专利名称：响应射频信道间隔，操作锁相环频率合成器的装置和方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信收发信机，具体涉及响应无线电通信收发信机中射频信道间隔、操作锁相环频率合成器的装置和方法。
图1示例出常规无线电通信收发信机100(下文称为“收发信机”)的方框图。收发信机100例如经过无线电通信系统(未示出)中的射频(RF)信道使移动或便携用户单元能与基站(未示出)进行通信。此后该基站提供与陆上电话系统(未示出)和其它用户单元通信。具有收发信机100的用户单元的一个例子是蜂窝无线电话机。
图1的收发信机100一般包括一个天线101、一个双工滤波器102、一个接收器103、一个发送器105、一个基准频率信号源107、一个接收(RX)锁相环(PLL)频率合成器108、一个发送(TX)PLL频率合成器109、一个处理器110、一个信息源106和一个信息接收器104。
下面叙述收发信机100的方框互连及其操作。天线101接收该基站来的RF信号119，由双工滤波器102滤波在线路111上产生RF接收信号。双工滤波器102提供频率选择，分离开线111上的RF接收信号和线113上的RF发送信号。接收器103被连接，用于接收线111上的RF接收信号和在工作时在线112上产生接收基站信号，用于该信息接收器104。基准频率信号源107在线115上提供基准频率信号。RX PLL频率合成器108被连接，用于接收线115上的基准频率信号和数据总线118的信息，而且在工作时在线116上产生接收调谐信号来调谐接收器103到特定的RF信道。同样地，TX PLL频率合成器109被连接，用于接收线115上的该基准频率信号和数据总线118上的信息，而且在工作时在线117上产生收发信机调谐信号调谐该发送器105到特定的RF信道。处理器110经过数据总线118控制RX PLL频率合成器108、TXPLL频率合成器109、接收器103和发送器105的工作。信息源106在线114上产生基带发送信号。发送器105被连接，用于接收线114上的基带发送信号，而且在工作时在线113上RF产生发送信号。双工滤波器102对线113上RF的发送信号滤波，以作为RF信号120由天线101发射出去。
蜂窝无线电话系统中RF的信道例如包括话音和信令信道，用于发送和接收(在下面称为“收发”)基站和用户单元之间的信息。该话音信道分配用于收发话音信息。信令信道也称为控制信道，分配用于收发数据和信令信道。就是通过这些信令信道，该用户单元接入该蜂窝无线电话系统和被指定一条话音信道进一步与陆上电话系统通信。在能够收发信令信道上的宽带数据的蜂窝无线电话系统中，信令信道上的频率间隔是话音信道频率间隔的一个倍数。
在一些蜂窝无线电话系统中，收发信机100和该基站在信令信道上断续地收发它们之间的信息。一个这样的系统，例如交错数据信令方法同步断续信息。在这类系统中，在收发信机100调谐到该信令信道的整个时间期间保持收发信机100完全加电，在没有收到信息时不必要地消耗收发信机的电池。因此，当该收发信机不收发信息时，该收发信机部分可不加电以延长电池寿命。而且，当信号质量足够好而无需再接收相同信息时，收发机100的部分可断电以延长电池寿命。在其接收工作期间断续地加电和断电，即启动和禁止该接收机100称为断续地接收(DRX)工作模式中，快速地启动和禁止收发机100的部分增加了电池寿命。
图2通过例子表示在图1收发信机中使用的常规锁相环(RLL)频率合成器的方框图。图2的PLL的频率合成器的一般结构对于RX PLL频率合成器108和TX PLL频率合成器109二者是相同的。
图2的PLL的频率合成器108或109一般包括用于讨论目的的一个基准分频器201，和一个PLL212。PLL212一般包括一个相位检测器202、一个环路滤波器203、一个压控振荡器204和一个环路分频器205。基准分频器201接收线路115上的基准频率。
