CN103220239A - 计时校准方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置、程序和方法，所述装置包括：第一计时元件；第二计时元件；控制器，设置为在第二计时元件掉电的较低功率模式和两个计时元件均上电的较高功率模式之间切换该装置；收发器，其可操作以在较高功率模式中时，基于第二计时元件的外部地发射或接收信号到该装置；以及校准器，配置为在较低功率模式的阶段之间的较高功率模式的多个阶段中的每一个的期间相对于第二计时元件实施第一元件的校准。该装置进一步包括估计器，配置为依据来自在较高功率模式的阶段的早期的校准中的在先校准的估计来控制实施在所述阶段的当前一个中所实施的校准的方面。

Description

计时校准方法和装置
技术领域
本发明涉及具有较高功率模式和较低功率模式的通信装置，并且涉及在较高功率模式阶段期间对装置的计时（timing）元件进行校准。
背景技术
通信装置可包括用于执行信号处理代码或“软调制解调器（softmodem）”代码的处理器，例如配置为经由装置的无线收发器通过诸如3GPP网络的无线蜂窝网络进行通信。在一种设置中，处理器可采取设置为运行软基带调制解调器代码的基带处理器的形式，与正实施于软件中的基带域中的大多数或所有操作一起，结合专用射频（RF）前端进行操作。通信装置通常装备有高功率模式，其中收发器和处理器上电以便为经由网络外部通信到装置做准备，以及低功率模式，其中处理器相对不活动，并且收发器和处理器不进行外部通信。其他类型的有线和无线通信装置还可装备有类似的较低和较高的功率模式。
当诸如基带处理器的处理器在低功率模式时，可选通一个或多个高分辨率时钟来节省功率。在该模式中，仅剩的记时器是诸如32kHz实时计数器（RTC）的低功率、低频率设备。通常不能提前确定RTC的精确频率，因为其取决于外部因素如温度。另一方面，基带需要周期地唤醒以检查诸如呼入、SMS消息等等外部活动。这些活动称为“寻呼活动（pagingactivity）”。为了确保来自低功率模式的适时唤醒，需要校准RTC。尽管数字取决于诸如关于唤醒可容许多少误差的系统设计参数，但是为了保证基带按时唤醒以解码RF接收窗口内的寻呼块，在预计频率上所要求的精度可以是例如2ppm。以诸如附加的处理和/或更高的噪声敏感度等等的其他因素为代价，可能容许更大的误差。因此，其他的实现方案可具有不同的要求。
为了校准RTC，使用诸如蜂窝记时器（CET）的稳定、频率较高但功率较高的装置来计量RTC，例如15.36MHz时钟。每个测量均包括同时运行RTC和CET这二者以及分别对RTC和CET循环的数目进行计数。CET/RTC循环比用于估计RTC的真实频率。这些测量优选地从唤醒连续地运行到较高的功率模式中，直到下一个条目返回到低功率模式中（CET在低功率模式中不可用）。
为了不浪费功率，RTC校准应纳入寻呼活动内。例如，由于在当前标准中，最短寻呼活动可持续8ms，因此可期望校准不应长于8ms。然而，RTC的任何单独8ms校准上的测量不确定性当前大于8ppm。再者，8ms和8ppm要求是依赖系统的。例如，对于3G系统而言，寻呼指示器可能是长度从66μs到533μs的任意值。8ms的其余部分用于为收发器上电、处理结果和决定重新进入睡眠—所有这些均可以在其他实现方案中发生变化。虽然如此，在许多情况下仍留有问题，即在否则将是自然唤醒时间（例如，用于寻呼所需要的最小时间）的情况下，不能可靠地达到所要求或至少所期望的准确度，这意味着不得不人为地延长唤醒时间，或不得不容许更低的准确度，或不得不投入更多的处理资源以校准。
发明内容
本发明提出了频率偏移估计器，以依据所估计的正在经历的偏移量，算出下一个校准测量应该持续多长时间，来产生对于校准诸如RTC的计时元件的充分估计。
根据本发明的一个方面，提供了一种装置，包括：第一计时元件，设置为生成第一计时信号；第二计时元件，设置为独立于第一计时元件生成第二计时信号；控制器，设置为在较低功率模式和较高功率模式之间切换该装置，在所述较低功率模式中第一计时元件上电而第二计时元件掉电，在所述较高功率模式中第一和第二计时元件均上电；收发器，可操作以基于第二计时信号，当在较高功率模式中时外部地发射或接收信号到该设备；校准器，配置为在较低功率模式的阶段之间的较高功率模式的多个阶段中的每一个期间相对于第二计时信号实施第一计时信号的校准，所述校准中的每一个均在与若干计时信号的循环相对应的各自的校准时间期间实施，以及所述校准中的每一个均由此生成代表第一信号频率的各自结果；以及估计器，配置为依据在较高功率模式的阶段的早期的校准中的在先校准的结果来控制在所述阶段的当前一个中所实施的校准的方面。
在实施例中，估计器可包括：偏移估计器，配置为依据在来自较高功率模式的阶段的早期的校准中的在先校准的结果中的偏移来调适在较高功率模式的阶段的当前一个中所实施的校准的校准时间，所述方面包括校准时间。
偏移估计器可包括滤波器，设置为接收在先校准的结果，以及该偏移估计器可配置为通过依据滤波器的输出来调适校准时间而依据该偏移来调适当前校准时间。
滤波器可包括平均化滤波器，配置为维持在先校准的结果的平均积分。
滤波器可包括无限脉冲响应滤波器。
估计器可包括：频率估计器，配置为依据来自较高功率模式的阶段的早期的校准中的在先校准中的结果来调整在较高功率模式的阶段的当前一个中的第一计时信号的频率的估计，所述方面包括频率估计。
频率估计器可包括滤波器，设置为接收在先校准的结果，频率估计器配置为通过依据滤波器的输出来调适该估计而取决于在先结果来调适当前的估计。
滤波器可包括平均化滤波器，配置为维持来自在先校准的结果的平均积分。
滤波器可包括无限脉冲响应滤波器。
滤波器可设置为维持加权平均，以此在先结果中的每一个均按各自的系数加权。
