專利名稱：用于自動頻率控制范圍擴展的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用自動頻率控制(AFC)的通訊裝置，尤其涉及擴展在那些通訊裝置中的AFC范圍。
在減輕頻譜擁擠和擴展服務(wù)的努力中，已經(jīng)為用戶通訊系統(tǒng)分配了高頻帶寬。一種這樣的高頻用戶通訊系統(tǒng)是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(DCS)1800無線電話系統(tǒng)，它具有1710MHz-1785MHz的發(fā)射頻帶和1805MHz-1880MHz的接收頻帶。DCS1800頻率大約大于常規(guī)無線電話系統(tǒng)的頻率兩倍多，如全球移動電話標準(GSM)系統(tǒng)，它的發(fā)射頻帶是890MHz-915MHz而接收頻帶是935MHz-960MHz。
為了與DCS1800無線電話系統(tǒng)通訊，DCS1800無線電話實現(xiàn)AFC以同步無線電話的接收機與系統(tǒng)的基站發(fā)射機。AFC包括自動校正從基站發(fā)射機接收的信號載波頻率和從設(shè)置的接收機接收的無線電話的晶體參考振蕩器頻率之間的頻率偏差在可接受的誤差級別內(nèi)。DCS1800無線電話通過接收和處理在控制信道上由DCS1800基站發(fā)射機發(fā)送的一個67kHz音調(diào)啟動AFC。然而，如果DCS1800無線電話的初始頻率誤差太大，該音調(diào)可能變得衰減太多并且落到接收機帶寬以外。為了防止這種情況發(fā)生，DCS1800無線電話使用一個晶體參考振蕩器，該振蕩器具有一個+/-16ppm高精度的晶體。但是，+/-16ppm晶體太昂貴了。例如，+/-16ppm晶體比在GSM無線電話中傳統(tǒng)使用的+/-25ppm晶體在成本上大約貴20％。然而，在上述DCS1800無線電話中+/-16ppm晶體位置使用+/-25ppm晶體是不能接受的，因為這種替代會導(dǎo)致大約+/-50kHz的初始頻率誤差，它大到足夠阻止無線電話的正確接收。
因此，需要一種方法避免在如DCS1800無線電話的高頻通訊裝置中使用昂貴的、高精度晶體，而又不會犧牲AFC。


圖1是一個示出使用AFC范圍擴展設(shè)備的無線電話的方塊圖；圖2是一個示出圖1設(shè)備使用的AFC范圍擴展方法的流程圖；圖3是一個示出根據(jù)圖2的方法在AFC捕獲模式下圖1設(shè)備接收帶寬的圖形；以及圖4是一個示出根據(jù)圖2的方法在正常模式下圖1設(shè)備接收帶寬的圖形。
通過使用AFC范圍擴展，高頻通訊裝置如DCS1800無線電話可以在它的參考振蕩器中使用低成本、低精度晶體。AFC范圍擴展包括改變無線電話的接收帶寬以便于AFC。特別的，為了AFC捕獲的目的，接收帶寬被設(shè)置為第一寬設(shè)置。確定與接收的AFC信號有關(guān)的頻率誤差并且調(diào)節(jié)接收機接收以減少無線電話中的頻率誤差。一旦頻率誤差在預(yù)定的門限值以下，則接收帶寬被設(shè)置為與第一設(shè)置不同的第二設(shè)置用于正常的接收。
圖1所示的本地通訊裝置100，作為一個無線電話在通訊系統(tǒng)101中可操作地經(jīng)過通訊信號如RF信號的信令鏈路104與遠程通訊裝置102通訊。作為無線電話，在控制部分106控制下工作的本地裝置100使用天線108以耦合RF信號到信令鏈路104和從信令鏈路104耦合RF信號，使用接收部分110以接收天線108的RF信號并且轉(zhuǎn)換接收的RF信號用于控制部分106的處理，使用發(fā)射部分112以轉(zhuǎn)換由控制部分106產(chǎn)生的信號用于作為RF信號的傳輸并且提供發(fā)射RF信號到天線108?？刂撇糠?06使用本地裝置100的合成器部分114的壓控振蕩器(VCO)116分別地調(diào)諧接收部分110的接收前端115和發(fā)射部分112用于信道接收和傳輸?？刂撇糠?06經(jīng)過連接113控制VCO116。接收部分110使用中頻(IF)部分117經(jīng)過混頻和低通濾波用于正交解調(diào)接收的信號。VCO116和中頻部分117根據(jù)由合成器部分114的參考振蕩器118輸出的參考信號工作。為了使成本減至最小，參考振蕩器118使用低精度或“粗的”晶體119，例如比+/-16ppm低的精度如+/-25ppm。
