估计和校正模块ESTIMCORR包括图1所示的电路。该终端还包括同步模块SYNC和通信模块COM，该SYNC用于通过解调载波频率携带的信号而同步无线通信网络中的终端，该通信模块COM用于通过此网络发送和接收数据。模块被设置成允许该终端校正如上所述的频率偏移，以尽可能的接近载波频率并且与网络的载波频率同步。控制单元CTRL控制这些各种元件，尤其是控制校正模块，校正模块包括图1所示的电路，并且包括处理器，该处理器执行用于实现本发明方法的、存储在该终端的存储器MEM中的计算机程序。

当然，本发明不仅限于这里所描述的实施方式。其延伸至其他的变型。

Claims (7)

1.一种射频电路，包括：

·输出端(C)，所述输出端用于传送射频输出信号；

·控制单元(PROC)；

·存储器(TAB)；

·输入端(A)，所述输入端用于接收给定基准频率的输入信号；

·锁相环路，所述锁相环路包括：

比较器，所述比较器具有输出端和与所述射频电路的输入端(A)连接的第一输入端；

滤波器，所述滤波器具有输出端(B)和与所述比较器的输出端连接的输入端；

受控频率发生器(OSC)，所述受控频率发生器具有与所述射频电路的输出端(C)连接的输出端和与所述滤波器的输出端(B)连接的输入端；

其中，所述比较器具有与所述受控频率发生器的输出端连接的第二输入端；

其中，所述存储器存储表示所述滤波器输出端所测量的信号值和所述比较器第一输入端的基准频率值之间的相互关系的特性曲线，并且所述控制单元设置成：通过所述存储器中存储的所述特性曲线，确定根据所述滤波器输出的信号的测量值获得的所述基准频率的实际值和所述控制单元所知的所述频率的理论值之间的偏移，并且控制所述偏移的校正。

2.如权利要求1所述的电路，其中，所述存储器存储所述滤波器输出端的信号值和基准频率值之间的所述关系的数学模型。

3.如前述任一项权利要求所述的电路，还包括测量模块，所述测量模块用于测量所述滤波器输出端的所述信号值，并且其中所述控制单元配置成校准所述电路，以预先和/或以循环方式获得所述滤波器输出端的信号值和基准频率值之间的所述关系。

4.一种移动通信终端(TERM)，包括权利要求1所述的电路。

5.一种用于控制射频电路的方法，所述射频电路包括用于传送射频输出信号的输出端、控制单元、存储器、用于接收给定基准频率的输入信号的输入端、和锁相环路，其中，所述锁相环路包括：具有输出端和与所述射频电路的输入端连接的第一输入端的比较器、具有输出端和与所述比较器的输出端连接的输入端的滤波器、具有与所述射频电路的输出端连接的输出端和与所述滤波器的输出端连接的输入端的受控频率发生器，其中，所述比较器具有与所述受控频率发生器的输出端连接的第二输入端，所述方法包括由所述控制单元执行的步骤，所述方法步骤包括：

-确定表示所述滤波器输出端所测量的信号值和所述比较器第一输入端的基准频率值之间的相互关系的特性曲线，其中，所述特性曲线被存储在所述存储器中(S31)；

-测量(S32)所述滤波器输出端的信号值；

-计算(S33)所述基准频率的实际值；

-比较(T34)所计算的实际值和从所述特性曲线获得的所述频率的理论值；

-估计所述基准频率的实际值和所述频率的所述理论值之间的偏移；及

-校正所述偏移。

6.如权利要求5所述的方法，其中，还建立(S31)从所述滤波器输出的不同的信号值和来自所述第一输入端的不同的基准频率值之间的关系；并且其中所述估计是通过所述关系进行的。

7.一种用于在远程通信网络中建立来自如权利要求4所述的移动通信终端的通信的方法，其中，所述方法包括执行权利要求5至6中任何一项所述的方法的步骤和同步所述终端和所述网络的步骤。