频率估计器可配置为取决于在先校准中的每一个的校准时间来调适各自的系数。
装置可进一步包括超越机构，配置为分别测量所述偏差以及，在测量到偏差大于阈值的情况下，对于当前校准强加比由偏移估计器所要确定的更长的校准时间。
装置可进一步包括数字生成器，配置为除由于所述偏差的调适之外，还按照随机数和从预定序列所生成的数字之一来改变校准时间。
收发器可操作以通过网络外部通信到装置，并且可设置为基于第二计时信号，在较高功率模式期间检查网络上的外部活动。
收发器可以是无线收发器，可操作以通过无线介质外部通信到装置，并且可设置为在较高功率模式期间检查无线介质上的外部活动。
收发器可以是无线收发器，可操作以通过无线网络外部通信到装置，并且可设置为在较高功率模式期间检查无线介质上的外部活动。
收发器可设置为基于第二计时信号，在较高功率模式期间实施寻呼操作，以通过监听寻呼指示来检查所述活动。
收发器可以是无线收发器，可操作以通过无线网络外部通信到装置，并且可设置为基于该第二计时信号，在较高功率模式的每一个阶段期间实施寻呼操作以监听寻呼指示；以及在先结果的各自的校准时间可取决于在较高功率模式的阶段中的寻呼操作的持续时间。
第一计时信号可用于在较低功率模式中与网络保持同步。
第一计时信号可用于在较低功率模式中与无线网络保持同步。
装置可包括处理器，设置为处理由收发器所发射或接收的信号，并且该处理可基于第二计时信号。
第一计时信号可用于解码在寻呼操作期间所接收的任何寻呼指示。
第一计时信号可处于比第二计时信号高的分辨率。
根据本发明的另一方面，提供了操作装置的一种方法，所述装置包括：设置为生成第一计时信号的第一计时元件，以及设置为独立于第一计时元件来生成第二计时信号的第二计时元件；其中该装置在其中第一计时元件上电而第二计时元件掉电的较低功率模式和其中第一和第二计时元件都上电的较高功率模式之间切换；以及基于第二计时信号，当在较高功率模式中时外部地发射信号到装置或外部地从装置接收信号的装置；以及其中所述方法包括以下步骤：在较低功率模式阶段之间的较高功率模式的多个阶段中的每一个期间相对于第二计时信号实施第一计时信号的校准，所述校准中的每一个均在与若干计时信号的循环相对应的各自的校准时间期间实施，以及所述校准中的每一个均由此生成代表第一信号频率的各自结果；以及依据在较高功率模式的阶段的早期的校准中的在先校准的结果来控制在所述阶段的当前一个中所实施的校准的方面。
在实施例中，所述方法可进一步包括根据由任何上述装置特征所实施的任何操作的步骤。
根据本发明的进一步的方面，提供了包括代码的计算机程序产品，所述代码当被执行时根据任何上述方法或装置特征来操作装置。
附图说明
为了更好地理解本发明以及展示其可以如何达到效果，以示例的方式对附图进行参考，其中：
图1是通信装置的示意性框图。
图2是通信装置的另一个示意性框图，以及
图3是仿真结果的曲线图。
具体实施方式
对图1和2进行参考，其展示了根据本发明的示例性实施例的无线通信装置。
参考图1，装置2包括集成电路（IC）4，所述集成电路4包括处理器14以及无线收发器6，所述无线收发器6包括RF前端8和至少一个天线10。天线10耦连到RF前端8并且RF前端8耦连到基带处理器14。装置2进一步包括一个或多个存储器设备16，每个存储器设备16均包括诸如磁存储介质（例如硬盘）和/或电存储介质（例如EEPROM，也称为“闪存”存储器）的非暂时性计算机可读存储介质或媒介。存储器可包括在处理器14的集成电路4外所实现的片外存储器16a和/或在与处理器14相同的集成电路4上所实现的片上存储器16b。一个或多个存储器设备中的每一个均耦连到处理器14。
存储器16a和/或16b储存信号处理代码，并且处理器14设置为获取和执行信号处理代码以便经由收发器6外部通信到装置2，例如经由RF前端8和天线10。在本发明的特定优选应用中，代码根据诸如2G、3G或LTE（长期演进）3GPP标准的一个或多个无线蜂窝通信标准来配置，以便当被执行时操作装置以通过诸如2G、3G和/或LTE网络的无线蜂窝网络进行通信。处理器14设置为执行从存储器获取的代码，以及由此处理用于经由收发器6通过网络发射的传出数据和/或处理经由收发器6从网络所接收的传入数据。
优选地，将处理器14与包括RF（射频）和任何IF（中频）级的前端8一起编程为软基带调制解调器。即在接收端上，在专用前端8中实现从天线10接收RF信号直到并且包括向下混合到基带的所有射频功能。类似地，在发射端上，在专用前端8中实现从基带向上混合到输出RF信号到天线10的所有功能。然而，基带域中的所有功能均实现在储存于存储器16a和/或16b并且由处理器14所执行的软件中。虽然这是优选实现方案，但是例如RF和/或IF级不实现在专用前端8中的方案也是可能的。
在优选实现方案中，在前端8的接收部分中的专用硬件可包括低噪声放大器（LNA）、用于将所接收的RF信号降频转换到IF和用于从IF降频转换到基带的混频器、RF和IF滤波器级、以及模数转换（ADC）级。在同相和正交基带支路中的每一个上均提供ADC用于多个接收分集支路中的每一个。在前端15的发射部分中的专用硬件可包括数模转换（DAC）级、用于将基带信号升频转换到IF和用于从IF升频转换到RF的混频器、RF和IF滤波器级、以及功率放大器（PA）。前端8可在专用硬件电路中实现，或者RF前端8的一些或全部可在运行于分开的、专门的RF处理器上的软件中实现。在前端8和基带处理器14之间的接口可以是模拟RF接口或诸如DigRF接口的数字无线电接口。用于实施这些无线电功能的所要求的硬件的细节对本领域的技术人员是公知的。
软件可随后处置诸如调制和解调、交错和分选、速率匹配和解匹配（dematching）、信道估计、均衡、倾斜处理、比特对数似然比（LLR）计算、发射分集处理、接收分集处理、多发射和接收天线（MIMO）处理、语音编解码、通过功率控制或自适应调制和编码的链路适配、以及蜂窝测量的功能。
