CN113014274B - 用于无线设备收发器的参考晶体振荡器切换的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于无线设备收发器的参考晶体振荡器切换的系统和方法，该无线设备智能地将不同的参考晶体振荡器(XO)用于无线设备的收发器中的锁相环(PLL)。公开了一种无线设备的操作方法的实施例，该无线设备包括以第一参考频率操作的第一XO以及以大于第一参考频率的第二参考频率操作的第二XO。在一些实施例中，无线设备的操作方法包括：做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定，以及根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO。

Description

用于无线设备收发器的参考晶体振荡器切换的系统和方法
分案说明
本申请是申请日为2016年12月19日、申请号为201680091733.8、发明名称为“用于无线设备收发器的参考晶体振荡器切换的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及用于无线设备的收发器的不同参考晶体振荡器(XO)之间的切换。
背景技术
随着第五代(5G)蜂窝通信系统的引入，预计10千兆赫兹(GHz)及更高的新无线电频率将与当今第二代/第三代/第四代(2G/3G/4G)蜂窝通信系统部署中使用的1至3千兆赫兹载波一起使用。此外，预计5G蜂窝通信系统将支持从低功耗/低成本机器类型通信(MTC)到数据速率高于1千兆比特/每秒(Gb/s)的“光纤替代”移动宽带(MBB)服务的各种服务和用例。后一种用例需要高的系统带宽，因此将部署在10千兆赫兹及更高的载波上。此外，增强的MBB通常需要更高阶调制(例如，64/256/1024-正交幅度调制(QAM))和良好的信噪比(SNR)。通过利用大规模天线和波束成形技术可以实现高SNR。总而言之，这样的用例将对无线设备的无线电器件和损伤设置非常严格的要求。例如，对于超过10千兆赫兹的高载波频率，在无线设备的无线电器件处引入的相位噪声必须要很小。
在这方面，无线设备的接收器包括锁相环(PLL)，其控制受控振荡器(CO)以生成接收器使用的本地振荡器(LO)信号。CO通常主导功耗和相位噪声，因此，CO用作理解高频相位噪声的良好参考。CO性能通常通过品质因数(FoM)(FoM允许实现不同的CO实现方式之间的比较)捕获，并由以下等式定义
Figure BDA0002941688020000021
这里PNCO(df)是在振荡频率fo(以赫兹(Hz)为单位)和功耗PDC(以毫瓦(mW)为单位)的情况下，相对于载波在频率偏移df下的CO的相位噪声(其单位为分贝每赫兹(dBc/Hz))。该表达式的一个显著结果是线性功率中的相位噪声和功耗都与fo 2成比例。因此，为了将相位噪声电平保持在某个偏移量同时将fo增大因子R倍将需要将功率增加R2(假设固定的FoM)。相反，对于固定功耗和FoM，相位噪声将增加R2，或fo每增加一倍，就增加6分贝(dB)。
FoM的定义旨在与频率无关，但在实践中，存在与较高频率关联的额外实现代价，如图1中所示，其中比较了最近公布的以互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的压控振荡器(VCO)设计的FoM。代价大约为10dB/十倍。
因此，在较高频率保持低相位噪声电平需要重新评估PLL的设计。进一步抑制来自CO的相位噪声的一种方法是增加PLL带宽。这样，相位噪声将在更大程度上由来自PLL的相位并且可能甚至更多地来自参考晶体振荡器(XO)的相位确定。来自XO的与CO输出有关的相位噪声电平被“放大”，放大倍数为频率比20log10(fo/fXO)[dB]。与诸如智能电话之类的无线设备中常规使用的XO相比，这种相位噪声放大和对较大PLL带宽的需求都要求增加XO频率。具体地，无线设备中常规使用的XO通常具有20-40兆赫兹(MHz)范围内的参考频率。然而，为了通过减轻相位噪声放大和使用较大的PLL带宽来保持10千兆赫兹及以上载波频率的低相位噪声电平，需要100兆赫兹或更高的XO频率。
在XO中使用的谐振器(晶体)的制造和机械结构方面，XO频率从小于50兆赫兹增加到大于或等于100兆赫兹是不连续的步骤。与常规的20-40兆赫兹XO相比，这些高频XO存在一些问题和缺点。例如，与20-40兆赫兹XO相比，高频XO的频率容差、随温度的变动和老化都要大得多。例如，26兆赫兹XO可能具有百万分之10(ppm)的容差，而＞100兆赫兹XO可能具有40-50ppm的容差。另一个缺点是高频XO的功耗可能比20-40兆赫兹XO的功耗大5到10倍。
因此，需要用于在被实现为无线设备的PLL的参考时减轻与高频XO相关联的问题(例如，较低容差和增加的功耗)的系统和方法。
发明内容
本文公开了涉及无线设备的系统和方法，该无线设备智能地使用不同的参考晶体振荡器(XO)用于无线设备的收发器中的锁相环(PLL)。公开了一种无线设备的操作方法的实施例，该无线设备包括以第一参考频率操作的第一XO以及以大于第一参考频率的第二参考频率操作的第二XO。在一些实施例中，无线设备的操作方法包括做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定以及根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO。以这种方式，无线设备的接收器可以被配置成在例如不需要较高频率的第二XO时利用较低频率的第一XO，从而避免较高频率的第二XO的较低容差和增加的功耗。同样地，无线设备的接收器可以被配置成在例如需要较高频率的XO以实现可接受的相位噪声电平时(例如，当以高(例如，毫米波(mmW))载波频率下操作时)利用较高频率的第二XO。
在一些实施例中，在做出将无线设备的接收器配置成使用第一XO的决定时，根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO包括将无线设备的接收器配置成使用第一XO。此外，在一些实施例中，将无线设备的接收器配置成使用第一XO包括将无线设备的接收器的PLL连接到第一XO，并基于第一参考频率配置PLL使得由PLL控制的受控振荡器(CO)以期望的本地振荡器(LO)频率提供输出信号。
