专利名称：高效应用频率校正的方法和装置的制作方法
技术领域：
概括地说，本发明涉及频率校正，具体地说，本发明涉及在使用分数N 合成器的系统中执行频率校正的技术。
背景技术：
无线通信设备必须常常使它们内部的定时机制与接收自远端实体(例 如基站等)的信号同步。例如，无线标准可指定在无线设备中本地生成的 信号(例如时钟、LO信号等)的频率以及接收信号(例如从基站接收的信 号等)的频率之间可存在的最大误差量。为了解决这种需求，可采用频率 校正策略。因此需要多种以高效和精确的方式应用频率校正的技术。
图1是示出根据本发明实施例的示例性无线通信配置的方框图2是示出根据本发明实施例的示例性接收器系统的方框图；以及
图3是示出根据本发明实施例用于执行频率校正的示例性方法的流程图。
具体实施例方式
在以下具体实施方式
中，参照附图，所述附图显示出可实现本发明的 具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以使得本领域普通技术人员能 够实现本发明。可以理解的是，本发明的各个实施例尽管不同，但是并不 一定是互斥的。例如，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，结合一个 实施例在本文描述的特定特点、结构或特征可以在其它实施例中实现。此 外，可以理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在每个公开 实施例中的各个元件的位置或排列可以修改。因此，以下具体实施方式
不 具有限制意义，并且本发明的范围仅通过适当解释的权利要求以及所附权 利要求的等同物的全部范围来限定。在附图中，相似的标号表示在几个视
6图中的相同或相似功能。
图1是示出根据本发明实施例的示例性无线通信配置10的方框图。配 置10可存在于例如无线通信网络(例如基于IEEE 802.11的网络、基于正EE 802.16的网络等)、蜂窝式电话网(例如全球移动通信系统(GSM)网络、 通用分组无线业务(GPRS)网络、增强数据GSM演进(EDGE)网络等) 或其它类型网络和系统中。如图所示，无线通信配置10包括第一和第二基 站12、 14。每个基站12、 14可具有一个或多个天线，以便有助于无线信号 的发射和接收。每个基站12、 14具有覆盖区域或小区20、 22，其中基站 12、 14提供网络接入服务。即，每个基站12、 14能够在相应小区20、 22 中支持与一个或多个移动站的无线链接，以便为移动站提供网络接入和通 信服务。基站12、 14还能够在多个站之间经由无线和/或有线链路彼此通信。 基站12、 14还可接入大型网络，例如公共交换电话网(PSTN)、因特网、 专用局域网(LAN)和/或其它网络。尽管图1的无线通信配置显示为仅具 有2个基站12、 14，但是应当理解的是，蜂窝式无线系统可包括任意数量 的基站，以在扩展区域上提供通信覆盖。
如图1所示，无线通信配置10还包括移动站16，其位于第二基站14 的覆盖范围22中。移动站16可包括任意类型的移动无线通信设备或系统， 包括例如蜂窝式电话、具有无线功能的便携式计算机、具有无线功能的个 人数字助理和/或其它。移动站16可包括一个或多个天线18，以便有助于 无线信号的发射和接收。可使用任意类型的天线，例如偶极天线、贴片天 线、螺旋天线、天线阵列、多天线(例如MIMO)排列和/或其它。移动站 16通常与为移动站提供网络接入的系统中的基站相关联。如图1所示，移 动站16当前与基站14相关联。然而，在移动站16移动时，与其相关联的 基站可能会改变。例如，如果移动站16从小区22移动到小区20中，则移 动站16的关联可从基站14改变为基站12。这称为切换操作。
在移动站16与基站14相关联时，移动站16必须在某一频率级上保持 与基站14同步。通常，移动站16将尝试与接收自基站14的信号同步。例 如，根据GSM蜂窝标准，需要移动站相对于从关联基站接收的信号保持百 万分之0.1 (ppm)的频率精度。其它无线标准可具有不同需求。需要基于 所接收的信号来校正内部生成的信号的频率的技术，从而能够满足这种频
7率精度需求。
图2是示出根据本发明实施例的示例性接收器系统30的方框图。接收 器系统30可用于例如图1的移动站16中，或其它无线通信设备中。如图 所示，接收器系统30可包括混合器32、取样器34、数字基带接收器36、 控制器38、数模(D/A)转换器40、压控晶体振荡器(VCXO) 42和本地 振荡器(LO)子系统44。 VCXO42用于生成由系统30中的其它元件使用 的基准信号。LO子系统44使用VCXO 42输出的基准信号来生成向混合器 32传送的LO信号。混合器32使用LO信号将从无线信道接收的信号(即 接收信号)下变频至基带。