下面叙述图2的PLL频率合成器108或109方框的互连。基准分频器201被连接用于接收线路115和数据总线118上的基准信号，而工作在线路206上产生分频的基准频率信号。相位检测器202被连接用于接收线206上的分频的基准频率信号和在线209上的反馈信号，而且工作在线207上产生相位误差信号。环路滤波器203被连接用于接收该相位误差信号，而且工作在线208上产生滤波的信号。压控振荡器204被连接用于接收线208上的该滤波的信号，而且工作在线116或117上产生输出频率信号。环路分频器205被连接用于接收线116或117上的输出频率信号，而且工作在线209上产生该反馈信号。环路分频器205和基准分频器201被连接用于接收数据总线118上的编程信息。
下面叙述图2的PLL频率合成器108或109的工作。PLL212是在线116或117产生与线115上的该基准频率信号同步的输出频率信号的一个电路。当线116或117上的输出频率信号的频率与线115上的基准频率信号的频率具有预定的频率关系时，线116或117上的该输出频率信号同步到或“锁定”到线115上的基准频率信号。在锁定的情况下，PLL212典型地提供线115上的基准频率信号与线116或117上的输出频率信号之间的恒定相位差。该恒定的相位差可认为是任何需要的值，包括零。如果这些信号所需的相位差偏离了，即例如由于线115上的基准频率信号的频率或者经过数据总线118该PLL的可编程参数偏差，在线207上出现相位差，该PLL该调节线116或117上的输出频率信号的频率迫使线207上的相位误差到该恒定相位差的值。
PLL的特征在于环路带宽。对于一些应用，希望在一些条件下例如当线路115上的基准频率信号的频率改变或者当经过数据总线118的PLL的可编程参数变化时变化PLL的环路带宽。适当地变化环路带宽有利地提供较短的锁定时间，改善的噪声和较低的假信号。
变化PLL212的环路带宽的一个普遍问题包括确定何时变化该环路带宽。确定何时变化该环路带宽直接影响PLL212达到所希望的锁定条件所要求的时间。一般地希望PLL212迅速地达到其锁定条件。如果PLL212的锁定条件不是迅速地达到，可能产生噪声或者消息可能丢失。
在收发信机100中实现该断续模式的一个特别的问题是PLL212再建立载波频率的相位和频率锁定需要的恢复(再锁定)时间，特别是，如果PLL212必须在启动与禁止模式之间快速地环循，以便提供最大的电流节约。而且，在断续模式中，PLL212的再锁定时间可由于在线208上已滤波信号的电流漏而降低，这使得VCO204的频率在断续模式的禁止部分期间偏移。当PLL212被禁止时它不在环路滤波器203上充满电荷和补偿该泄漏。偏移越大，PLL212必须更多地补偿其频率及其相位，当它再启动时，再锁定时间越长。
由现有技术提供的减少断续模式中恢复时间的解决方案是使用同步方案，当PLL频率合成器108或109再启动时，减少或消除在PLL频率合成器108或109被禁止出现的偏移。这个方案的缺点是当它校正相移时，PLL212的正常工作必须仍然校正由于线路208上已滤波信号的实际(real—world)泄漏产生的频移。
采用PLL频率合成器108或109的收发信机100中存在另一个特定问题，它必须在射频信道之间快速地调谐。如果在输出频率变化期间PLL频率合成器108或109没有足够短的锁定时间，收发信机100可能漏收数据或者在发送的数据中产生差错。
由现有技术提供的减少锁定时间的一个解决方案是增加PLL212的带宽。这个方案的缺点是由于较宽带宽的降低的滤波，导致在VCO204的输出增加假信号和噪声。