在一些实施例中，该方法还包括在做出将无线设备的接收器配置成使用第一XO的决定时，在将无线设备的接收器配置成使用第一XO之前启用第一XO。
在一些实施例中，该方法还包括在做出将无线设备的接收器配置成使用第一XO的决定时，如果在将无线设备的接收器配置成使用第一XO之后第二XO是活动的，则停用第二XO。
在一些实施例中，在做出将无线设备的接收器配置成使用第二XO的决定时，根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO包括将无线接收器设备配置成使用第二XO。此外，在一些实施例中，将无线设备的接收器配置成使用第二XO包括将无线设备的接收器的PLL连接到第二XO，并基于第二XO配置PLL使得由PLL控制的CO以期望的LO频率提供输出信号。
在一些实施例中，该方法还包括在做出将无线设备的接收器配置成使用第二XO的决定时，在将无线设备的接收器配置成使用第二XO之前启用第一XO并启用第二XO。
在一些实施例中，该方法还包括在做出将无线设备的接收器配置成使用第二XO的决定时，基于第一XO的输出得以调整第二XO。此外，在一些实施例中，在同步过程期间事先调谐第一XO，在该同步过程中，无线设备与无线通信系统中的无线电接入节点同步。
在一些实施例中，该方法还包括在做出将无线设备的接收器配置成使用第二XO的决定时，在将无线设备的接收器配置成使用第二XO之后停用第一XO。
在一些实施例中，该方法还包括检测可以触发无线设备的接收器使用第一XO和第二XO中的哪一个的改变的事件，并且做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定包括在检测到事件时做出该决定。
在一些实施例中，做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定包括基于无线设备是否与无线网络同步来做出决定。此外，在一些实施例中，如果无线设备未与无线网络同步，则决定是使用第一XO，而如果无线设备与无线网络同步，则决定是使用第二XO。
在一些实施例中，该方法还包括启用第一XO，将无线设备的接收器配置成使用第一XO，将无线设备的接收器配置成以载波频率fC操作，以及以载波频率fC执行初始小区搜索。此外，做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定包括确定在以载波频率fC执行初始小区搜索时是否检测到同步信号，使得如果未检测到同步信号，则决定是继续使用第一XO，而如果检测到同步信号，则使用第二XO。
此外，在一些实施例中，该方法还包括在当以载波频率fC执行初始小区搜索时确定检测到同步信号后，调整第一XO和/或PLL以与无线网络同步，该PLL基于第一XO的输出生成用于无线设备的接收器的LO信号，启用第二XO，并基于第一XO调整第二XO。此外，根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO包括在调整第二XO之后将无线设备的接收器配置成使用第二XO。
此外，在一些实施例中，该方法还包括在当以载波频率fC执行初始小区搜索时确定检测到同步信号后，在将无线设备的接收器配置成使用第二XO之后禁用第一XO。
在一些实施例中，做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定包括基于无线设备相对于无线网络的连接状态做出决定。此外，在一些实施例中，连接状态是无线设备的无线电资源控制(RRC)状态。
在一些实施例中，基于无线设备相对于无线网络的连接状态做出决定包括如果无线设备的连接状态是空闲状态，则做出使用第一XO的决定，如果无线设备的连接状态是连接的状态，则做出使用第二XO的决定。
在一些实施例中，做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定包括基于要由无线设备的接收器接收的信号的载波频率来做出决定。在一些实施例中，基于要由无线设备的接收器接收的信号的载波频率做出决定包括如果载波频率小于预定义或预先配置的阈值，则做出使用第一XO的决定，而如果载波频率大于预定义或预先配置的阈值，则做出使用第二XO的决定。在一些实施例中，预定义或预先配置的阈值大于或等于4千兆赫兹(GHz)。在一些其他实施例中，预定义或预先配置的阈值大于或等于10千兆赫兹。
在一些实施例中，第一参考频率小于或等于52兆赫兹(MHz)，而第二参考频率大于或等于100兆赫兹。
还公开了无线设备的实施例，其包括以第一参考频率操作的第一XO以及以大于第一参考频率的第二参考频率操作的第二XO。在一些实施例中，无线设备适于做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定并且根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO。
在一些实施例中，无线设备还适于根据根据本文公开的实施例中任一项的操作方法进行操作。
在一些实施例中，无线设备包括以第一参考频率操作的第一XO以及以大于第一参考频率的第二参考频率操作的第二XO。该无线设备还包括控制单元，该控制单元包括决定模块和配置模块。决定模块可操作以做出关于将无线设备的接收器配置成使用第一XO还是第二XO的决定。配置模块可操作以根据该决定将无线设备的接收器配置成使用第一XO或第二XO。
在结合附图阅读以下实施例的具体实施方式之后，本领域技术人员将理解本发明的范围并实现其另外的方面。
附图说明
结合在本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了本发明的若干方面，并且附图与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1以图形方式示出了最近公布的以互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的多种压控振荡器(VCO)设计的品质因数(FoM)值；
图2示出了可以实现本发明的实施例的无线通信系统的一个示例；
图3示出了根据本发明的一些实施例的无线设备的一个示例；以及
图4到图7是示出根据本发明的一些实施例的无线设备并且特别是无线设备的控制单元控制无线设备的接收器以使用低频参考晶体振荡器(XO)或高频XO的操作的流程图。
具体实施方式