本地裝置100是一個能夠工作在1000MHz頻率以上的無線電話，如DCS1800無線電話以1710MHz和1785MHz之間的頻率接收RF信號，個人通訊服務(wù)(PCS)1900無線電話以1805MHz和1880MHz之間的頻率接收RF信號，衛(wèi)星無線電話以大約1600MHz的頻率接收RF信號，等等。作為DCS1800無線電話，例如本地裝置100，為了AFC和在本地裝置100和遠程裝置102之間同步和通訊的目的，必須在廣播控制信道(BCCH)上接收和處理由遠程裝置102(在這種情況下它是DCS1800基站發(fā)射機)發(fā)射的、67kHz音調(diào)的頻率校正短脈沖串(FCB)。然而，低精度晶體119的使用使得本地裝置100初始易遭受到大的頻率誤差量，這些誤差可能導(dǎo)致FCB落到本地裝置100接收帶寬以外并且阻止FCB的接收，因此使得AFC不可能。
為了確保FCB的接收和AFC的正常執(zhí)行，本地裝置100使用一種AFC范圍擴展設(shè)備120。AFC范圍擴展設(shè)備120由控制部分106、接收部分110和合成器部分114的所有部分或一部分定義。AFC范圍擴展設(shè)備120包括合成器部分114的參考振蕩器118。使用低精度晶體119的參考振蕩器118通過連接121耦合到控制部分106，通過連接122耦合到VCO116并且通過連接123耦合到IF部分117。參考振蕩器118是一個可變頻率振蕩器。參考振蕩器118響應(yīng)在連接121上由控制部分106輸出的頻率設(shè)置信號AFCSET，產(chǎn)生由信號AFCSET定義頻率的參考信號。參考振蕩器118可操作地響應(yīng)控制部分106和信號AFCSET以由它的工作頻率牽引晶體119。在DCS1800無線電話中，參考振蕩器118是一個26MHz參考振蕩器并且以前面所述的方式在大約1.1kHz上可調(diào)節(jié)。
AFC范圍擴展設(shè)備120包括接收部分110的IF部分117的可編程濾波器124和125。濾波器124和125是具有可編程帶寬的低通濾波器。在使用晶體119的DCS1800無線電話中，初始頻率誤差可能多到+/-50kHz。這樣，濾波器124和125必須可編程到至少120kHz以便在17kHz和117kHz之間的任何頻率通過67kHz音調(diào)。在操作中，濾波器124和125轉(zhuǎn)換由IF部分117的混頻器126和127提供的同相和正交相位信號為基帶信號RXI和RXQ用于控制部分106處理。混頻器126和127通過將接收前端115形成的接收信號與IF部分117的正交發(fā)生器128提供的振蕩器信號混頻而產(chǎn)生同相和正交相位信號。正交發(fā)生器128根據(jù)從連接123上由參考振蕩器118提供的參考信號得到的參考信號工作。
AFC范圍擴展設(shè)備120包括接收部分110的IF部分117的帶寬控制電路130。帶寬控制電路130經(jīng)過相應(yīng)的連接132和133耦合到濾波器124和125，經(jīng)過連接134耦合到控制部分106，經(jīng)過連接123耦合到參考振蕩器118。帶寬控制電路130根據(jù)在連接134上由控制部分106輸出的帶寬設(shè)置信號BWSET和在連接123上由參考振蕩器118輸出的參考信號得到的參考信號設(shè)置濾波器124和125的帶寬。
AFC范圍擴展設(shè)備120還包括控制部分106?？刂撇糠?06執(zhí)行圖2中說明的方法以便于本地裝置100中的AFC?？刂撇糠?06一般包括一個微處理器和一個存儲器，在該存儲器內(nèi)存儲定義圖2方法的控制信息和軟件指令步驟。當本地裝置100是一個DCS1800無線電話時，控制部分106特別地包括一個呼叫處理器、一個存儲器、一個數(shù)字信號處理器(DSP)和一個調(diào)制器-解調(diào)器(調(diào)制解調(diào)器)。
開始時(在步驟200)，本地裝置100沒有與遠程裝置102同步通訊?？刂撇糠?06設(shè)置本地裝置100的工作狀態(tài)使得非同步(在步驟202)。
當本地裝置100的工作狀態(tài)是非同步時(在步驟204)，控制部分106試圖首先通過調(diào)諧接收部分110的接收前端115到控制信道而獲得同步，該信道在DCS1800系統(tǒng)中是BCCH(在步驟206)。因為通訊系統(tǒng)101中控制信道的寬間距，由于低精度晶體119的初始頻率誤差并不妨礙控制信道調(diào)諧。