由现有技术提供的减少PLL频率合成器108或109中的锁定时间的另一个解决方案是增加到PLL212的分频基准频率信号206的频率，以便增加PLL212的环路带宽。这个方案的缺点是两点(two—fold)。第一，这个方案要求大大增加分频基准频率206的频率，以提供环路带宽的显著增加，因为环路带宽按M的平方根增加，这里M是到PLL212的分频基准频率信号206的频率的增加。第二，PLL212锁定在输出频率信号116或117的频率，该频率接近但不是精确地在最后需要的频率。该分频的基准频率206和环路带宽则必须转换回到它们的初始值，而且PLL212必须锁定到其最后需要的频率。因此，需要两个锁定周期，而这导致长的锁定时间。
据此，现在需要一种响应射频信道间隔用于操作锁相环频率合成器、有利地在PLL频率合成器的输出提供较快的锁定时间和较低的噪声的装置和方法。
图1示出常规无线电通信收发信机的方框图。
图2示出在图1的该无线电通信收发信机中使用的常规锁相环频率合成器的方框图。
图3示出根据本发明在图1的无线电通信收发信机中使用的新颖锁相环频率合成器的方框图。
图4示出叙述根据本发明在连续或断续模式中操作图3的新颖锁相环频率合成器的步骤的流程图。
图5示出描述根据本发明控制图3的新颖的锁相环频率合成器的分辨率和带宽的步骤的流程图。
图6示出描述根据本发明图3的新颖的锁相环频率合成器中的假边带电平、锁定时间、环路带宽和分辨率之间关系的曲线图。
利用本发明的装置和方法用以响应无线频率信道间隔操作锁相环频率合成器基本上满足了前述需要。根据本发明，确定在射频频带的一部分包括该射频信道中的射频信道的信道间隔，和响应所确定的信道间隔控制PLL频率合成器。本发明有利地在PLL频率合成器的输出提供较快的锁定时间和较低的噪声。
本发明可对照图3—6更完整地叙述，其中图3例如示出在图1的收发信机中使用的新颖的锁相环(PLL)频率合成器300的方框图。当用作RX PLL频率合成器108或TX PLL频率合成器109时，PLL频率合成器300的一般结构和操作是相同的。
PLL频率合成器300的结构和操作一般地类似于图2的常规PLL频率合成器108或109，除了加上一个环路带宽调节器301和在线303上的控制信号之外。环路带宽调节器301以数据总线118上的信息编程并在线302上产生环路带宽调节信号，它改变环路滤波器203以便产生PLL频率合成器300环路带宽的改变。线303上的控制信号用于控制基准分频器201、环路分频器205和压控振荡器204，允许PLL频率合成器300断续的工作。
图3只示出如本领域公知的许多可替代的互连的一种互连，它可在环路带宽调节器301和PLL频率合成器300之间进行来控制该环路带宽。环路带宽调节器301可交替地例如接到相位检测器202和VCO204，根据众所周知的设计技术调节该环路带宽。图3还示出本领域公知的许多交替方式中的仅仅一种方式，在这种方式中PLL频率合成器300方框可接到线303上的控制信号，提供断续操作。线303上的控制信号例如可交替地接到相位检测器202和环路带宽调节器301。可替代地，线303上的控制信号可接到PLL频率合成器300的仅仅一个单元如环路分频器205。
根据线116或117上输出信号频率与线115上基准频率信号的频率的预定频率关系，PLL频率合成器300可被分类为属于至少两类中的一类。第一类被分类为“整数分频”PLL频率合成器，其中线116或117上的输出频率信号和线115上的基准频率信号之间的关系是一个整数。第二类被分类为“分数分频”PLL频率合成器，其中线116或117上的输出频率信号和线115上的基准频率信号之间的关系是有理数、非整数，包括一个整数和一个分数。
PLL频率合成器特征在于分辨率。PLL频率合成器300的分辨率定义为在输出信号116或117的频率中最小允许的变化或步长。整数分频频率合成器的分辨率可等于但不小于分频的基准频率信号206的频率。分数分频PLL频率合成器300的分辨率可等于但不小于一个商数，商的分子是分频的基准频率信号206的频率，而其分母是环路分频器205的值的分数部分的分母。在输出信号116或117上的假边带信号的频率和电平一般直接地与PLL频率合成器108或109的分辨率相关。