下面阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践实施例的信息，并且示出了实践实施例的最佳模式。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本发明的概念并且将认识到本文未特别提出的这些概念的应用。应该理解，这些概念和应用都落入本发明和所附权利要求的范围内。
无线电节点：如本文所使用，“无线电节点”是无线电接入节点或无线设备。
无线电接入节点：如本文所使用，“无线电接入节点”是蜂窝通信网络的无线电接入网络中的操作以无线地发射和/或接收信号的任何节点。无线电接入节点的一些示例包括但不限于基站(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)网络中的增强或演进节点B(eNB))、g节点B(即，第五代(5G)、下一代或新无线电(NR)eNB)、高功率或宏基站、低功率基站(例如，微基站、微微基站、家庭eNB等)和中继节点。
核心网节点：如本文所使用，“核心网节点”是核心网(CN)中的任何类型的节点。核心网节点的一些示例包括例如移动性管理实体(MME)、分组数据网络(PDN)网关(P-GW)、服务能力开发功能(SCEF)等。
无线设备：如本文所使用，“无线设备”是通过向无线电接入节点无线发射和/或接收信号而能够访问蜂窝通信网络(即，由其服务)的任何类型的设备。无线设备的一些示例包括但不限于3GPP网络中的用户设备(UE)和机器类型通信(MTC)设备。
网络节点：如本文所使用，“网络节点”是作为无线电接入网络的一部分或蜂窝通信网络/系统的CN的一部分的任何节点。
注意，本文给出的描述集中于3GPP蜂窝通信系统，并且因此经常使用3GPP LTE术语或类似于3GPP LTE术语的术语。然而，本文公开的概念不限于LTE或3GPP系统。
注意，在本文的描述中，可能参考术语“小区”；然而，特别是对于5G概念，可以使用波束代替小区，因此，重要的是要注意本文描述的概念同样适用于小区和波束。
本文公开了涉及无线设备的系统和方法，该无线设备将两个参考晶体振荡器(XO)用于无线设备的收发器中的锁相环(PLL)。这两个XO包括具有第一参考频率的第一XO以及具有大于第一参考频率的第二参考频率的第二XO。例如，在一个实施例中，第一参考频率小于52兆赫兹(MHz)(例如，在20至40兆赫兹的范围内并且包括20至40兆赫兹)，而第二参考频率大于或等于100兆赫兹。无线设备基于例如无线设备相对于无线通信网络处于不同步(OOS)状态还是同步状态、无线设备相对于无线通信网络的连接状态和/或无线设备的收发器配置在的载波频率来决定是使用第一XO还是第二XO。
作为一个示例，在一些实施例中，无线设备将无线设备的收发器配置成在初始同步过程期间使用第一XO，无线设备通过该初始同步过程与无线通信网络实现同步。在初始同步过程期间，相位噪声要求不那么严格，因为应该能够以低信噪比(SNR)检测到无线通信网络发射的同步信号，因此通常使用稳健的调制方案进行调制(该稳健的调整方案例如是二进制相移键控(BPSK)或以其他方式实现稳健(例如，仅几个可能的已知序列用于同步信号))。一旦与无线通信系统中的无线电接入节点的初始同步完成，无线设备就将收发器配置成使用第二XO。在一些实施例中，在将收发器配置成使用第二XO之前，第一XO被调谐到无线电接入节点的载波频率，或者备选地使用消转器(de-rotator)来在数字域中补偿频率误差。作为另一种备选，可以调整PLL中使用的分频器以补偿不正确的XO频率。注意，无论使用哪种技术来调谐第一XO，它们对于从RF正确地下变频到数字域中的所得基带接收信号都具有相同的效果。然后，第二XO被使能并朝向第一XO和无线电接入节点的载波频率进行调谐(或锁定在另一个PLL中)。一旦调谐了第二XO，无线设备就将收发器配置成使用第二XO来进行无线设备中PLL的有效操作。因此，较高频的第二XO可以满足使用10千兆赫兹(GHz)或更高的载波频率进行高数据速率传输和接收所需的更严格的相位噪声要求。在一些实施例中，当无线设备确定由于长的不连续接收(DRX)周期、检测到大的温度改变等而需要重新同步时，重复上述过程。
在这方面，图2示出了可以实现本发明的实施例的无线通信系统的一个示例。在该示例中，无线通信系统是蜂窝通信系统10。蜂窝通信系统10包括无线电接入网络(RAN)12，其包括多个无线电接入节点14(例如，基站、eNB、gNB等)，无线电接入节点14服务对应的小区16或波束。无线电接入节点14向无线设备18(例如，UE、MTC设备等)提供无线连接(即，无线电接入)。无线电接入节点14经由对应接口(例如，3GPP 中的X2接口)彼此连接，并且经由核心网接口(例如，3GPP中的S1接口)连接到核心网20。
图3示出了根据本发明的一些实施例的无线设备18的一个示例。注意，在该示例中，无线设备18被示为包括接收器22。然而，注意，本文公开的概念同样适用于使用XO来为无线设备18的发射器和/或接收器生成本地振荡器(LO)信号。如图所示，无线设备18包括接收器22、控制单元24、输出具有第一参考频率的参考信号的第一XO(XO1)26-1、输出具有大于第一参考频率的第二参考频率的参考信号的第二XO(XO2)26-2、以及XO2控制系统28。作为示例，第一参考频率小于52兆赫兹(例如，在20至40兆赫兹的范围内并且包括20至40兆赫兹)，而第二参考频率大于或等于100兆赫兹。控制单元24以硬件或硬件和软件的组合实现。例如，控制单元24可以实现为包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)的处理电路，其中处理电路执行软件，其使得控制单元24因此提供本文描述的控制单元24的功能。
虽然接收器22可以包括各种模拟和数字电路，但是在所示示例中，接收器22包括天线30、带通滤波器(BPF)32、低噪声放大器(LNA)34、混频器36、BPF 38、模数转换器(ADC)40和数字处理器42。此外，接收器22包括控制受控振荡器(CO)46以向混频器36提供LO信号的射频(RF)PLL 44。在操作中，经由天线30接收RF接收信号并由BPF 32滤波，从而提供经滤波的RF接收信号。经滤波的RF接收信号由LNA 34放大，以提供经过放大和滤波的RF接收信号，然后在该示例中在混频器36处将其从RF下变频到基带。为了提供从RF到基带的这种下变频，RF PLL 44由控制单元24配置，使得基于由XO1 26-1或XO2 26-2(取决于配置)提供的参考频率，由CO 46输出的LO信号等于期望的接收信号的载波频率fC。然而，注意，下变频可以替代地是期望的中频(IF)，在这种情况下，由CO46生成的LO信号的频率被控制为从fC下变频到期望的IF所需的适当频率。