装置2进一步包括第一振荡器12i和第二振荡器12ii，通常为晶体振荡器。第一振荡器12i的频率例如可以约为数十kHz，并且在优选示例中是32.768kHz。第二振荡器的频率可采取一系列的值，但可能约为数十MHz。在优选示例中，从具有15.36MHz、19.2MHz、26.0MHz、38.4MHz和52MHz频率的组中选择第二振荡器12ii。下面的示例将使用15.36MHz。
振荡器12中的每一个均设置为生成周期性的震荡参考信号用于由计时电路18使用，以生成形式为时钟信号或计数信号的计时信号。第一振荡器12i耦连到第一计时电路18i并且设置为提供在生成第一计时信号中由第一计时电路所使用的第一参考信号，并且第二振荡器12ii耦连到第二计时电路18ii并且设置为提供在生成第二计时信号中由第二计时电路所使用的第二参考信号。
第一计时电路18i和第二计时电路18ii中的每一个均至少包括时钟电路，设置为从其各自的振荡器12i或12ii中接收震荡参考信号，并基于该震荡参考信号生成形式为二进制时钟信号（在数字逻辑1和逻辑0之间周期性地转变）的各自的计时信号，所述各自的计时信号具有各自的振荡器12i或12ii的频率或源自各自的振荡器12i或12ii的频率（例如振荡器频率的整数倍或除法或有理分式）。第一计时电路18i和第二计时电路18ii中的每一个均还可包括计数器，设置为一旦由各自的时钟信号（通常由时钟信号沿）所钟控时则周期性地增加或减少各自的计数值，由此生成形式为代表各自计数值的各自计数信号的各自的计时信号。可替代地，需要基于两个时钟信号之一来完成的任何计数均可在运行于处理器14上的软件中实现。一般地，可在本文中所使用的术语计时器、计时设备、计时元件、时钟或相似物，指的是二进制0-1时钟或时钟信号或者有规律地增加或减少的计数器或计数信号，其中任何一个均全部实现在计时电路18i和/或18ii中或者可能部分在运行于处理器14上的软件中部分实现，在该软件中存在诸如要完成的计数或除法的操作。虽然如此，在优选实施例中，RTC18i和CET18ii中的每一个均包括各自的硬件计数器以及相关联的电路，而不仅是基本的1-0时钟。还要注意，就计数器而言，周期、循环、频率或计数器速率或相似物指的是一个计数，即一个单位的增加或减少，而不是指计数器的全部环绕式处理范围。
如图1所示，尽管不排除使用在IC4之外的电路的片外或部分片外的实现方案，但是可将第一和第二计时电路18i和18ii包括在与处理器14相同的集成电路4内。无论哪种方式，第一计时电路18i和第二计时电路18ii均向前耦连到处理器14以便将第一和第二计时信号提供给处理器14。例如，如前所述，从具有15.36MHz、19.2MHz、26.0MHz、38.4MHz和52MHz的频率的组中选择第二振荡器12ii，例如在一个特定的实现方案中为15.36MHz。第二计时电路可附加地包括锁相环（PLL），设置为倍增该频率来生成甚至更高速率的计时信号用于钟控处理器14和其相关联的逻辑，例如约为GHz、数十GHz或数百GHz；尽管CET计数器仍可以基础的15.36MHz速率（或无论振荡器12ii的基本速率是多少）进行钟控。
在优选实施例中，第一振荡器12i设置为提供在合适频率的参考信号使得第一计时电路18i操作为实时时钟（RTC）。即用于测量“人类时间”的时钟，常规地以秒、分钟和/或小时，即以在人类尺度上对于人来说可理解的时间单位。实时参考振荡器通常每秒两次震荡的整数幂的频率，即2n次震荡/秒，其中n是整数，因为这对于划分到1秒的单位是最方便的。最常见的是32.786kHz，其为215次震荡/秒，并且其将在下文中作为示例使用。
RTC18i优选地与第二振荡器12ii和计时电路18ii形成对比，可提供所述第二振荡器12ii和计时电路18ii以便对处理器14和/或芯片4的其他电路进行钟控，来管理数字逻辑和/或处理经由收发器6所发送或接收的通信。例如，当利用来自适合频率的第二振荡器12ii的参考信号驱动第二时钟电路18ii时，第二时钟电路18ii可设置为提供蜂窝计时器（CET）。这通常具有高得多的频率，例如约为RTC频率的一千或更多倍，并且不需要每秒具有方便的整数或二次幂数目的循环。
将通过参考RTC18i和CET18ii来描述下文，但将理解的是，本发明也适用于第一和第二计时元件的其他设置。
装置2还包括耦连到处理器14、CET18ii和收发器6（例如到RF前端8）中的每一个的功率控制模块20。图1中所示的功率控制器20虽然包括在与处理器14相同的集成电路4上所实现的专用硬件单元，但更普遍地，功率控制器20可以是在片上或片外的硬件和/或设置为运行于处理器14上的软件的任何组合中所实现的模块。
在操作中，功率控制器20配置为在第一较高功率或上电模式和第二较低功率或掉电模式之间切换装置2。在上电模式中，第二计时电路18ii在这种情况下为CET，被启用以便生成第二计时信号。还通常通过为RF前端8上电来启用收发器6以便使其准备通过网络发送和/或接收信号。进一步地，启用处理器14以基于从已启用的CET18ii所接收的计时信号的计时来处理信号，所述信号至少包括要经由收发器6发送和/或接收的信号。在上电模式中，还可启用处理器14以实施其他通用处理功能。另一方面，在掉电模式中，禁用CET18ii以便不生成第二计时信号。还禁用收发器6以使其不处于其中该收发器6可用于通过网络发射或接收信号的状态，通常是因为RF前端8掉电。进一步地，至少要禁止处理器14处理要经由收发器6所发射或接收的信号，并可禁止处理器14实施任何处理功能。然而与CET18ii不同，RTC18i在上电模式和掉电模式中均保持启用。因此，在上电模式或较高功率模式中，所有RTC18i，CET18ii、处理器14和收发器6均得以激活；同时在掉电或较低功率模式中，RTC18i保持活动但CET18ii和收发器6被停用，并且至少就用于经由收发器6通信的处理信号而言，处理器被至少部分停用。在实施例中，可完全禁止处理器14执行任何代码。用于激活和停用这些各种部件以便节省功率的合适技术的细节，就其本身而言，将为本领域的技术人员所熟悉。还要注意，这两种模式无需是仅有的处理器功率模式，但至少将考虑这些类型中的两个模式用于下文的目的。