接著，控制部分106設(shè)置接收機帶寬用于AFC捕獲，即用于AFC的信號(以后稱為“AFC信號”)的接收?？刂撇糠?06經(jīng)過連接134和信號BWSET控制帶寬控制電路130以設(shè)置IF部分117的濾波器124和125的帶寬為寬設(shè)置，如圖3所說明的。在寬設(shè)置中，濾波器124和125的帶寬必須大到足夠通過AFC信號，即使本地裝置100是在最大頻率誤差時，如晶體119的精度指出的。在DCS1800無線電話中，AFC信號是67kHz音調(diào)而濾波器124和125被設(shè)置具有120kHz的3dB帶寬以確保67kHz音調(diào)的接收，因為低精度晶體119它服從于+/-50kHz的初始頻率誤差。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到即使有一些衰減，120kHz的3dB帶寬允許接收120kHz之外若干kHz的信號。
一旦接收機帶寬被設(shè)置用于AFC捕獲，由控制部分106接收AFC信號(在步驟210)?？刂撇糠?06確定來自AFC信號的本地裝置100的頻率誤差(在步驟212)。控制部分106測量在實際接收的AFC信號的頻率并且將測量的頻率與已知的AFC信號頻率相比較。測量的和已知的頻率之間的差值定義為本地裝置100的頻率誤差。例如，在DCS1800無線電話中，如果以107kHz接收到67kHz音調(diào)，則控制部分確定本地裝置100的頻率誤差是+40kHz。
控制部分106將頻率誤差與第一誤差門限值相比較(在步驟214)。如果頻率誤差在第一誤差門限值以下，則頻率誤差是在可接受的級別，控制部分106設(shè)置本地裝置100的工作狀態(tài)為同步(在步驟216)并且返回以估計工作狀態(tài)(步驟204)。如果頻率誤差等于或大于第一誤差門限值，則頻率誤差是在不可接受的級別，控制部分106調(diào)節(jié)接收機的接收以減少頻率誤差(在步驟218)?？刂撇糠?06經(jīng)過連接121和信號AFCSET調(diào)節(jié)參考振蕩器118一個預(yù)定量，它接著改變在連接123上由參考振蕩器118輸出的參考信號。還是采用上面的例子，即使本地裝置100在1850MHz中心頻率的頻率誤差為+40kHz，參考振蕩器118將工作在26.0005622MHz(((1850Mhz+40kHz)/1850MHz)*26MHz)?？刂撇糠?06使用信號AFCSET通過調(diào)諧參考振蕩器118的變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)參考振蕩器118到精確的26MHz。這種調(diào)節(jié)將通過26/26.0005622的比率使得VCO116驅(qū)動接收前端115和參考信號驅(qū)動正交發(fā)生器128以降低接收路徑的頻率40kHz。然后接收機接收調(diào)節(jié)，控制部分106返回以估計工作狀態(tài)(在步驟204)并且再次執(zhí)行步驟206、208、210、212、214和218直到頻率誤差落到第一誤差門限值以下并且本地裝置100的工作狀態(tài)被設(shè)置為同步(在步驟216)。
第一誤差門限值被設(shè)置在一個頻率誤差級別，在該級別以下本地裝置100可以與遠程裝置102成功地保持通訊并且繼續(xù)接收AFC信號。對于DCS1800無線電話，第一誤差門限值最好設(shè)置在大約+/-5kHz。
如果本地裝置100的工作狀態(tài)被確定為同步(在步驟204)，則控制部分106設(shè)置接收帶寬用于正常工作(在步驟220)以便于本地裝置100和遠程裝置102之間的電話通訊。這個接收帶寬設(shè)置被用于接收所有的信號而不是在AFC捕獲中的AFC信號?？刂撇糠?06經(jīng)過連接134和信號BWSET控制帶寬控制電路130以設(shè)置IF部分117的濾波器124和125的帶寬為窄設(shè)置，如同圖4所說明的。在窄設(shè)置中，濾波器124和125的帶寬應(yīng)該被限定為足夠通過在當前調(diào)諧的信道上出現(xiàn)的信號并且避免通過在相鄰信道上出現(xiàn)的噪聲。在DCS1800無線電話中，濾波器124和125最好被設(shè)置為具有一個大約70kHz的3dB帶寬。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到即使有一些衰減，一個70kHz的3dB帶寬允許接收在70kHz之外若干kHz的信號。在這種設(shè)置中，濾波器124和125具有一個大約77kHz的有效帶寬。