如下所述，控制单元24基于一个或多个标准将接收器22配置成使用XO1 26-1或XO2 26-2。一个或多个标准可以包括例如无线设备18的同步状态、无线设备18的连接状态(例如，无线电资源控制(RRC)空闲或RRC连接)，和/或期望的接收信号的载波频率fC(即，无线电接入节点14的载波频率)。因此，在一种配置中，控制单元24将RF PLL 44配置成使用XO1 26-1。在所示的示例中，将RF PLL 44配置成使用XO1 26-1的这种配置包括闭合开关48-1并配置RF PLL44的设置(例如，分频器值)，使得RF PLL 44将控制CO 46以基于XO1 26-1的参考频率提供期望的LO频率。在另一种配置中，控制单元24将RF PLL 44配置成使用XO226-2。在所示的示例中，将RF PLL44配置成使用XO2 26-2的这种配置包括闭合开关48-2并配置RF PLL 44的设置(例如，分频器值)，使得RF PLL 44将控制CO 46以基于XO2 26-2的参考频率提供期望的LO频率。在一些实施例中，在将接收器22配置成使用XO2 26-2之前，可以实现为PLL的XO2控制系统28被启用并且操作以基于由XO1 26-1输出的信号来调整XO2 26-2。在这种情况下，XO1 26-1先前已根据无线电接入节点14的载波频率进行调整或调谐，并且因此可以用于在XO2 26-2连接到RF PLL 44之前提供XO2 26-2的初始调整或调谐。
因此，控制单元24可以基于一个或多个标准智能地控制接收器22使用XO 26-1和26-2中的哪一个。这样，可以实现各种优点。例如，当处于OOS(不同步)状态时、当处于空闲模式时和/或当以低载波频率(例如，fC＜4千兆赫兹，或者作为另一示例，fC＜10千兆赫兹)操作时，控制单元24可以将接收器22配置成使用XO1 26-1并停用XO2 26-2，并且当处于同步状态时、当处于连接模式时、和/或当以高载波频率(例如，fC≥4千兆赫兹，或者作为另一示例，fC≥10千兆赫兹)操作时，控制单元24可以将接收器22配置成使用XO2 26-2并可选地停用XO1 26-1。以这种方式，可以降低功耗，并且在一些实施例中，通过使用在同步期间具有比XO2 26-2更小的容差的XO126-1，可以减少与网络同步所需的时间量。注意，这些优点仅是示例。
注意，尽管在图3的示例中XO 26-1和26-2的使用被示出为由RF PLL 44用来控制用于接收器22的LO信号，但是XO 26-1和26-2可以另外或替代地被RF PLL用来提供用于无线设备18的发射器(未示出)中的上变频的LO信号。
图4是示出根据本发明的一些实施例的无线设备18并且特别是控制单元24控制接收器22以使用XO1 26-1或XO2 26-2的操作的流程图。可选步骤以虚线框示出。如图所示，控制单元24决定接收器22应被配置成使用XO1 26-1还是XO2 26-2(步骤100)。如下所述，在一些实施例中，该决定基于无线设备18朝向无线电接入节点14的同步状态、无线设备18的连接状态(例如，RRC空闲(休眠状态)或RRC连接或类似状态)和/或期望的接收信号的载波频率fC(即，无线电接入节点14的载波频率)。更具体地，在一些实施例中，如果无线设备18处于OOS状态，则控制单元24决定接收器22要使用XO1 26-1，而如果无线设备18处于同步状态，则控制单元24决定接收器22要使用XO2 26-2。在一些其他实施例中，如果无线设备18处于一个连接状态(例如，空闲或休眠状态)，则控制单元24决定接收器22要使用XO1 26-1，而如果无线设备18处于另一状态(例如，连接或活动状态)，则控制单元24决定接收器22要使用XO2 26-2。在一些其他实施例中，如果无线电接入节点14使用的载波频率fC小于预定义或预先配置的阈值(例如，4千兆赫兹或10千兆赫兹)，则控制单元24决定接收器22要使用XO1 26-1，而如果载波频率fC大于或等于预定义或预先配置的阈值，则控制单元24决定接收器22要使用XO2 26-2。
然后，控制单元24根据步骤100中做出的决定配置接收器22。更具体地，在决定接收器22要使用XO1 26-1后，如果XO1 26-1尚未启用，则控制单元24通过例如宣称XO启用信号(参见图3中的XO1启用/停用(ACT/DEACT))来启用XO1 26-1(步骤102)。注意，在一些实施例中，始终启用XO1 26-1，在这种情况下，不需要执行步骤102。在一些其他实施例中，XO126-1有时可能被停用，在这种情况下，如果XO1 26-1尚未启用，则控制单元24启用XO1 26-1。
一旦XO1 26-1被启用，控制单元24就将接收器22配置成使用XO1 26-1(步骤104)。如本领域普通技术人员将理解，接收器22被配置成使用XO1 26-1的确切方式将取决于接收器22的特定实现而改变。然而，在图3的示例中，控制单元24通过将XO1 26-1连接到RF PLL44来将接收器22配置成使用XO1 26-1，在该示例中，通过闭合开关48-1并基于XO1 26-1的频率配置RF PLL 44(例如，配置RF PLL 44的一个或多个设置，诸如例如，一个或多个分频器值)，以便控制CO 46以提供期望的LO频率。作为简单的非限制性示例，CO46的输出频率由RF PLL 44控制为参考频率的N倍。因此，如果XO126-1连接到RF PLL 44，则RF PLL 44控制CO 46，使得CO 46的输出频率是XO1 26-1的频率的N倍。因此，在该示例中，控制单元24配置RF PLL 44的参数N，使得XO1 26-1的频率的N倍等于期望的LO频率，其对于直接下变频到基带而言等于载波频率fC。在将接收器22配置成使用XO1 26-1之后，如果XO2 26-2是活动的，则控制单元24例如通过解除XO2启用/停用信号(参见图3)可选地停用XO2 26-2(步骤106)。通过停用XO2 26-2，降低了功耗。