至少当处理器14需要经由收发器6通过网络通信时，无论是通过网络发送和/或接收信号，功率控制器20均设置为与基带处理器14进行通信以便将装置2唤醒到上电模式。相反，当不需要通过网络进行通信时，功率控制器20设置为与处理器14进行通信以便使装置2掉电进入掉电模式。功率控制器20可在掉电模式阶段和上电模式阶段之间交替地切换装置2。
在本发明的特定优选应用中，功率控制器20设置为将装置2唤醒进入上电模式以实施寻呼操作，即通过监听来自网络的寻呼指示来检查网络上的外部活动。这种寻呼操作可包括检查诸如呼入或文本消息的传入通信。功率控制器20将随后在寻呼操作之间空闲时使装置2掉电进入较低功率模式。优选地，功率控制器20设置为唤醒装置2来周期性地即以有规律的时间间隔实施寻呼操作。
在空闲阶段中，当装置2掉电以致CET18ii不可用并且处理器14既未正在进行外部通信也未正在经由收发器6监听寻呼时，剩余的RTC18i用于与网络保持同步。RTC18i的监视可由功率控制器20、或由仍然在掉电后的处理器14上保持运行并触发功率控制器20的一些最小限度的软件来完成。无论哪种方式，一旦根据RTC18i确定空闲阶段的某一持续时间已经过去，那么将唤醒装置以检查寻呼指示。
当装置在上电模式中时，当CET18ii实际正在进行通信或对通信进行监听时，使用该CET18ii来对由处理器14所实施的操作进行计时—例如用作时钟信号或时钟信号的基础用于解码寻呼块。
图2以更多细节展示了装置2。该装置包括基带处理模块22；耦连到RTC18i、CET18ii和基带处理模块22的校准驱动器24；每个均耦连到校准驱动器24的频率估计器26和偏移估计器27；以及在某些实施例中，耦连到校准驱动器24的随机数字生成器。基带处理模块24可包括偏移测量反馈模块30。在所示出的实现方案中，这些元件中的每一个均实现为软件模块，所述软件模块储存在一个或多个存储器设备16a和/或16b上并且设置为将在处理器14上执行，但是一些或所有这些模块均可分别替代性地部分或全部在专用硬件电路中实现。
为了确保及时从低功率模式中唤醒，需要校准RTC18i并保持校准。为了该目的，每次装置2重新进入上电模式，校准驱动器24均利用正在运行的CET18ii来校准RTC18i。即采用来源于RTC的立即输出计时信号但采用基于校准所调整的计时来生成经校准的计时信号。如上所述，通常不能预先确定RTC18i的频率，因为其取决于比如温度的变化的外部因素。对于所估计的频率来说，所要求的准确度优选地是2ppm（以保证基带按时唤醒以解码RF接收窗口内的寻呼块）。
为了校准RTC，由校准驱动器24使用诸如CET18ii的稳定、频率较高但功率较高的设备，例如15.36MHz时钟，来计量RTC18i。每个测量均包括同时运行RTC18i和CET18ii这二者以及对RTC的数目和CET循环的数目进行计数。CET循环与RTC循环的比率随后用于估计RTC18i的真实频率。这些测量优选地从唤醒连续地运行进入较高功率模式，直到下一个条目返回进入低功率模式为止。
为了不浪费功率，RTC校准应优选地纳入寻呼活动内。为了得到最好的准确度，计数在RTC时钟沿上开始和停止，因此，不确定性是在测量周期期间的一个CET时钟循环。例如，在15.36MHZ CET时钟（65ns的循环周期）和8ms测量的情况下，准确度是+/-65ns/8ms，其为8.14ppm。所以如果最短的寻呼活动持续8ms，那么优选地不应采用长于8ms来校准RTC（虽然要再次注意，最短的寻呼活动取决于系统实现方案，如所期望的准确度那样）。然而，对于RTC的任何单独的8ms校准来说，测量不准确性当前大于8ppm。
为了解决该问题，本发明的示例性实施例提供了频率估计器26和偏移估计器27中的一个或全部两个，配置为进行如下操作。频率估计器26和偏移估计器27可分别或者与另一个结合来实现。
校准驱动器24每次校准RTC18i，其均采取两个计数：
-RTC滴答（tick）的数目，即nRTC；以及
-CET滴答的数目，即nCET。
根据这两个计数，校准驱动器24可计算实际RTC频率fRTC的最后估计（因为CET频率fCET相对于RTC准确地可知）。这是未过滤的（原始的）RTC频率估计：
fRTC(t)=fCET(nRTC/nCET)
频率估计器26设置为接收RTC18i的原始频率估计，即每次实施校准的时间t的fRTC值。
偏移估计器27设置为接收在RTC18i的最近的原始频率估计和RTC的在先的原始频率估计之间的差异（通过除以这两个测量之间的经过时间而转换为改变率），即，可将原始输入偏移d表示成：
d = ABS [ f RTC ( t k ) - f RTC ( t k - 1 ) ] t k - t k - 1
其中k是窗口的离散指数，在该窗口中实施校准。
优选地，频率估计器26和偏移估计器27中的每一个均包括各自的滤波器，配置为与下面一个实施例一致，并且在一个特定的优选实施例中，频率估计器26和偏移估计器27中的每一个均包括无限脉冲响应（IIR）滤波器。根据测量的持续时间（长测量比短测量更可靠），频率估计器26的滤波器优选地将权重归属于最后的测量。
频率估计器26过滤RTC18i的原始频率估计并且在实施例中优选地具有自适应系数。已引入频率估计器26以消除原始测量的误差。