取样器34对混合器32输出的基带信号进行取样，以生成其数字表示。 如图所示，在至少一个实施例中，由VCX0 42输出的基准信号用于对取样 器34计吋。基准信号还用于对相应设备或系统中的其它电路和组件计时。 将取样器34生成的数字抽样传送至数字基带接收器36的输入端，所述数 字基带接收器36对抽样进行数字化处理以从中提取通信信息。然后，可将 这样提取的信息发往例如用户界面或其它目的地。
如图2所示，在至少一个实施例中，数字基带接收器36可包括频率估 计逻辑46，其能够估计在混合器32使用的LO信号与接收信号之间的频偏。 在至少一个实施例中，频率估计逻辑46以固定时间间隔(例如每M帧等) 生成频偏估计。为了精确地下变频至基带，LO信号的频率需要与接收信号 的频率基本相同。控制器38从数字基带接收器36接收频偏估计，并使用 所述估计来确定如何调整LO信号的频率以降低或消除频偏。
如图2所示，LO子系统44可包括分数N合成器48。分数N合成器 48表示如下功能，其允许输出频率达到对分数N合成器的输入施加的基准 信号的频率的非整数倍。用于实现分数N合成器的技术是本领域已知的。
为了调整LO信号的频率，控制器38具有2个选择。在第一选择中， 控制器38可向分数N合成器48发送校正信号，使得合成器48改变用于生 成LO信号的非整数乘法器。在另一个可能的选择中，控制器38可向VCXO 42传送校正信号，以改变由此生成的基准信号的频率。基准信号的频率的 任意改变将转换成LO信号的频率的改变。因为VCXO 42需要模拟输入信 号，所以D/A转换器40用于将控制器38输出的数字控制信号转换成模拟信号。
分数N合成器48能够将LO信号的频率调整至相对较高的精确度。另 一方面，向VCX0 42发送的频率校正命令可导致较高的频率误差级。在向 某些VCXO发送校正消息时，在命令频率改变时出现多达30% (或更大) 的过冲或下冲误差级。因此，如果检测到相对较大的频偏，并使用VCXO 来校正该频偏，则在校正之后产生的频率误差将仍旧远远超过系统的频率 精度需求(例如在GSM中0.1ppm等)。在解决这个问题的一个可能方案中， 可使用较精确的分数N合成器48来执行所有频率校正。然而，如先前所述， 在一些实施例中，VCX0 42还为相应系统中的取样功能块(和可能的其它 元件)提供时钟信号。因此，专用分数N校正会使得定时误差在系统中累 积。根据本发明的一方面，提供能够以如下方式在系统中执行频率校正的 技术，即满足指定频率精度需求同时还降低系统中时间漂移误差的累积。
在本发明的至少一个实施例中，当控制器38接收到新的频偏估计时， 控制器38将立即向分数N合成器48发送校正信号，以便对整个偏移进行 校正。因为分数N合成器48是相对精确的，所以在进行校正之后，LO频 率通常具有相对少量的频率误差，并且相应无线标准的频率精度需求(如 果存在)将很可能得到满足。在使用分数N合成器48进行初始校正之后， 将校正缓慢地随时间逐渐从分数N合成器48传送至VCXO 42。 S卩，并非 一开始就对VCXO 42进行较大的校正以便校正频偏，而是首先对分数N合 成器48进行较大的校正，然后随时间以少量校正(Af)的方式逐渐将这个 校正传送至VCX0 42。例如，假设在特定时间(例如仅在发生切换操作之 后)估计出600Hz的相对较大的频偏。然后，使用分数N合成器对LO频 率进行600Hz的校正。然后，在固定时间间隔按(例如)30Hz的增量从分 数N合成器48向VCXO 42传送校正。
当控制器38从分数N合成器48向VCXO 42传送校正时，它可向VCXO 42发送第一校正信号以实现频率变化Af，以及向分数N合成器48发送第 二校正信号以实现频率变化-Af(或反之亦然)。在本发明的至少一个实施例 中，控制器38引起向VCXO 42传送少量校正的时间间隔是进行频偏估计 的时间间隔。例如，在一个可能的系统中，每M (例如16)个接收帧可估 计一次频偏。在这个系统中，每M个帧还可进行一次校正传送。以这样的
9方式，每次进行传送时，在进行下一个传送之前执行另一个频偏估计(和 对应的校正)。