返回步骤100，在决定接收器22要使用XO2 26-2后，如果XO126-1尚未启用，则控制单元24通过例如宣称XO启用信号(参见图3中的XO1启用/停用)来启用XO1 26-1(步骤108)。注意，在一些实施例中，始终启用XO1 26-1，在这种情况下，不需要执行步骤108。在一些其他实施例中，XO1 26-1有时可能被停用，在这种情况下，如果XO1 26-1尚未启用，则控制单元24启用XO1 26-1。此外，在该示例中，首先调谐XO1 26-1，然后XO1 26-1用于调谐XO2 26-2。这样，在步骤108中启用XO1 26-1。然而，在其他实施例中，XO2 26-2不基于XO1 26-1进行调谐，因此，不需要步骤108。
如果XO2 26-2尚未启用，则控制单元24通过例如宣称XO启用信号(参见图3中的XO2启用/停用)来启用XO2 26-2(步骤110)。注意，在一些实施例中，XO2 26-2总是被启用，在这种情况下，不需要执行步骤110。在一些其他实施例中，XO2 26-2有时可能被停用，在这种情况下，如果XO2 26-2尚未启用，则控制单元24启用XO226-2。在该示例实施例中，控制单元24使用XO1 26-1使得进行XO226-2的调整(步骤112)。例如，如果无线设备18尚未与无线电接入节点14的载波频率fC同步，则控制单元24可以首先将接收器22配置成使用如上所述的XO1 26-1并执行初始同步过程，由此XO1 26-1和LO信号被调谐到载波频率fC。一旦无线设备18作为步骤112的一部分或作为预先执行的同步过程的一部分与无线电接入节点14同步并且XO2 26-2被启用，则控制单元24使能XO2控制系统28。XO2控制系统28可以是例如PLL或某些其他电路，其调整例如XO2 26-2的电压或数字设置以跟踪XO1 26-1的频率。例如，如果XO1频率为26兆赫兹且XO2频率期望为104兆赫兹，并且如果在与载波频率fC同步期间对XO1 26-1进行微调，则在该示例中，至少最初可以通过调整XO2 26-2使其输出频率恰好是XO1频率的四倍来对XO2 26-2执行该微调。
一旦XO2 26-2被启用并且可选地使用XO1 26-1进行调整，控制单元24就将接收器22配置成使用XO2 26-2(步骤114)。如本领域普通技术人员将理解，接收器22被配置成使用XO2 26-2的确切方式将取决于接收器22的特定实现而改变。然而，在图3的示例中，控制单元24通过将XO2 26-2连接到RF PLL 44来将接收器22配置成使用XO2 26-2，在该示例中，通过闭合开关48-2并基于XO2 26-2的频率配置RF PLL 44(例如，配置RF PLL 44的一个或多个设置，诸如例如，一个或多个分频器值)，以便控制CO 46以提供期望的LO频率。作为简单的非限制性示例，CO 46的输出频率由RF PLL 44控制为参考频率的N倍。因此，如果XO2 26-2连接到RF PLL 44，则RF PLL 44控制CO 46，使得CO 46的输出频率是XO 2 26-2的频率的N倍。因此，在该示例中，控制单元24配置RF PLL 44的参数N，使得XO2 26-2的频率的N倍等于期望的LO频率，其对于直接下变频到基带而言等于载波频率fC。在将接收器22配置成使用XO2 26-2之后，如果XO1 26-1是活动的，则控制单元24例如通过解除XO1启用/停用信号可选地停用XO1 26-1(参见图3)(步骤116)。通过停用XO1 26-1，可以降低功耗。
无论使用XO1 26-1还是XO2 26-2，控制单元24确定是否发生了XO改变事件(步骤118)。换句话说，控制单元24确定是否发生了可能导致要使用XO 26-1和26-2中的哪一个的改变的事件。例如，在一些实施例中，控制单元24基于无线设备18的同步状态来决定使用哪一个XO，并且因此，当无线设备18的同步状态改变时，控制单元24检测到XO改变事件。在一些其他实施例中，控制单元24基于无线设备18的连接状态来决定使用哪一个XO，并且因此，当无线设备18的连接状态改变时，控制单元24检测到XO改变事件。在又一示例中，在一些实施例中，控制单元24基于载波频率fC来决定使用哪一个XO，并且因此，当载波频率fC改变时或在已经发生可能导致载波频率fC改变的事件(例如，切换)时，控制单元24检测到XO改变事件。如果没有检测到XO改变事件，则控制单元24继续监控XO改变事件。如果检测到XO改变事件，则该过程返回到步骤100，其中控制单元24决定使用XO1 26-1还是XO2 26-2。然后如上所述继续该过程。
图5是示出根据本发明的一些实施例的无线设备18并且特别是控制单元24的操作的流程图。该过程是图4的过程的一个特定实现方式。通常，使用图5的过程，控制单元24将接收器22配置成在与无线电接入节点14的载波频率fC的初始同步期间使用XO1 26-1。一旦同步完成，控制单元24就将接收器22配置成使用XO2 26-2。
在详细讨论图5的过程之前，简要讨论了与在初始同步期间使用高频XO相关联的一些问题。高频XO(即＞100兆赫兹XO)的频率的较大不确定性(即，较大的容差)实质上影响了与网络达到初始同步所花费的时间，并且还可能在切换事件中造成问题。例如，假设载波频率为2千兆赫兹，26兆赫兹XO的初始不确定性为百万分之10(ppm)。为了在LTE/宽带码分多址(WCDMA)高速分组接入(HSPA)中进行初始小区搜索，需要围绕假设的载波频率的频率网格化，其频率网格约为10千赫兹(kHz)。因此，每个可能的载波频率需要多达五到六次搜索。一旦针对特定频率假设检测到同步信号(例如，主同步信号/辅同步信号(PSS/SSS)、主同步信道/辅同步信道(P-SCH/S-SCH))，就可以调整XO并且可以实现正确的载波频率(例如，低于100赫兹(Hz)误差)。对于200兆赫兹XO，对应的搜索网格应该是四到五倍大(即，对于假设2千兆赫兹的每个载波的20到30个频率假设，对于更高的载波频率甚至有更多的频率假设)。因此，使用＞100兆赫兹XO时，初始同步时间可能会长得多。相反，使用26兆赫兹XO进行初始同步将缩短初始同步时间，但无法管理10千兆赫兹载波频率以上每秒1+吉比特(Gb/s)数据速率所需的严格相位噪声要求。使用图5的过程，无线设备18解决了这些问题。