校准采样的平均值提供了实际RTC晶体频率的良好近似。为了当将采样馈入平均化滤波器而产生平均值，一个选项可以是使用滑动平均滤波器。滑动平均滤波器对于普通任务是最佳的：减少随机噪声同时维持陡峭阶跃响应。在校准采样中确实存在噪声（由于晶相抖动和CET循环取整），并且需要响应陡峭阶跃（如果存在高温度梯度，则晶体频率可急剧改变）。
如果fRTC(tk)是第k个原始（未过滤的）校准采样，并且FRTC(tk)是第k个经过滤的频率估计，则可通过下面的有限脉冲滤波器（FIR）来定义滑动平均滤波器的卷积实现：
F RTC ( t k ) = 1 M Σ m = 0 M - 1 f ( t k - m )
其中M是采样的数字，由该采样的数字来计算平均值。
滑动平均滤波器在噪声是随机的环境下有效工作。然而，在本发明的实施例中，使用滑动平均滤波器对于晶体校准的特定目的而言可能不是优选的，因为根据一些相关性标准（例如校准的持续时间）而无法提供容易的手段用于对校准采样进行加权。此外，滑动平均滤波器要求对在先的校准采样的一定存储并且其在滤波器可输出平均值之前采用M个校准采样。
用于晶体校准的更优选平均化滤波器将是简单的，能够从第一校准采样输出平均值，以及能够对以下事实加以考虑：可从校准的持续时间来估计校准采样上的误差。因此，将下面的第一顺序的无限脉冲响应（IIR）平均化滤波器使用在本发明的优选实施例中：
FRTC(tk)＝(1-ak)FRTC(tk-1)+akfRTC(tk)
其中F0=f0，并且ak属于[0,1]
在上面的公式中，ak是IIR滤波器的第一顺序的系数并且根据校准采样fRTC(tk)的显著性来确定。
输出F可由频率估计器26表示为绝对频率或更优选地为相对于RTC晶体12i的理想或标称频率的差，例如以ppm表示（百万分率）。如上所述，经过滤的估计F可随后用于未经过滤的频率f可以在其他方面已经用于的任何目的。
校准采样上的误差随着校准持续时间的增大而缩小，使得校准采样更显著。因此在特定的优选实施例中，频率估计器26配置为取决于相应测量的持续时间来调适第一顺序系数an。当趋向于1时，新校准采样的权重更大。相反，当趋向于0时，新校准采样的权重较低，并且滤波器的历史对于平均值有更大的贡献。
IIR频率滤波器上的新测量的权重计算为：
a(t)＝1-βe(-t/τ)
t在RTC循环中表示并且选择β和τ使得：
a(250)=0.05
a(1250)=0.5
另一个可能性可以是使用系数a的离散调适，即持续时间与定义小的离散仓（bin）集的小的离散阈值集相比较，映射到要使用的相应a值的每一个均是落入各自仓内的持续时间。例如：
如果cal_time<=1000，则a=0.05，
如果cal_time>1000，则a=0.75
现在转到偏移估计器27，其过滤RTC18i的最近的原始频率估计和RTC的在先的原始频率估计之间的差异（通过除以这两个测量之间的经过时间来转换为改变率）。滤波器结构可与频率估计器26相同，但该滤波器的系数优选是固定的。
已引入偏移估计器27以算出下一个测量应该持续多长时间来产生RTC频率的有效估计。如果有必要，为了确保实际测量持续时间长于所要求的最小值，则基带必须保持在低功率模式之外。最初不知道RTC频率，因此测量应是长的。在第一测量后，下一测量的持续时间可缩短。偏移估计器用于确定所估计的频率怎样变化。如果偏移小，则下一个测量的持续时间可缩短。如果偏移大，则下一个测量的持续时间应增大。
优选地，偏移估计器滤波器采取与频率估计器同样的形式，除了优选地采用固定的系数，例如a=0.1。例如，如果DRTC(tk)是经过滤的偏移并且dRTC(tk)是原始的、未经过滤的偏移，则：
DRTC(tk)＝0.9.DRTC(tk-1)+0.1dRTC(tk)
一旦经滤波的偏移D被估计，则依据过去测量所确定的该经估计的偏移可用于调适下一个校准测量的持续时间。对于这样做的示例性实施例可操作如下，其可由结合校准驱动器24操作的偏移估计器27所实现。
在实施例中，偏移估计器27定义了一组不同的离散操作模式，每个模式均与用于下一个校准测量的不同时间相对应，并且取决于所确定的偏移来选择选择下一个模式。例如，偏移估计器可定义三种操作模式，例如其可以是如下：
-攫取模式：初始模式，其中测量的最小持续时间是130ms。如果偏移低于1ppm/秒，则偏移估计器27切换到下一个模式。
-解决（settling）模式：中间模式，其中测量的最小持续时间是30ms。如果偏移低于0.1ppm/秒，则估计器切换到下一个模式。
-稳定模式：测量的最小持续时间是6.5ms。
对于任何长于5秒的测量来说，偏移估计器27经复位到攫取模式。其确保了例如在当温度可能已经显著改变时的长的活动之后，所有在先对RTC真实频率的存储丢失。
这是示例，并且替代性实施例可定义更多操作模式和/或使用不同参数。
在其他替代性实施例中，可基于在持续时间和偏移之间的连续关系来确定下一个测量的持续时间：
下一个测量的持续时间=函数（偏移）
其中函数的优选形式可取决于所正在模拟的特定通信网络并且可基于仿真根据经验加以确定。
偏移估计器26将经确定的测量持续时间供应给校准驱动器24，所述校准驱动器24配置为据此调适下一个校准测量的持续时间。
作为可选的进一步改进，校准驱动器24可耦连到数字生成器28，以提供校准持续时间分集特征。生成器可包括随机数字生成器28，设置为基于合适的随机化过程来生成随机数并且将所生成的数字供应给校准驱动器24，以将进一步变化引入到校准测量持续时间中（基于上述讨论的调适之上）。如将被本领域的技术人员所理解的，由随机数生成器28所使用以生成随机数的过程可能不是真正随机的，但可能跟据合适的模型替代为伪随机过程。
在32kHz RTC晶体12i和15.36MHz CET晶体12ii的情况下，CET/RTC比率通常取决于温度T并且在468.75（T=25C）到468.76（T=0C）之间变化。比率的小数部分因此总是非常接近于3/4。