在本发明的至少一个实施例中，假设在VCX042中具有最坏情况的校 正误差，可以采用被设计为满足相应系统的频率精度需求的方式来选择从 分数N合成器48向VCX0 42传送的少量校正(Af)。例如，在一个可能的 实施方式中，可确定出10Hz的频率误差是不会使得接收器妨碍相应频率精 度需求(例如0.1ppm等)的可接受量。还己知，在系统中使用的VCXO的 最差情况的频率变化误差是+/-30%。因此，可将少量的校正Af设置为 10Hz/0.3=33Hz或四舍五入为30Hz。这个数目还可进一步减少，以提供频 率精度的额外保证。
在一个可能方案中，从分数N合成器48向VCXO传送少量的校正， 直到完全传送了分数N合成器的原始校正为止。如果在初始校正之后使用 分数N合成器进行额外校正，则在向VCXO传送了分数N合成器的所有校 正的总和之前，继续传送少量的校正。这些校正中的一部分可以是增频， 一部分可以是降频。在至少一个实施例中，在任一次传送中由VCXO引起 的频率变化不允许超过Af (增加或降低)。然而，在例如存在少于Af的累 积校正要传送时，校正量可小于Af。
图3是示出根据本发明的实施例用于执行频率校正的示例性方法50的 流程图。方法50可结合例如图2的接收器系统30或其它系统、设备或组 件来执行。在至少一个实施例中，使用可在数字处理设备中执行的软件(在 例如计算机可读介质上存储的指令)来实现方法50。在例如激活系统、设 备或组件时，启动方法50 (方框52)。在启动之后，方法50等待要获得(例 如从估计器接收)的频偏估计(方框54)。在至少一个实施例中，频偏估计 可表示在从无线信道接收的信号频率与本地生成的信号(例如LO信号)频 率之间的偏移。在系统中，可在预定时间(例如固定时间间隔、每M个接 收帧等)对频偏值进行估计。在获得频偏估计时(方框54—Y)，可向本地 分数N合成器发送校正信号，以基于估计的频偏来校正本地生成的信号(例 如LO信号)的频率(方框56)。因为估计的精度通常随时间逐渐降低，所 以应该在进行估计之后的相对较短时间内发送校正信号。因为分数N合成 器对于执行频率校正是相对精确的，所以在进行这种校正之后应该存在相对少量的频偏。
在进行分数N合成器的校正之后，从分数N合成器向VCXO传送一部 分校正(方框58)。例如，在一个方案中，从分数N合成器向VCXO传送 少量的校正Af (如果这种传送得到许可的话)。例如，如果由本地分数N 合成器执行的并且要传送至VCXO的校正累积量的大小大于Af，则这种传 送可被许可。自(例如)初始化以来，校正的累积量可以是分数N合成器 进行的所有校正(正和负)的总和。如果分数N合成器的累积的、未传送 的校正大小小于Af，但是大于0，则在方框58，向VCXO传送指定的量。 该传送可以是增频或降频。
在至少一个实施例中，每当分数N合成器的累积的、未传送的校正不 是0时，从分数N合成器向VCXO传送校正。可分配存储器的位置，以记 录分数N合成器的累积的、未传送的校正量。在至少一个实施例中，仅在 分数N合成器中进行初始校正之后才向VCXO传送校正(方框56)。如先 前所述，通过使用VCXO将本地生成的信号频率改变+Af以及使用分数N 合成器将本地生成的信号频率改变-Af，从分数N合成器向VCXO传送校正 △f (反之亦然)。在一个方案中，方框56和58可受到以下两者的影响，例 如首先使用分数N合成器使本地生成的信号频率发生变化[估计的偏移 -Af]，然后使用VCXO使频率变化+Af (反之亦然)。在从分数N合成器向 VCXO传送校正Af之后，方法50可返回方框54，并再次等待要获得的频 偏估计(方框54)。当接收到估计时，可如上所述再次执行校正。
在至少一个实施方式中，上述技术允许使用可能比先前使用的便宜的 压控晶体振荡器(VCXO)，从而降低实施成本。己知的，与较高成本的振 荡器相比，较便宜的振荡器通常显示较高的频率校正误差。通过使用本发 明的技术，可克服与这种较高校正误差相关的许多问题。在某些情况下， 本发明技术的使用可增加在校正由振荡器引起的定时误差之前经过的时间 量，因此导致在取样时钟中出现某些偏移。然而，在一些实施例中，通常 在数字基带接收器36的时间跟踪回路中校正这种少量偏移。尽管结合 VCXO进行以上描述，但应当理解的是，本发明的各方面还可以通过其它 类型的压控振荡器(VCO)实现。
在上述的实施例中，本发明的技术在基于通信的应用中实现。应当理解的是，本发明的各方面还可用于对本地生成信号的频率进行校正的非通 信应用中。即，每当使用具有较低频率校正精度的振荡器来驱动具有较高
频率校正精度的分数N合成器时，可使用本发明的特征。
