CN1166728A

CN1166728A - 用于数字无线通信系统的自动频率控制电路

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Publication number: CN1166728A
Application number: CN96121388A
Authority: CN
Inventors: 李京旼
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2016-12-30
Also published as: GB9627025D0; CN1078982C; GB2308931B; KR970055871A; KR0164381B1; GB2308931A; US5903600A

Abstract

一种自动频率控制电路，包括用于数字收发信机电路的宽带和失真自动频率控制电路。此失真自动频率控制电路执行该电路所应用的系统的规范允许的频率偏差范围内的微小频率变化的补偿功能。在这种情况中，相应地，可能维持稳定的呼叫通话。当产生频率是在系统的频率容许偏差之外的信号时，宽带自动频率控制电路操作以执行快速自动频率跟踪功能。

Description

用于数字无线通信系统的自动频率控制电路

本发明涉及用于数字通信系统的数字收发信机单元中的自动频率控制电路，特别涉及能抑制时分双工(TDD)通信系统中所含有的频率变化而引起的失真现象的自动频率控制电路。

现行可用的数字无绳电话系统采用TDD系统或时分多址(TDMA)-TDD系统作为传输技术，其中信号发射和接收操作使用单个频率以乒乓方式完成。

图1表示采用常规的连续自动频率控制方法的数字收发信机电路的方框图。这样的收发信机电路公开在美国专利第5,309,429号，由KunoFutuda发明的，转让给索尼公司并于1994年5月3日授权。此收发信机电路包括一个自动频率控制电路，用于控制包含在收发信机电路的接收机部分中的本机振荡器。当在收发信机电路的接收机部分上接收呈现高频偏移的输入信号时，自动频率控制电路反馈对应此频率偏移的电压信号，从而变化来自本机振荡器的输出信号的频率。自动频率控制电路包括一个鉴频器72和一个低通滤波器73。来自鉴频器72的输出信号作为参考电压存储在包含在低通滤波器73内部的存储器中。根据此参考电压，自动频率控制电路控制发送给包含在收发信机电路的发射机部分中的调制器84的载波信号Si的频率，并控制发送给接收机部分的本机振荡器的信号Sj的频率。以这种方式，自动频率控制电路执行自动频率控制功能。

图2表示图1所示的数字收发信机电路一部分的详细结构的电路图。因为在收发信机电路接收来话呼叫时可能发生频率漂移，所以包含在收发信机电路中的自动频率控制电路对于每一来话呼叫都执行自动频率控制。

在发射间隔中，低通滤波器73的开关733由系统控制单元31输出的控制信号S37接通。相应地，鉴频器72的输出电压V72通过电容器732和734变得平滑。结果，鉴频器72的输出电压被平均然后作为参考电压在系统控制单元31中累加。

在接收间隔中，执行与在发射间隔中一样的自动频率控制操作。即，在发射间隔中低通滤波器73的开关733由系统控制单元31输出的控制信号S37接通。相应地，鉴频器72的输出电压V72通过电容器732和734变得平滑。结果，鉴频器72的输出电压被平均并且随后发送给系统控制单元31。

然后，系统控制单元31把在接收间隔中接收的低通滤波器73的输出与在发射间隔中累加的参考电压作比较，从而检测在相比较电压之间的差别。根据此电压差别，系统控制单元31调整压控本机振荡器的振荡频率，所用方式是使电压差别变为零。

但是，上面提到的常规自动频率控制系统应用到频分多址—时分双工(FDMA-TDD)通信系统中可能有下列问题。

第一，FDMA-TDD通信系统在不同时间间隔上分别执行发射与接收操作。虽然本机振荡器在通信系统的发射间隔中生成与中心频率没有频率偏差(Δf＝0)的正常频率，但在通信系统的接收间隔中可能出现在与中心频率容许偏差之内的频率变化(即，根据CF-2CAI标准所确定的±10KHz的50％范围)。在这种情况下，通信系统执行自动频率控制，从而跟踪图3所示形状的解调单元的输出信号。在图3中，虚线表示幅度不随时间变化的理想参考信号。但是，在实际情况中会出现幅度变化，如图3的实线所示。在数字无绳电话机的接收电路中，基本上有必要生成参考信号，用于整形在接收机电路中无线接收的数字数据的数字波形为恢复数字数据时适于基带信号处理单元的信号波形。结果，此参考信号可能因为所接收频率的连续小的变化而使幅度连续地变化。在这种情况下，可能出现频率失真。再者，也可能出现信噪比(S/N)的降低。结果，可能降低实际系统对输入数据的灵敏度。