例如，在T=30C处，已发现该比率是~468.7504。如果校准RTC12i持续400个循环，那意味着187500.16个CET循环，但是仅其整数部分可被测量。在开始校准时的初始RTC/CET偏差是随机的，但是在测量期间存在很高几率漏掉0.16个CET循环。因此，如果总是校准400个循环，那么存在以下风险，即得到平均0.16个CET循环的静态偏差=>0.85PPM。
为了在校准中引入某一分集和消除上述示例中的静态偏差，通过在0和3之间的随机数目的RTC循环来人为地延长校准的持续时间，该随机数目由随机数生成器28生成。这些[0-3]个额外循环帮助去除了由CET/RTC比率的小数部分接近于3/4的事实所招致的静态偏差。
校准驱动24用此在停止测量之前通过立即将任意数目的RTC循环添加至测量来随机对校准的持续时间加以校正。
不使用随机数生成器来对校准持续时间进行校正的替代方式是对于数生成器28，通过下面的诸如序列0、1、2、3、0、1、2、3、0、……的预定序列来生成任意数目的RTC循环。
尽管该示例基于32kHz RTC晶体12i和15.36MHz CET晶体12ii，但应予以理解的是，在与上述内容类似的方式中，振荡器12的其他设置可能经历非整数的循环比率，并因此也可得益于校准测量持续时间中的随机变化，以对它们比率中非整数的余数做出解释。
作为进一步可选的改进，基带处理模块22可包括物理层中的偏移测量反馈块30，其设置为在可能时分开测量来自偏移估计器24的频率偏移，并且将此反馈回校准驱动器24。块30能够从UE2的基带22提供该反馈，因为当其接收到寻呼信号时，其可使用实际接收的信息来测量所接收的信号的计时偏差。例如，它可基于接收到的诸如通用导频信号的导频信号来完成这一操作，例如通过搜索得到3G中的CPICH信号或通过为了解码突发而使用正常突发（Normal Burst）的训练序列（2G）。因此，借助于到偏移估计器27的单独机构，块30可准确估计自从前一个寻呼周期以来，计时是否已经偏移。在好的信号条件下，这可准确到约为几微秒或者更好。
除偏移估计器27之外，这还可用于提供“故障安全”或“备份”机制。偏移估计器24中的滤波器实际上不“知道”其在提供RTC频率的准确测量中是否成功-其仅是基于算法所输出的数字而自动改变持续时间的自动过程，而在其自身中没有该过程结果的任何反馈。因此，引入反馈机制30可能是有利的，该反馈机制可明确测量偏移，并且如果这样，则超越（override）滤波器24和触发“一次性（one-shot）”的更长的校准可能是有利的。偏移测量反馈块30可完成该操作，因为其在基带22的物理层中实现并且可确定来自源于接收到的信号的经处理信息的偏移，而不是仅计数循环的比率。
为了对小的时间偏移进行补偿，当从低功率模式唤醒时，RF窗口稍微宽于通常情况。这允许基带22以测量小的时间偏移并且将时间偏移信息馈送到校准驱动器24中，假如偏移超过预定阈值，则该校准驱动器24可随后确定是否应该增加下一个测量的持续时间。
偏移阈值取决于当前所使用的随机接入技术（RAT）而相异。在2G中，偏移阈值定义为7微秒。在3G中，偏移阈值定义为120个四分之一码片（quarter chips）。
如果由物理层所报告的偏移超过了阈值（以绝对值表示），那么频率和偏移估计器切换到攫取状态。
图3的顶部曲线图展示了在积极的温度步长下的时钟校准的仿真。y轴是从理想的32.768kHz时钟的偏移（以PPM表示），x轴是时间。描绘了下面的信息：
-连续平滑线是真实（实际）RTC频率，
-连续标绘线是校准滤波器的输出，
-小点是原始频率估计，从短的8ms测量算出，以及
-大点是原始频率估计，从较长的40ms测量算出。
在底部曲线图中，可以看到，在该积极场景下，在所估计的频率和真实频率之间的误差从不超过1.5PPM。
应理解的是，仅以示例的方式描述了上述实施例。其他的变形对于本文公开内容所给定的本领域的技术人员而言可以是显而易见的。
例如，尽管已经关于3GPP无线网络对上述内容进行了描述，但是本文所描述的原理可适用于实施任何外部通信的任何通信装置，例如在根据不同的通信标准进行操作的无线网络上或者甚至在有线网络上唤醒。在所说的某些元件彼此耦连的情况下，这意味着可操作地耦连并且不必然隐含没有居间部件的直接连接。进一步地，在提及存储器设备的情况下，这可指在任何一个或多个物理单元上实现的任何存储介质或媒介；以及在提及处理器的情况下，这可以在相同的集成电路或不同的集成电路上以一个或多个处理核心的形式实现。本发明不被所描述的实施例而仅由附加的权利要求所限制。

Claims (47)

1.一种装置，包括：
第一计时元件，设置为生成第一计时信号；
第二计时元件，设置为独立于所述第一计时元件生成第二计时信号；
控制器，设置为在较低功率模式和较高功率模式之间切换所述装置，在所述较低功率模式中所述第一计时元件上电而所述第二计时元件掉电，在所述较高功率模式中所述第一和第二计时元件均上电；
收发器，可操作以当在所述较高功率模式中时，基于所述第二计时信号外部地发射或接收信号到所述装置；
校准器，配置为在所述较低功率模式的阶段之间的所述较高功率模式的多个阶段中的每一个期间相对于所述第二计时信号实施所述第一计时信号的校准，所述校准中的每一个均在与所述计时信号的若干循环相对应的各自的校准时间期间实施，以及所述校准中的每一个均由此生成代表所述第一信号的频率的各自的结果；以及
估计器，配置为依据在所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的在先校准的所述结果来控制在所述阶段的当前一个中所实施的所述校准的方面。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述估计器包括：