当在通信系统中实施时，本发明的技术和结构可通过任意各种不同的
形式来实现。例如，本发明的特征可以在以下形式和/或其它形式中实现 蜂窝式电话和其它手持无线通信设备，具有无线功能的便携式、掌上型、
桌面和平板计算机，具有无线功能的个人数字助理(PDA)，寻呼机，卫星
通信设备，具有无线功能的相机，具有无线功能的音频/视频设备，网络接
口卡(NIC)和其它网络接口结构，集成电路，在机器可读介质上存储的指
令和/或数据结构。可使用的不同类型机器可读介质的实例包括软盘、硬
盘、光盘、压縮盘只读存储器(CD-ROM)、数字视频盘(DVD)、蓝光盘、 磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程 ROM (EPROM)、电可擦除可编程ROM (EEPROM)、磁卡或光卡、闪存 和/或适用于存储电子指令或数据的其它类型介质。如上所述，术语"逻辑" 可包括例如软件或硬件和/或软件和硬件的组合。
应当理解的是，本文的方框图中所示的各个方框可以是实际的功能，
并且不必对应于分立的硬件元件。例如，在至少一个实施例中，在方框图 中的2个或更多个方框可以在单个数字处理设备的软件中实现。数字处理 设备可包括例如通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算 机(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专 用集成电路(ASIC)和/或包括上述组合的其它设备。可使用硬件、软件、 固件和混合实施方式。
在前面的详细描述中，在一个或多个独立实施例中，为了公开内容的 流畅起见，有时候将各个特征集中到一起。这种公开方法不应被理解为反 映如下动机所主张的本发明需要比每项权利要求明确列举的更多特征。 确切而言，如权利要求书所反映的那样，本发明的各方面可以体现在比单 个公开实施例的所有特征要少的特征中。
尽管结合了某些实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员容易 理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行修改和改变。这 种修改和改变可认为在本发明和所附权利要求的界限和范围内。
1权利要求
1、一种方法，包括获得在接收信号与本地生成信号之间的频偏估计；在获得所述频偏估计之后，根据所述频偏估计使用本地分数N合成器来校正所述本地生成信号的频率，所述本地分数N合成器由本地压控振荡器(VCO)进行馈送；以及从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送所述本地生成信号的所述频率的所述校正的一部分。
2、 如权利要求l的方法，还包括 以规律的时间间隔重复获得、使用和传送步骤。
3、 如权利要求l的方法，其中传送所述校正的一部分包括从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送校正的最大值Af，其中，基于最大允许频率误差来选择Af。
4、 如权利要求l的方法，其中传送所述校正的一部分包括向所述本地VCO发送校正消息以使得所述本地生成信号的频率发生变化Af，以及向所述本地分数N合成器发送校 正消息以使得所述本地生成信号的频率发生变化-Af，或反之亦然。
5、 如权利要求l的方法，其中从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送所述本地生成信号的所述频率的所述校正的一部分包括仅在所述本地分数N合成器的累积的、未传送的校正不是0时从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送校 正。
6、 如权利要求l的方法，其中所述VCO是压控晶体振荡器(VCXO)。
7、 一种装置，包括压控振荡器(VCO)，用于生成基准信号； 分数N合成器，使用所述基准信号来生成本地信号； 频偏估计器，用于估计在所述本地信号的频率和从通信信道接收的信 号的频率之间的偏移；以及控制器，通过向所述分数N合成器和所述VCO发送控制信号来调整所 述本地信号的所述频率，其中，在从所述频偏估计器接收到频偏估计时， 所述控制器向所述分数N合成器发送控制信号以校正所述本地信号的频 率，然后引起以预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO传送所述校 正的一部分。.