在正常工作期間，遠程裝置102連續(xù)發(fā)送AFC信號，它被經(jīng)過接收部分110在本地裝置100的控制部分106接收(在步驟222)。開始在正常工作期間，因為本地裝置100的頻率誤差在第一誤差門限值以下，所以準確地接收到AFC信號。例如，在DCS1800無線電話中，通過設(shè)置濾波器124和125的3dB帶寬到大約70kHz和考慮它們的有效帶寬，當本地裝置100是在如第一誤差門限值定義的+/-5kHz頻率誤差時將在62kHz和72kHz之間接收67kHz音調(diào)?？刂撇糠?06以前面在步驟212描述的方式確定本地裝置100與AFC信號的頻率誤差(在步驟224)?？刂撇糠?06將頻率誤差與第二誤差門限值相比較(在步驟226)。如果頻率誤差在第二誤差門限值以下，頻率誤差是在可接受的級別，控制部分106返回以估計工作狀態(tài)(在步驟204)。如果頻率誤差等于或大于第二誤差門限值，頻率誤差是在不可接受的級別，控制部分106設(shè)置本地裝置100的工作狀態(tài)為非同步(在步驟228)并且返回以估計工作狀態(tài)(在步驟204)。
第二誤差門限值被設(shè)置在一個頻率誤差級別，該級別大于由第一誤差門限值定義的級別。這允許具有遲滯的本地裝置100穩(wěn)定的工作。第二誤差門限值最好根據(jù)濾波器124和125窄設(shè)置的有效帶寬而設(shè)置。在DCS1800無線電話中，第二誤差門限值大約是+/-10kHz。即使被衰減，當本地裝置100的頻率誤差為+10kHz時AFC信號可以被連續(xù)地接收；然而，表示這大的頻率誤差的AFC信號的接收很好地指示了失去與遠程裝置102的同步。
這樣，可以看到包括增加AFC捕獲的接收帶寬的AFC范圍擴展能夠在高頻通訊裝置中使用低成本、低精度晶體，因此，提供了較低成本裝置。盡管本發(fā)明的特別實施例已經(jīng)進行了展示、描述、推薦，但是還可以進行修改。例如，AFC擴展設(shè)備可以用在多波段通訊裝置如由摩托羅拉公司制造和銷售的GSM/DCS1800雙波段蜂窩電話。作為一個GSM/DCS1800雙波段無線電話，本地裝置100的接收前端115應(yīng)該使用適用于在大約900MHz(即GSM)和大約1800MHz(即DCS1800)接收的雙接收路徑，其他接收路徑在IF部分117之前會聚在一點。為了性能更好，IF部分117可以使用低通可編程濾波器的第二級以及兩個濾波器級和控制部分106之間插入的兩級放大器。每個第二級濾波器應(yīng)該以前面關(guān)于濾波器124和125描述的方式連接到帶寬控制電路130并且由帶寬控制電路130編程。雖然所示的被特別引入到一個蜂窩電話中，但是應(yīng)該認識到AFC范圍擴展也可以有益地用在其他的便攜式裝置，包括但不局限于雙向無線電、無線電話、尋呼機、陸線電話、無繩電話，等等。因此，附加的權(quán)利要求書包括了所有這些改變和修改，這些改變和修改都包括在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自動頻率控制(AFC)范圍擴展的方法，該方法包括步驟設(shè)置接收頻帶到第一設(shè)置以接收第一信號；確定來自第一信號的頻率誤差；當頻率誤差等于或大于第一門限值時調(diào)節(jié)接收機的接收以減少頻率誤差；以及當頻率誤差在第一門限值以下時設(shè)置接收頻帶為不同于第一設(shè)置的第二設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中設(shè)置接收帶寬為第一設(shè)置的步驟包括設(shè)置接收帶寬為寬設(shè)置的步驟，該寬設(shè)置適用于以最大頻率誤差通過AFC信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中設(shè)置接收帶寬為第二設(shè)置的步驟包括設(shè)置接收帶寬為比寬設(shè)置窄一些的窄設(shè)置的步驟，該窄設(shè)置適用于通過除AFC信號外的諸信號，基本上沒有相鄰的信道噪聲。