偏移估计器，配置为依据在来自所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的在先校准的所述结果中的偏移来调适在所述较高功率模式的所述阶段的所述当前一个中所实施的所述校准的所述校准时间，所述方面包括所述校准时间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述偏移估计器包括滤波器，设置为接收所述在先校准的所述结果，所述偏移估计器配置为通过依据所述滤波器的输出来调适所述校准时间而依据所述偏移来调适所述当前校准时间。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述滤波器包括平均化滤波器，配置为维持所述在先校准的所述结果的平均积分。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中所述滤波器包括无限脉冲响应滤波器。
6.根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述估计器包括：
频率估计器，配置为依据来自所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的所述在先校准的所述结果来调整在所述较高功率模式的所述阶段的所述当前一个中的所述第一计时信号的所述频率的估计，所述方面包括所述频率估计。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述频率估计器包括滤波器，设置为接收所述在先校准的所述结果，所述频率估计器配置为通过依据所述滤波器的输出来调适所述估计而依据所述在先结果来调适所述当前估计。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述滤波器包括平均化滤波器，配置为维持来自所述在先校准的所述结果的平均积分。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述滤波器包括无限脉冲响应滤波器。
10.根据权利要求7、8或9所述的装置，其中所述滤波器设置为维持加权平均，借此所述在先结果中的每一个均通过各自的系数加权。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述频率估计器配置为取决于所述在先校准中的每一个的所述校准时间来调适所述各自的系数。
12.根据权利要求2或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述装置进一步地包括超越机构，配置为分开测量所述偏差，以及在测量到所述偏差大于阈值的情况下，对所述当前校准强加比将由所述偏移估计器所确定的长的校准时间。
13.根据权利要求2或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述装置进一步地包括数字生成器，配置为除由于所述偏差的所述调适之外，还按照随机数和从预定序列中所生成的数字中的一个来改变所述校准时间。
14.根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述收发器可操作以通过网络外部通信到所述装置，以及设置为在所述较高功率模式期间基于所述第二计时信号检查所述网络上的外部活动。
15.根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述收发器是无线收发器，可操作以通过无线介质外部通信到所述装置，以及设置为在所述较高功率模式期间检查所述无线介质上的外部活动。
16.根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述收发器是无线收发器，可操作以通过无线网络外部通信到所述装置，以及设置为在所述较高功率模式期间检查所述无线网络上的外部活动。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述收发器设置为在所述较高功率模式期间基于所述第二计时信号实施寻呼操作，以通过监听寻呼指示来检查所述活动。
18.根据权利要求10或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述收发器是无线收发器，可操作以通过无线网络外部通信到所述装置，以及设置为在所述较高功率模式的所述阶段中的每一个期间基于所述第二计时信号实施寻呼操作以监听寻呼指示；以及其中所述在先结果的所述各自的校准时间取决于在所述较高功率模式的所述阶段中的所述寻呼操作的持续时间。
19.根据权利要求14或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述第一计时信号用于在所述较低功率模式中与所述网络保持同步。
20.根据权利要求16或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述第一计时信号用于在所述低功率模式中与所述无线网络保持同步。
21.根据任何前述权利要求所述的装置，包括处理器，设置为处理由所述收发器所发射或接收的信号，所述处理基于所述第二计时信号。
22.根据权利要求17或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中所述第一计时信号用于解码在所述寻呼操作期间所接收到的任何寻呼指示。
23.根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述第一计时信号处于比所述第二计时信号高的分辨率。