如图5中所示，在同步之前，如果XO1 26-1尚未启用则控制单元24启用XO1 26-1并将接收器22配置成使用XO1 26-1(步骤200)。更具体地，如果XO1 26-1尚未启用，则控制单元24通过例如宣称XO启用信号(参见图3中的XO1启用/停用)来启用XO1 26-1。注意，在一些实施例中，始终启用XO1 26-1，在这种情况下，在步骤200中不需要启用XO1 26-1。在一些其他实施例中，XO1 26-1有时可能被停用，在这种情况下，如果XO1 26-1尚未启用，则控制单元24启用XO1 26-1。一旦XO1 26-1被启用，控制单元24就将接收器22配置成使用XO1 26-1。如本领域普通技术人员将理解，接收器22被配置成使用XO1 26-1的确切方式将取决于接收器22的特定实现而改变。然而，在图3的示例中，控制单元24通过将XO1 26-1连接到RF PLL44来将接收器22配置成使用XO1 26-1，在该示例中，通过闭合开关48-1并基于XO1 26-1的频率配置RF PLL 44(例如，配置RF PLL 44的一个或多个设置，例如，一个或多个分频器值)，以便控制CO 46以提供期望的LO频率。虽然未示出，但是在将接收器22配置成使用XO126-1之后，如果XO2 26-2是活动的，则控制单元24例如通过解除XO2启用/停用信号(参见图3)可选地停用XO226-2。通过停用XO2 26-2，可以降低功耗。
接收器22被使能(如果需要)，并且控制单元24将接收器22配置成以(假设的)载波频率fC接收(步骤202)。载波频率fC可以由例如控制单元24确定，该控制单元24具有关于无线电接入节点14的可能载波频率的历史信息。接收器22的这种配置包括将XO1 26-1连接到RF PLL 44并配置RF PLL 24(例如，配置RF PLL 24的分频器值)使得RF PLL 44基于XO126-1的频率控制CO 46以输出期望的LO频率。
接下来，执行初始小区搜索/扫描，其中无线设备18搜索由无线电接入节点14发射的同步信号(例如，LTE中的PSS/SSS)(步骤204)。小区搜索过程在本领域中是公知的，因此，这里不描述小区搜索过程。控制单元24确定是否已检测到同步信号(步骤206)。以这种方式，控制单元24决定将无线设备18配置成使用XO2 26-2还是继续使用XO1 26-1。因此，该步骤是图4的步骤100的一个示例实现。如果尚未检测到同步信号，则控制单元24更新(假设的)载波频率fC(步骤208)，并且该过程返回到步骤202。一旦检测到信号，控制单元24就可以将XO1 26-1，特别是LO频率调整或微调到接收信号的载波频率fC(步骤210)。同样，这种调整过程在本领域中是公知的，因此，本文不再重复细节。然而，通常可以通过调整RF PLL44(例如，调整RF PLL 44的分频器值)和/或通过经由例如XO1 26-1的电压或数字设置来调整XO1 26-1而执行该调整。为了将接收信号从载波频率fC直接下变频到基带，该调整导致LO频率基本上与接收信号的实际载波频率fC在某一预定义容差(例如，100赫兹)内匹配。另外或可替代地，可以通过在数字处理器42中配置消转器来补偿数字域中的频率误差而执行该调整。
一旦同步完成，就启用XO2 26-2(步骤212)并基于XO1 26-1(例如，XO1 26-1的输出)调整XO2 26-2(步骤214)。更具体地，在图3的示例中，XO2控制系统28被启用(如果尚未活动)。然后，在该示例中，XO2控制系统28基于XO1 26-1的输出来调整XO2 26-2，从而微调XO2 26-2的频率。XO2控制系统28可以是例如PLL，并且XO1 26-1用作该PLL的参考，并且该PLL进而控制例如XO2 26-2的电压或数字设置以跟踪XO1 26-1的频率。
一旦XO2 26-2是活动的并被调谐，控制单元24就将接收器22配置成使用XO2 26-2执行进一步的信号接收(步骤216)。换句话说，控制单元24将接收器22配置成使用XO2 26-2。
同样，如上所述，如本领域普通技术人员将理解，接收器22被配置成使用XO2 26-2的确切方式将取决于接收器22的特定实现而改变。然而，在图3的示例中，控制单元24通过将XO2 26-2连接到RF PLL 44来将接收器22配置成使用XO2 26-2，在该示例中，通过闭合开关48-2并基于XO2 26-2的频率配置RF PLL 44(例如，配置RF PLL 44的一个或多个设置，例如，一个或多个分频器值)，以便控制CO 46以提供期望的LO频率。
在将接收器22配置成使用XO2 26-2之后，控制单元24通过例如解除XO1启用/停用信号(参见图3)可选地停用XO1 26-1(步骤218)。注意，如果在禁用XO2控制系统28的同时XO2 26-2的控制输入可以保持恒定，则可以执行步骤218。备选地，XO1 26-1作为XO2控制系统28的输入保持活动，该XO2控制系统28进而持续保持XO2 26-2和XO1 26-1之间的锁定。
可选地，在一些实施例中，控制单元24监控无线设备18的同步状态(步骤220)。一旦确定无线设备18是OOS，则该过程返回到步骤200并重复。可以基于任何合适的标准将无线设备18确定为OOS，诸如例如，
·为了节省电力的目的而禁用XO2 26-2的长DRX周期，
·大温度变动(例如，由于接通或断开无线设备18的功率放大器)和/或
·根据无法从无线电接入节点14可靠地接收数据(即，无线电链路故障(RLF)或无线电链路问题)而处于OOS。
图6是示出根据本发明的一些实施例的无线设备18，特别是控制单元24的操作的流程图。该实施例类似于图4的实施例，但是其中关于要使用XO 26-1和26-2中的哪一个的决定是基于无线设备18到无线电接入节点14的连接的连接状态。如图所示，控制单元24确定无线设备18相对于服务或驻留小区或波束的连接状态(步骤300)。在一些实施例中，连接状态是空闲状态或已连接状态。例如，对于LTE，连接状态是RRC状态，其可以是空闲(或5GNR中的休眠)或已连接(或活动)。然而，其他无线系统可能具有不同的连接状态。例如，在5G中，可能存在两个以上的连接状态。