PLL频率合成器300的整数分频实现的分辨率可通过数据总线118再编程基准分频器201和环路分频器205的值来改变这些值进行调节。减少这两分频器的值就降低了PLL频率合成器300的分辨率，而增加这两分频器的值就提高分辨率。
在优选的实施例中，分数分频用在PLL频率合成器300的实现中。PLL频率合成器300的分数分频实现的分辨率可通过改变环路分频器值的分数部分的分母值调节。经过数据总线减少分母就增加PLL频率合成器300的分数分频实现的分辨率，而增加该分母就提高分辨率。
在优选的实施例中，收发信机100是工作在分配给特定类型蜂窝业务的射频频段的一个蜂窝无线电话机。在优选的实施例中，该射频频段由典型的蜂窝系统如窄的先进移动电话系统(NAMPS)使用。在NAMPS系统中，用户单元TX信道从约824延伸到849MHz，而用户单元RX信道从约869延伸到894MHz。这些信道的一部分从879.39至880.62MHz分配用于具有30KHz宽信道间隔的控制信道。信道间隔定义为射频频段的两个相邻信道之间的频率差。在NAMPS射频频段中信道的剩余部分分配用于具有10KHz窄信道间隔的话音信道。因此，在NAMPS射频频段内信道间隔从30KHz变化到10KHz。
具有不同信道间隔的射频频段的另一个例子是特别小组移动(GSM)蜂窝系统，该不同的信道间隔可用本发明实现。在GSM系统中，用户单元TX信道从约890延伸到915MHz，而用户单元TX信道从约935延伸到960MHz。GSM信道间隔是200KHz。本发明可与能工作在多个系统中的收发信机100一起使用。因此，信道间隔甚至可在每个系统的射频频段之间例如GSM和NAMPS之间变化。
根据本发明的优选实施例，在包括射频信道的射频频段的一部分中确定信道间隔的步骤由处理器110执行。对于工作在NAMPS蜂窝系统中的收发信机100，如果收发信机100调谐到的射频信道是在包含控制信道的频段879.39至880.62MHz的部分中，则确定的信道间隔是30KHz。如果收发信机100调谐到的射频信道是在包含话音信道的频段的剩余部分中，确定的信道间隔是10KHz。
根据本发明，使用在包含射频信道的射频频段的一部分中确定信道间隔的步骤，因为它指示PLL频率合成器所要求的是在该收发信机工作的特定系统中的射频频段的特定部分中。
根据本发明的优选实施例，响应确定的信道间隔控制PLL频率合成器的步骤由处理器110执行。该确定可简单地到查找表或另一方法通过计算或者通过监视射频信道上的数据进行。
响应确定的信道间隔控制PLL频率合成器300的优点是根据无线电系统的配置来控制PLL频率合成器300的性能，更具体地讲是根据收发信机100调谐到的射频信道。结果是PLL频率合成器300的性能比如果PLL频率合成器300不是响应确定的信道间隔控制时实现的性能改善了。
图4表示根据本发明以连续或断续模式操作图3的新颖锁相环频率合成器的步骤的流程图。在步骤401流程开始。在步骤403，收发信机100确定在包括射频信道的射频频段部分中射频信道的信道间隔。在步骤402，处理器110响应确定的信道间隔控制PLL频率合成器。当在步骤403确定信道间隔是宽的时候，在步骤404，PLL频率合成器300以断续模式工作；在步骤405，PLL频率合成器300的分辨率被调节为宽；而在步骤406，PLL频率合成器300的环路带宽被调节为宽。当在步骤403确定信道间隔是窄的时候，在步骤407，PLL频率合成器300以连续模式工作；在步骤408，PLL频率合成器300的分辨率调节为窄；而在步骤409，PLL频率合成器300的环路带宽调节为窄。