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括步驟當接收帶寬被設(shè)置為第二設(shè)置時確定頻率誤差；以及當接收帶寬設(shè)置為第二設(shè)置時所測量的頻率誤差超過第二門限值時，返回到設(shè)置接收帶寬為第一設(shè)置以接收第一信號的步驟，第二門限值不同于第一門限值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟產(chǎn)生一個參考信號，該參考信號開始的誤差量在0kHz和+/-50kHz之間，以及調(diào)諧到控制信道；以及其中，設(shè)置接收帶寬為第一設(shè)置的步驟包括設(shè)置接收帶寬為大約120kHz以接收一個67kHz音調(diào)的步驟，以及設(shè)置接收帶寬為第二設(shè)置的步驟包括設(shè)置接收帶寬為大約70kHz的步驟。
6.一種用于AFC范圍擴展的設(shè)備，該設(shè)備包括一個接收通訊信號的接收部分；以及一個耦合到接收部分的控制部分，該控制部分在接收通訊信號中的第一個之前設(shè)置接收部分具有第一帶寬并且當通訊信號中的第一個的頻率誤差低于第一門限值時設(shè)置接收部分具有一個不同于第一帶寬設(shè)置的第二帶寬。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備還包括一個耦合到接收部分和控制部分的參考振蕩器，該參考振蕩器包括一個具有小于+/-16ppm精度的晶體，該參考振蕩器產(chǎn)生一個具有基于晶體的頻率的參考信號，該參考振蕩器響應(yīng)來自控制部分的第一設(shè)置信號，調(diào)節(jié)參考信號的頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中接收部分包括多個可編程濾波器；以及還包括一個帶寬控制電路，該帶寬控制電路耦合到控制部分、參考振蕩器和多個可編程濾波器，該帶寬控制電路響應(yīng)來自控制部分的第二設(shè)置信號和參考信號，設(shè)置多個可編程濾波器的帶寬。
9.一種無線電話，包括一個天線；一個耦合到天線的發(fā)射部分；一個耦合到發(fā)射部分的合成器部分，該合成器部分包括一個參考振蕩器，該參考振蕩器包括一個具有小于+/-16ppm精度的晶體，該參考振蕩器產(chǎn)生一個具有基于晶體的頻率的參考信號，該參考振蕩器根據(jù)AFC設(shè)置信號調(diào)節(jié)參考信號的頻率；一個接收部分，耦合到天線和合成器部分，該接收部分包括一個接收前端以接收來自天線的通訊信號，以及中頻(IF)部分以解調(diào)接收的通訊信號，IF部分包括多個具有可編程帶寬的低通濾波器，以及帶寬控制電路，耦合到多個低通濾波器的每一個和參考振蕩器，帶寬控制電路根據(jù)參考信號和帶寬設(shè)置信號設(shè)置多個低通濾波器的可編程帶寬；以及一個控制部分，耦合到發(fā)射部分、合成器部分的參考振蕩器和IF部分的帶寬控制電路，控制部分產(chǎn)生帶寬設(shè)置信號以便設(shè)置多個低通濾波器的可編程帶寬為寬設(shè)置以利于用于AFC的通訊信號中的一個的接收，并且控制部分產(chǎn)生帶寬設(shè)置信號以便設(shè)置多個低通濾波器的可編程帶寬為窄設(shè)置以致一旦用于AFC的通訊信號中的一個的頻率誤差小于門限值時便于通訊信號中其他信號的接收。
10.如權(quán)利要求9所述的無線電話，其中無線電話是一種雙波段無線電話，可操作地用在第一頻段和第二頻段中發(fā)射的通訊信號的接收，第二頻段大于第一頻段大約兩倍。
全文摘要
通過使用AFC范圍擴展,高頻通訊裝置可以在它的參考振蕩器中使用低成本、低精度晶體。AFC范圍擴展包括改變通訊裝置的接收帶寬以便于AFC或自動頻率控制。特別地,為了AFC捕獲目的,接收帶寬被設(shè)置為第一寬設(shè)置。確定與接收的AFC信號有關(guān)的頻率誤差和調(diào)節(jié)接收機的接收以減少通訊裝置的頻率誤差。一旦頻率誤差小于預(yù)定門限值,接收帶寬被設(shè)置為不同于第一設(shè)置的第二設(shè)置用于正常接收。
文檔編號H03J1/00GK1251492SQ99121509
公開日2000年4月26日 申請日期1999年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者亞歷山大·W·赫塔拉, 阿文德·S·阿羅拉 申請人:摩托羅拉公司