然后，控制单元24基于无线设备18的连接状态决定使用哪一个XO(步骤302)。例如，在一些实施例中，如果无线设备18处于一个连接状态(例如，空闲状态，诸如例如LTE中的RRC空闲)，则控制单元24决定使用XO1 26-1，而如果无线设备18处于另一连接状态(例如，连接的状态，诸如例如，LTE中的RRC已连接)，则决定使用XO2 26-2。注意，如本文所使用，术语“空闲”和“已连接”状态仅是示例。可以特别在未来的蜂窝通信网络(例如，5G网络)中使用不同连接状态的其他名称，诸如休眠和活动。关键是接收器22被配置成在不同的连接状态下使用不同的XO 26-1、26-2，这在这样做是期望或有益的时(例如，当使用低数据速率、寻呼、长DRX(省电原因和所需的短重新同步时间)时)使得能够使用的较低频率的XO126-1，并且在这样做是期望或有益的时(例如，当需要高性能接收时，诸如例如，使用MIMO的接收、较高阶调制等)使得能够使用较高频率的XO2 26-2。然后，该过程如上面关于图4所述进行，以根据步骤302中做出的决定使用XO1 26-1(步骤304-308，其对应于图4的步骤202-206)或使用XO2 26-2(步骤310-318，其对应于图4的步骤108-116)。然后，控制单元24决定无线设备18的连接状态是否已经改变(步骤320)。如果不是，则控制单元24继续临控连接状态的改变。在检测到连接状态的改变后，该过程然后进行到步骤302并且考虑无线设备18的新连接状态而重复。
关于图6的过程，想法是处于空闲模式，其中仅需要寻呼和移动性测量，因为这种传输通常是单层和低阶调制和编码方案(MCS)，并且因为同步较短暂(DRX周期之间的漂移较少)，所以可以使用较低频率XO1 26-1。因此，通过使用图6的过程，如果无线设备18处于空闲模式，则使用低频XO1 26-1，而如果无线设备18处于已连接模式，则使用高频XO2 26-2。。
图7是示出根据本发明的一些实施例的无线设备18并且特别是控制单元24的操作的流程图。该实施例类似于图4的实施例，但是关于要使用XO 26-1和26-2中哪一个的决定是基于接收信号的载波频率fC。如图所示，控制单元24确定接收信号或要接收的信号的载波频率fC(步骤400)。然后，控制单元24基于载波频率fC决定使用哪一个XO(步骤402)。例如，在一些实施例中，如果载波频率fC小于预定义或预先配置的阈值，则控制单元24决定使用XO1 26-1，而如果载波频率fC大于预定义或预先配置的阈值，则控制单元24决定使用XO226-2。预定义或预先配置的阈值可以改变，但是，作为一个示例，该阈值可以是4千兆赫兹或10千兆赫兹。
应当注意，在一些实施例中，无线设备18可以包括用于不同载波频率的单独的接收器(即，作为单独的收发器的一部分)。例如，无线设备18可以包括用于小于例如6千兆赫兹的载波频率的第一收发器以及用于大于或等于例如6千兆赫兹的载波频率的第二收发器。在该示例中，XO1 26-1可以用于任一收发器，而XO2 26-2可以仅用于较高频收发器(例如，＞6千兆赫兹收发器或毫米波(mmW)收发器)。因此，在该示例中，如果期望载波频率fC小于例如6千兆赫兹，则使用第一较低频收发器，并且因此，控制单元24将第一较低频收发器的接收器配置成使用XO1 26-1。相反，如果期望的载波频率fC大于例如6千兆赫兹，则使用第二较高频收发器，并且因此，控制单元24将第二较高频收发器的接收器配置成使用XO226-2，或者在一些实施例中，如上所述，基于例如同步状态和/或已连接状态使用XO126-1或XO2 26-2。因此，在该示例中，控制单元24基于期望的载波频率fC来决定使用哪一个接收器以及使用哪一个XO。
然后，该过程如上面关于图4所述进行，以根据步骤402中做出的决定使用XO1 26-1(步骤404-408，其对应于图4的步骤202-206)或使用XO2 26-2(步骤410-418，其对应于图4的步骤108-116)。然后，控制单元24决定是否要执行切换(HO)(例如，是否已经接收到切换命令)(步骤420)。例如，切换可以是频率间切换或无线电接入技术(RAT)间切换。切换是从一个小区或波束(源)到另一个小区或波束(目标)。目标可以在与源不同的载波频率上操作，并且因此，控制单元24重新评估使用哪一个XO。换句话说，切换指示可能存在新的载波频率fC。因此，如果要执行切换，则该过程返回到步骤400以确定目标小区或波束的新载波频率fC，然后考虑新的载波频率fC而重复。
贯穿本发明使用以下缩略词。
·2G 第二代
·3G 第三代
·3GPP 第三代合作伙伴计划
·4G 第四代
·5G 第五代
·ADC 模数转换器
·ASIC 专用集成电路
·BPF 带通滤波器
·BPSK 二进制相移键控
·CMOS 互补金属氧化物半导体
·CN 核心网
·CO 受控振荡器
·CPU 中央处理单元
·dB 分贝
·dBc/Hz 相对于每赫兹载波的分贝
·DRX 不连续接收
·eNB 增强或演进节点B
·FoM 品质因数
·FPGA 现场可编程门阵列
·Gb/s 吉比特/秒
·GHz 千兆赫兹
·HO 切换
·HSPA 高速分组接入
·Hz 赫兹
·IF 中频
·kHz 千赫兹
·LNA 低噪声放大器
·LO 本地振荡器
·LTE 长期演进
·MA-MIMO 多天线多输入多输出
·MBB 移动宽带
·MCS 调制和编码方案
·MHz 兆赫兹
·MME 移动性管理实体
·mmW 毫米波
·MTC 机器类型通信
·mW 毫瓦
·OOS 不同步
·PDN 分组数据网络
·P-GW 分组数据网络网关
·PLL 锁相环
·ppm 百万分之
·P-SCH 主同步信道
·PSS 主同步信号
·QAM 正交幅度调制
·RAN 无线电接入网
·RAT 无线电接入技术
·RF 无线电频率
·RLF 无线电链路故障
·RRC 无线电资源控制
·SCEF 服务能力开发功能
·SNR 信噪比
·S-SCH 辅同步信道
·SSS 辅同步信号
·UE 用户设备
·VCO 电压受控振荡器
·WCDMA 宽带码分多址
·XO 参考晶体振荡器
本领域技术人员将认识到对本发明的实施例的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为是在本文公开的构思和随后的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种无线设备(18)的操作方法，所述无线设备(18)包括锁相环(44)、向混频器(36)提供本地振荡信号的受控振荡器(46)、以第一参考频率操作的第一参考晶体振荡器(26-1)以及以大于所述第一参考频率的第二参考频率操作的第二参考晶体振荡器(26-2)，所述操作方法包括：
基于要由所述无线设备(18)的接收器(22)接收的信号的载波频率来做出(100)关于将所述无线设备(18)的接收器(22)配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定；以及