根据本发明，确定信道间隔是窄的如在NAMPS蜂窝系统中10KHz而不是30KHz的步骤403指示收发信机100调谐到话音信道。PLL频率合成器300有利地工作在连续模式，并且具有收发信机100工作在NAMPS射频频段内的任何话音信道所要求的分辨率。
根据本发明，如果在步骤403确定信道间隔是宽的，在步骤404，PLL频率合成器300可有利地工作在断续模式以延长电池寿命。通过在步骤405调节分辨率为宽和在步骤406调节环路带宽为宽的步骤，PLL频率合成器108或109的锁定时间可有利地缩短，结果是更加延长了电池寿命。
通过比较常规的PLL频率合成器108或109，它不是响应NAMPS蜂窝系统中的射频信道间隔受控制的，本发明的优点更清楚了。常规的PLL频率合成器108或109固定地设定分辨率为10KHz或30KHz的分辨率。如果常规的PLL频率合成器108或109的分辨率设定为10KHz，控制信道上锁定时间是慢的，因为输出频率信号116或117中所要求的可接受的假边带电平的窄环路带宽。通过常规收发信机100尝试工作在断续RX(DRX)模式，数据将丢失。如果工作在DRX模式是预定的，则常规收发信机100的电池寿命将缩短。可替代地，如果常规PLL频率合成器108或109的分辨率设定为30KHz，则常规收发信机100只能调谐到每第三个话音信道，因为由宽分辨率产生的限制和常规收发信机100不能工作在NAMPS蜂窝系统中。
与现有技术相反，新颖的PLL频率合成器300在NAMPS控制信道上具有宽的带宽和宽的分辨率，从使用DRX模式中延长电池寿命。在NAMPS话音信道上新颖的PLL频率合成器300有利地具有窄带宽和窄分辨率，使得收发信机100可调谐到每个话音信道。因此目前附加NAMPS话音信道的较窄的信道间隔10KHz与较旧的先进的移动电话系统(AMPS)的30KHz间隔比较已产生了改进的需要，它是响应射频信道间隔控制PLL频率合成器300得到的。
图5示出叙述根据本发明控制图3的新颖的锁相环频率合成器的分辨率和带宽的步骤的流程图。在步骤501流程开始。在步骤502，收发信机确定包含射频信道的射频频段一部分中射频信道的信道间隔。在步骤503，收发信机100响应确定的信道间隔调节PLL频率合成器300的分辨率。在步骤504，收发信机100响应确定的信道间隔调节PLL频率合成器300的环路带宽。
与现有技术相反，PLL频率合成器300可用于多模式收发信机100中，它可工作在GSM蜂窝系统或NAMPS蜂窝系统中，即使信道间隔和锁定时间要求是非常不同的。收发信机100能多模式功能的这个新要求通过响应射频信道间隔控制PLL频率合成器300有利地实现了。
图6示出根据本发明给出图3的新颖的锁相环频率合成器中假边带电平、锁定时间、环路带宽和分辨率之间关系的曲线图。图6示出从图3的PLL频率合成器300的分辨率和环路带宽的改变得到的锁定时间的优点。
图6中最左边的Y轴代表锁定时间并且以锁定时间T1和T2标记。最右边的Y轴代表环路带宽并且以环路带宽BW1和BW2标记。PLL频率合成器300的锁定时间反比于环路带宽，因此直线604画在环路带宽BW2和相应的锁定时间T2之间。类似地，直线605画在环路带宽BW1和相应的锁定时间T1之间。X轴以相对于载波电平的分贝为单位(dBc)表示PLL频率合成器300的输出116或117上的假边带电平。
图6中的曲线601代表窄的PLL分辨率，并且给出在PLL频率合成器108或109的输出的假边带电平与环路带宽之间的近似关系。曲线602代表宽的PLL分辨率并且给出PLL频率合成器300的输出116或117的假边带电平和环路带宽之间的近似关系。曲线601和直线604在点606相交。曲线602和直线605在点607相交。直线603画在相交点606和相交点607之间，并且在—SdBc的假边带电平处横切X轴。—SdBc的假边带电平代表由系统说明书规定的收发信机假要求或者例如交替信道选择性的要求。因此，锁定时间T2是对于假边带电平—SdBc、使用窄分辨率可取得最好锁定时间。通过根据射频信道上宽信道间隔的确定产生宽的分辨率和增加的环路带宽BW1的方式控制PLL频率合成器300，在假边带不从—SdBc降低的情况下可取得改善的锁定时间T1。