8、 如权利要求7的装置，其中所述本地信号是用于执行下变频的本地振荡器(LO)信号。
9、 如权利要求7的装置，其中所述预定时间间隔是所述频偏估计器生成频偏估计的时间间隔。
10、 如权利要求7的装置，其中所述控制器引起在每个预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO 传送校正的最大值Af，其中，基于最大允许频率误差来选择Af。
11、 如权利要求7的装置，其中所述控制器仅在所述分数N合成器的累积的、未传送的校正不是0时 的一个所述预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO传送校正。
12、 如权利要求7的装置，其中所述控制器通过以下方式引起从所述分数N合成器向所述VCO传送所 述校正的一部分通过向所述VCO发送信号以使得所述本地信号的所述频 率发生变化+F，以及向所述分数N合成器发送信号以使得所述本地信号的所述频率发生变化-F，其中F是传送的校正量。
13、 一种制品，包括存储有指令的存储介质，所述指令在由计算平台执行时用于获得在接收信号与本地生成信号之间的频偏估计；在获得所述频偏估计之后，根据所述频偏估计使用本地分数N合成器 来校正所述本地生成信号的频率，所述本地分数N合成器由本地压控振荡 器(VCO)进行馈送；以及从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送所述本地生成信号的所 述频率的所述校正的一部分。
14、 如权利要求13的制品，其中，所述指令还用于 以规律的时间间隔重复获得、使用和传送步骤。
15、 如权利要求13的制品，其中传送所述校正的一部分包括从所述本地分数N合成器向所述本地VCO传送校正的最大值Af，其中，基于最大允许频率误差需求来选择Af。
16、 如权利要求13的制品，其中传送所述校正的一部分包括向所述本地VCO发送校正信号以使得所 述本地生成信号的频率发生变化Af，以及向所述本地分数N合成器发送校 正消息以使得所述本地生成信号的频率发生变化-Af，或反之亦然。
17、 一种系统，包括 至少一个偶极天线；压控振荡器(VCO)，用于生成基准信号； 分数N合成器，用于使用所述基准信号来生成本地信号；频偏估计器，用于估计在所述本地信号的频率与通过所述至少一个偶极天线从无线信道接收的信号的频率之间的偏移；以及控制器，通过向所述分数N合成器和所述VCO发送控制信号来调整所述本地信号的所述频率，其中，在从所述频偏估计器接收到频偏估计时，.所述控制器向所述分数N合成器发送控制信号，以校正所述本地信号的频 率，然后引起以预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO传送所述校 正的一部分。
18、 如权利要求17的系统，其中所述预定时间间隔是所述频偏估计器生成频偏估计的时间间隔。
19、 如权利要求17的系统，其中所述控制器引起在每个预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO 传送校正的最大值Af，其中，基于最大允许频率误差需求来选择Af。
20、 如权利要求17的系统，其中所述控制器仅在所述分数N合成器的累积的、未传送的校正不是0时 的一个所述预定时间间隔从所述分数N合成器向所述VCO传送校正。
全文摘要
在具有由压控振荡器驱动的分数N合成器的结构中，通过首先使用分数N合成器来校正较大频率误差，然后缓慢地从分数N合成器向压控振荡器每次传送少量校正来保持频率精度。
文档编号H04B1/06GK101502005SQ200780030075
公开日2009年8月5日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者I·苏茨科沃, R·阿维唯 申请人:英特尔公司