第二，在常规连续的自动频率电路应用到第二代数字无绳电话(CT-2)的信令层次的情况中，很难对每个信令层合适地进行频率控制。因此，不可能获得有效的自动频率控制，这导致整个系统的性能降低。当然，有可能利用连续的自动频率电路满足每个信令层的要求。在这种情况中，电路的结构相当复杂。

因此，本发明的目的是提供用于数字无线通信系统的自动频率控制电路，此电路即使在连续出现输入信号的频率的微小变化时也能阻止参考信号幅度的变化，因此避免了频率失真现象，从而维持对输入数据的改善的灵敏度。

本发明的另一目的是提供用于数字无线通信系统的自动频率控制电路，能够获得对第二代数字无绳电话的每一个信令层的有效的自动频率控制。

为了实现这些目的，本发明提供一种自动频率控制电路，该电路设置具有输入信号频率微小变化的有限容许偏差的频带，以便与微小频率变化有关的跟踪信号电平可以是恒定的。相应地，有效地抑制由频率变化而引起的频率失真现象。

本发明的其他目的和方面将从下面结合对图的实施例的描述变得明显了，其中：

图1表示采用常规连续的自动频率控制方法的数字收发信机电路的方框图；

图2表示图1所示的数字收发信机电路一部分的详细结构的电路图；

图3表示依据输入信号频率变化的整形电路中的参考信号幅度变化的图形；

图4表示根据本发明实施例的数字收发信机电路的方框图；

图5表示根据本发明在图4的电路中进行的失真自动频率控制的转换操作的电路图；

图6是失真自动频率控制电路的电路图；和

图7是包含在图4的电路中的宽带自动频率控制电路的电路图。

本发明提供用于数字收发信机电路的宽带和失真自动频率控制电路。此失真自动频率控制电路执行在由此电路所应用的系统规范所允许的频率偏差范围中的微小频率变化的补偿功能。在这种情况中，相应地，维持稳定的呼叫通话是可能的。当生成具有频率在系统频率容许偏差之外的信号时，此宽带自动频率控制电路操作执行快速自动频率跟踪功能。

图4表示根据本发明实施例的数字收发信机电路的方框图。此数字收发信机电路具有能获得符合所给定的信号协议的宽带或窄带自动频率控制的结构。在调制器11上接收来自扬声器(未示出)的输入信号Df，其中调制器11用于调制此输入信号内发送数据的形式。来自调制器11的已调制信号发送到频率合成器12和参考信号生成器13，此参考信号生成器13根据已调制信号生成16.2MHz的参考信号并随后发送此参考信号到频率合成器12，频率合成器12把来自参考信号生成器13的参考信号与调制信号合成，从而生成本机振荡信号，此本机振荡信号随后分别发送到一次和二次混频器16和17。

一方面，此一次混频器16也接收由三倍乘法器13将来自振荡器14的信号乘以3所获得的发射参考信号。振荡器14是生成50.0MHz的信号的发射补偿(offset)振荡器。一次混频器16把此发射参考信号与本机振荡信号合成，从而输出发射载波信号St。

另一方面，从频率合成器12输出的本机振荡信号也与输入信号Sr在二次混频器17中混频，其中二次混频器17又生成中频。此中频被发送到带通滤波器18随后在中间放大器19中放大。所放大的信号发送到解调器20，其中解调器20又根据鉴频方法完成信号检测，所检测信号通过低通滤波器21发送到失真自动频率控制电路22。

失真自动频率控制电路22补偿在上述电路中所接收的频率的小变化。另一方面，频率的大变化由宽带自动频率控制电路23补偿，此补偿是通过变化包含在宽带自动频率控制电路23内部的比较器的参考电压来实现。当在宽带自动频率控制电路23中接收的信号比所变化的参考电压高时，此宽带自动频率控制电路23工作以变化在调制器11上的输入值。相应地，频率合成器12变化频率。