为此，本发明提供用于响应射频信道间隔操作锁相环频率合成器的一种装置和方法。本发明有利地提供较快的锁定时间和从PLL频率合成器300来的较低的噪声。这个优点和其它优点一般由一个装置和方法提供，该方法执行确定包括射频信道的射频频段一部分中的射频信道的信道间隔的步骤和响应所确定的信道间隔控制PLL频率合成器300的步骤。利用本发明，由于PLL频率合成器的慢锁定时间，产生噪声与假边带和丢失信息的现有技术的问题基本上解决了。
虽然本发明对照其说明性的实施例已叙述了，但不是要将本发明限定在这些具体的实施例。本领域的技术人员认识到，在不脱离所附权利要求提出的本发明的精神和范围情况下可进行变化和修改。
权利要求
1.在工作在包括多个射频信道的射频频段的一个射频收发信机中，信道间隔定义为该射频频段的两个相邻信道之间的频率差，信道间隔在该射频频段内变化，该射频收发信机包括一个锁相环(PLL)频率合成器，该频率合成器工作以便调谐该射频收发信机到该射频频段中的一个射频信道，并且产生一个输出频率信号，该PLL频率合成器有一个可调节的环路带宽，一种操作该PLL频率合成器的方法，其特征在于，包括以下步骤在包括该射频信道的射频频段的一个部分中确定该射频信道的信道间隔；和响应确定的信道间隔控制该PLL频率合成器。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，控制步骤进一步包括响应第一和第二确定的信道间隔分别以连续和断续模式操作该PLL频率合成器的步骤。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，第一确定的信道间隔小于第二确定的信道间隔。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤响应第一和第二确定的信道间隔调节该PLL频率合成器的分辨率，其中该分辨率由输出频率信号的频率中可允许的最小变化确定的；和响应第一和第二确定的信道间隔调节该PLL频率合成器的环路带宽。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，控制步骤进一步包括以下步骤响应确定的信道间隔调节该PLL频率合成器的分辨率，其中该分辨率是由该输出频率信号的频率中可允许的最小变化确定的；和响应该确定的信道间隔调节该PLL频率合成器的环路带宽。
6.在工作在包括多个射频信道的射频频段的一个射频收发信机中，信道间隔定义为该射频频段的两个相邻信道之间的频率差，信道间隔在该射频频段内变化，该射频收发信机包括一个锁相环(PLL)频率合成器，该频率合成器工作以便调谐该射频收发信机到该射频频段中的一个射频信道，并且产生一个输出频率信号，该PLL频率合成器有一个可调节的环路带宽，一个操作该PLL频率合成器的装置，其特征在于，包括一个处理器，它工作以便确定包括该射频信道的射频频段一部分中的射频信道的信道间隔；并且工作的控制该PLL频率合成器以便确定信道间隔。
全文摘要
响应射频信道间隔操作锁相环频率合成器的一个装置和方法。锁相环(PLL)频率合成器(300)调谐射频收发信机(100)到射频信道。该收发信机(100)中的处理器(110)确定包括该射频信道的射频频段一部分中的射频信道的信道间隔，和响应确定的信道间隔控制该PLL频率合成器(300)。本发明有利地提供具有较快锁定时间和较低噪声的PLL频率合成器(300)。
文档编号H04B1/40GK1116473SQ94190900
公开日1996年2月7日 申请日期1994年10月11日 优先权日1993年11月9日
发明者史蒂文·弗雷德里克·吉利格 申请人:摩托罗拉公司