24.一种操作装置的方法，所述装置包括设置为生成第一计时信号的第一计时元件，以及设置为独立于所述第一计时元件生成第二计时信号的第二计时元件；
其中所述装置在所述第一计时元件上电而所述第二计时元件掉电的较低功率模式和所述第一及第二计时元件均上电的较高功率模式之间切换；以及所述装置当在所述较高功率模式中时，基于所述第二计时信号外部地发射信号到所述装置或从所述装置外部地接收信号；以及
其中所述方法包括以下步骤：
在所述较低功率模式的阶段之间的所述较高功率模式的多个阶段中的每一个期间相对于所述第二计时信号实施所述第一计时信号的校准，所述校准中的每一个均在与所述计时信号的若干循环相对应的各自的校准时间期间实施，以及所述校准中的每一个均由此生成代表所述第一信号的频率的各自的结果；以及
依据在所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的在先校准的所述结果来控制在所述阶段的当前一个中所实施的所述校准的方面。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述控制包括：
依据在来自所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的在先校准的所述结果中的偏移来调适在所述较高功率模式的所述阶段的所述当前一个中所实施的所述校准的所述校准时间，所述方面包括所述校准时间。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述调适包括过滤所述在先校准的所述结果，以及通过依据所述过滤的输出来调适所述校准时间而依据所述偏移来调适所述当前校准时间。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述过滤包括维持所述在先校准的所述结果的平均积分。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中所述过滤包括使用无限脉冲响应滤波器。
29.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述控制包括：
依据来自所述较高功率模式的所述阶段的早期的所述校准中的所述在先校准的所述结果来调整所述较高功率模式的所述阶段的所述当前一个中的所述第一计时信号的所述频率的估计，所述方面包括所述频率估计。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述调整包括过滤所述在先校准的所述结果，以及通过依据所述过滤的输出来调适所述估计而依据所述在先结果来调适所述当前估计。
31.根据权利要求29或30所述的方法，其中所述过滤包括维持来自所述在先校准的所述结果的平均积分。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述过滤包括维持加权平均，借此所述在先结果中的每一个均通过各自的系数加权。
33.根据权利要求32所述的方法，包括取决于所述在先校准中的每一个的所述校准时间来调适所述各自的系数。
34.根据权利要求29到33任一所述的方法，其中所述过滤包括使用无限脉冲响应滤波器。
35.根据权利要求25或从属于其的任何权利要求所述的方法，进一步包括步骤：提供超越机构以分开测量所述偏差，以及在测量到所述偏差大于阈值的情况下，对所述当前校准强加比将由所述调适所确定的长的校准时间。
36.根据权利要求25或从属于其的任何权利要求所述的方法，进一步包括步骤：除由于所述偏差的所述调适之外，还按照随机数和从预定序列中所生成的数字中的一个来改变所述校准时间。
37.根据权利要求24到36任一所述的方法，其中所述装置通过网络外部通信，以及在所述较高功率模式期间基于所述第二计时信号检查所述网络上的外部活动。
38.根据权利要求24到37任一所述的方法，其中装置通过无线介质外部通信，以及在所述较高功率模式期间检查所述无线介质上的外部活动。
39.根据权利要求24到38任一所述的方法，其中所述装置通过无线网络外部通信，以及在所述较高功率模式期间检查所述无线网络上的外部活动。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述装置在所述较高功率模式期间基于所述第二计时信号实施寻呼操作，以通过监听寻呼指示来检查所述活动。
41.根据权利要求33或从属于其的任何权利要求所述的方法，其中所述装置通过无线网络外部通信，以及在所述较高功率模式的所述阶段中的每一个期间基于所述第二计时信号实施寻呼操作以监听寻呼指示；以及其中所述在先结果的所述各自的校准时间取决于在所述较高功率模式的所述阶段中的所述寻呼操作的持续时间。
42.根据权利要求37或从属于其的任何权利要求所述的方法，其中所述第一计时信号用于在所述较低功率模式中与所述网络保持同步。
43.根据权利要求39或从属于其的任何权利要求所述的方法，其中所述第一计时信号用于在所述低功率模式中与所述无线网络保持同步。
44.根据权利要求24到43任一所述的方法，其中所述装置包括处理器，设置为处理由所述收发器所发射或接收的信号，所述处理基于所述第二计时信号。
45.根据权利要求40或从属于其的任何权利要求所述的方法，其中所述第一计时信号用于解码在所述寻呼操作期间所接收到的任何寻呼指示。
46.根据权利要求24到45任一所述的方法，其中所述第一计时信号处于比所述第二计时信号高的分辨率。
47.一种计算机程序产品，包括代码，所述代码当执行时根据权利要求24到46任一所述步骤来操作所述装置。
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