图5表示根据本发明在图4电路中完成的失真自动频率控制的转换操作的电路图。在图5中，标记字符So表示解调器的输出信号而标记字符Sr是从解调器输出信号中检测出的比特鉴别参考信号，标记字符CTL2是控制主要由三种信号MUX1、MUX2和MUX3组成的第一信令层的控制信号。信号MUX2和MUX3各包括一个同步信号和对应信令信道的一个D信道，信号MUX1包括一个语音信号和对应数据信道的一个B信道。信号MUX2和MUX3具有不是随机但具有同样代码的连续波形的信号模式。另一方面，信号MUX1具有相对随机的信号模式。相应地，由控制信号CTL2控制的信令层不同于由控制信号CTL1控制的信令层。换句话说，在根据同步字是否从信号MUX2中识别来变换信号MUX2为信号MUX1的状态中的数据模式是不同于根据信道标志比特码型是否从信号MUX3中识别来变换信号MUX3为信号MUX2的状态中的数据模式。

呈现高电平的数字信号数量和呈现低电平的数字信号数量可能根据信令层而变化。从实际接收机电路的解调器输出的数字信号具有通常对应于通过图5中所示的电阻R1至R3和电容器C1的在高和低电平之间的中间值的平均值。可能利用由电阻R1至R3和电容器C1检测的参考信号幅度的相关变化来补偿依据发生在频率检测方法中出现的频率变化的检测输出振幅中的不希望的变化。相应地，可减少由发生在本地区域中的输入频率变化引起的频率差错。再者，不要求反馈路径。结果，能实现快速的自动频率控制功能。

但是，在输入信号呈现频率变化超出失真自动频率控制电路所允许的容许偏差的情况下，由宽带自动频率控制电路完成自动频率跟踪功能。在这种情况下，本机振荡器的振荡频率也以这样的一种方式变化使得输入信号具有在容许偏差之内的频率。在输入信号具有容许偏差之内的频率时，停止自动频率跟踪。结果，有可能防止频率失真现象。

图6是图4所示的失真自动频率控制电路的电路图。图6表示失真自动频率控制电路到外围信号输入和输出级的连接。在图6中，标号21是接收从接收机电路的解调器输出的音频信号的低通滤波器，低通滤波器21包括晶体管TR11、电阻R11、R12、R13与R14、和电容器C11与C12。失真自动频率控制电路包括开关SW11与SW12、电阻R16、R17与R18和电容器C13。这些元件用于根据所给定的信号协议控制参考信号的检测特性，*AR11用于进行比特分片该数字音频信号。

图7是图4中所示的宽带自动频率控制电路的电路图。在图7中，标记字符C_AFC是用于控制自动频率控制功能的信号。控制信号C_AFC从第二代无绳电话机的基带板上的信号处理器中发出。

控制信号C_AFC在自由扫描方式和发送或接收方式中分别具有不同的逻辑状态。在自由扫描方式中，因为生成随机数据，所以“1”和“0”的产生率相等。在这种情况中，判定参考数据定位于解调数据波形的中心。结果，不必要因为低比特率而提供宽带自动频率控制功能。在图1所示的连续完成自动频率控制功能的情况中，可能在自由扫描方式中出现频率的尖锐变化。结果，在进行方式变化时，可能出现频率失真损耗，而不是频率补偿效应。因此，控制信号C_AFC在自由扫描方式中维持“1”(高)的逻辑状态以便在控制功能是不必要的情形中排除无条件的自动频率控制。相应地，可能防止频率失真。

在完成自由扫描方式之后进行发送或接收操作时，控制信号C_AFC的逻辑状态从“1”变到“0”以便执行宽带自动频率控制操作。

如图7所示，宽带自动频率控制电路包括比较器51a和51b，均适用于比较在其反相输入接收的自动频率控制信号S_AFC与在非反相输入接收的预定参考电压，从而确定该信号S_AFC是否在自动频率控制功能可适用的范围内。这个范围由在非反向输入接收的参考电压确定。宽带自动频率控制电路也包括晶体三极管52a与52b、电容器C21与C22、和电阻R28，以便确定通过比较器51a与51b发送到开关SW13的自动频率控制信号S_AFC的当前数量和带宽。