根据所述决定将所述无线设备(18)的所述接收器(22)配置(104或114)成将所述锁相环(44)连接到所述第一参考晶体振荡器(26-1)以使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或将所述锁相环(44)连接到所述第二参考晶体振荡器(26-2)以使用所述第二参考晶体振荡器(26-2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于要由所述无线设备(18)的所述接收器(22)接收的所述信号的所述载波频率来做出(402)所述决定包括如果所述载波频率小于预定义或预先配置的阈值，则做出(402)使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)的决定，而如果所述载波频率大于所述预定义或预先配置的阈值，则做出(402)使用所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定义或预先配置的阈值大于或等于4千兆赫兹。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定义或预先配置的阈值大于或等于10千兆赫兹。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第一参考频率小于或等于52兆赫兹，而所述第二参考频率大于或等于100兆赫兹。
6.一种无线设备(18)的操作方法，所述无线设备(18)包括锁相环(44)、向混频器(36)提供本地振荡信号的受控振荡器(46)、以第一参考频率操作的第一参考晶体振荡器(26-1)以及以大于所述第一参考频率的第二参考频率操作的第二参考晶体振荡器(26-2)，所述操作方法包括：
做出(100)关于将所述无线设备(18)的接收器(22)配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定；以及
根据所述决定将所述无线设备(18)的所述接收器(22)配置(104或114)成将所述锁相环(44)连接到所述第一参考晶体振荡器(26-1)以使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或将所述锁相环(44)连接到所述第二参考晶体振荡器(26-2)以使用所述第二参考晶体振荡器(26-2)，其中，所述无线设备(18)包括至少两个接收器，并且：
做出(100)所述决定包括基于要由所述无线设备(18)接收的信号的载波频率来做出(100)关于使用所述至少两个接收器中的哪一个接收器以及将所决定的接收器配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定；以及
配置(104或114)所述无线设备(18)的所述接收器(22)包括根据所述决定将所决定的接收器配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或所述第二参考晶体振荡器(26-2)。
7.一种无线设备(18)，包括锁相环(44)、向混频器(36)提供本地振荡信号的受控振荡器(46)、以第一参考频率操作的第一参考晶体振荡器(26-1)以及以大于所述第一参考频率的第二参考频率操作的第二参考晶体振荡器(26-2)，所述无线设备(18)包括控制单元(24)，所述控制单元(24)适于：
基于要由所述无线设备(18)的接收器(22)接收的信号的载波频率来做出关于将所述无线设备(18)的接收器(22)配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定；以及
根据所述决定将所述无线设备(18)的所述接收器(22)配置成将所述锁相环(44)连接到所述第一参考晶体振荡器(26-1)以使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或将所述锁相环(44)连接到所述第二参考晶体振荡器(26-2)以使用所述第二参考晶体振荡器(26-2)。
8.根据权利要求7所述的无线设备(18)，其中，所述无线设备(18)还适于根据权利要求2至5中任一项所述的方法进行操作。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的无线设备，其中，所述无线设备是用户设备(UE)或机器类型通信(MTC)设备。
10.一种无线设备(18)，包括锁相环(44)、向混频器(36)提供本地振荡信号的受控振荡器(46)、以第一参考频率操作的第一参考晶体振荡器(26-1)以及以大于所述第一参考频率的第二参考频率操作的第二参考晶体振荡器(26-2)，所述无线设备(18)包括控制单元(24)，所述控制单元(24)适于：
做出关于将所述无线设备(18)的接收器(22)配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)的决定；以及
根据所述决定将所述无线设备(18)的所述接收器(22)配置成将所述锁相环(44)连接到所述第一参考晶体振荡器(26-1)以使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或将所述锁相环(44)连接到所述第二参考晶体振荡器(26-2)以使用所述第二参考晶体振荡器(26-2)；其中
所述无线设备(18)包括至少两个接收器，并且所述控制单元还适于：
通过基于要由所述无线设备(18)接收的信号的载波频率确定使用所述至少两个接收器中的哪一个接收器以及将所决定的接收器配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)还是所述第二参考晶体振荡器(26-2)来做出所述决定；以及
通过根据所述决定将所决定的接收器配置成使用所述第一参考晶体振荡器(26-1)或所述第二参考晶体振荡器(26-2)来配置(104或114)所述无线设备(18)的所述接收器(22)。
11.根据权利要求10所述的无线设备，其中，所述无线设备是用户设备(UE)或机器类型通信(MTC)设备。
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