换句话说，在图7中所示的宽带自动频率控制电路输入由图6所示的失真自动频率控制电路检测的电压变化。比较器51a和51b的参考电压值设置为在输入信号的最大容许偏差中的一个值。因此，在输入信号的频率低于中心频率的容许偏差时，比较器51a的输出应在低状态中。在这种状态中，晶体三极管52a接通，从而导致调制器11增加本机振荡器的输出频率。结果，输入信号的频率就降低。另一方面，在输入信号的频率高于中心频率的容许偏差时，比较器51b的输出就在高状态中，从而使晶体三极管52b接通。在这种状态中，调制器11用于降低本机振荡器的输出频率。结果，输入信号的频率就增高。

本机振荡器的振荡频率以这种方式变化以便输入信号的频率能在所给定的频率容许偏差之中。当输入信号的频率在所给定的频率容许偏差之中时，停止自动频率跟踪。相应地，可能防止频率失真现象。

在采用两种宽带和失真自动频率控制电路中，不仅可能解决现有技术中的问题，也可能依据方式变化有效地完成控制功能。也可能只在所要求的时间间隔中完成自动频率控制功能。相应地，可能依据随每个信令层变化的数据模式来精细地控制频率补偿程度。这导致系统稳定性与可靠性的改善。

从上述可清楚，本发明提供一种自动频率控制电路，该电路不管频率振荡器的有限差错补偿性能如何而能维持很稳定的载波频率。即使在接收方式中出现未预料的大的频率漂移时，自动频率控制电路能利用其宽带自动频率控制功能获得快速频率稳定。小的频率漂移能由自动频率控制电路的失真自动频率控制功能来补偿。结果，可能使在系统的整个操作期间产生的其他差错的可能性最小。另外，不必要利用昂贵的高稳定的振荡器进行实际的频率稳定。相应地，具有可减少费用的益处。

虽然为说明目的而公开本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将意识到各种修改、增加与替换是可能的，而不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims

1、一种数字无线通信系统的自动频率控制电路，包括：

一个调制器，用于在所要求的控制下接收发射数据并调制该发射数据；

一个参考信号生成器，用于根据所调制的信号产生具有所希望频率的参考信号；

一个频率合成器，用于合成所调制信号与该参考信号，从而输出本机振荡信号；

一个发射参考信号产生单元，用于产生发射参考信号；

一个一次混频器，用于合成该发射参考信号与该本机振荡信号，从而输出一个发射载波信号；

一个二次混频器，用于合成系统接收的输入信号与该本机振荡信号，从而变换该输入信号为中频信号；

一个带通滤波器，用于检测该中频信号的预定频带；

一个中间放大器，用于把带通滤波器输出的信号放大到所希望的电平；

一个解调器，用于根据鉴频方法检测所放大的信号；

一个低通滤波器，用于检测该检测的信号的低频带成分；和

一个失真自动频率控制电路，用于产生所述的低频带成分作为自动频率控制信号以响应从外部提供的所给定的调整的信号、比特标准化所述低频带成分并发射所述比特整形的成分到所述调制器。

2、根据权利要求1的自动频率控制电路，还包括：

安排在该失真自动频率控制电路与该解调器之间的一个宽带自动频率控制电路，该电路用于确定从该失真自动频率控制电路输出的自动频率控制信号是否具有包含在自动频率控制范围中的频率，并根据此确定结果输出新的自动频率控制信号。

3、根据权利要求1或2的自动频率控制电路，其中该发射参考信号产生单元包括：

一个振荡器，用于产生具有预定频率的信号；和

一个乘法器，用于将振荡器产生的信号乘以3，从而产生一个发射参考信号。

4、如权利要求2所述的自动频率控制电路，其中宽带自动频率控制电路包括：

一对比较器，均用于比较加到其反相输入的自动频率控制信号与加到其非反相输入的参考电压，从而确定该自动频率控制信号是否具有包含在自动频率控制功能可适用的频率范围中的频率；

响应从外部所加的控制信号而接通和断开的开关，用于控制自动频率控制功能，该开关适用于发送该自动频率控制信号到解调器；和

安排在比较器的每个输出与该开关之间并用于确定发送到该开关的自动频率控制信号的当前数量与带宽的装置。

5、根据权利要求4的自动频率控制电路，其中该宽带自动频率控制电路用于控制调制器，控制方式是：在由失真自动频率控制电路检测的电压变化高于由比较器所确定的输入信号的最大频率容许偏差时，本机振荡信号提高频率，从而降低输入信号的频率，而在电压变化低于输入信号的最大频率容许偏差时，降低频率，从而提高输入信号的频率。