专利名称：用于自动频率控制范围扩展的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及使用自动频率控制(AFC)的通讯装置，尤其涉及扩展在那些通讯装置中的AFC范围。
在减轻频谱拥挤和扩展服务的努力中，已经为用户通讯系统分配了高频带宽。一种这样的高频用户通讯系统是数字蜂窝系统(DCS)1800无线电话系统，它具有1710MHz-1785MHz的发射频带和1805MHz-1880MHz的接收频带。DCS1800频率大约大于常规无线电话系统的频率两倍多，如全球移动电话标准(GSM)系统，它的发射频带是890MHz-915MHz而接收频带是935MHz-960MHz。
为了与DCS1800无线电话系统通讯，DCS1800无线电话实现AFC以同步无线电话的接收机与系统的基站发射机。AFC包括自动校正从基站发射机接收的信号载波频率和从设置的接收机接收的无线电话的晶体参考振荡器频率之间的频率偏差在可接受的误差级别内。DCS1800无线电话通过接收和处理在控制信道上由DCS1800基站发射机发送的一个67kHz音调启动AFC。然而，如果DCS1800无线电话的初始频率误差太大，该音调可能变得衰减太多并且落到接收机带宽以外。为了防止这种情况发生，DCS1800无线电话使用一个晶体参考振荡器，该振荡器具有一个+/-16ppm高精度的晶体。但是，+/-16ppm晶体太昂贵了。例如，+/-16ppm晶体比在GSM无线电话中传统使用的+/-25ppm晶体在成本上大约贵20％。然而，在上述DCS1800无线电话中+/-16ppm晶体位置使用+/-25ppm晶体是不能接受的，因为这种替代会导致大约+/-50kHz的初始频率误差，它大到足够阻止无线电话的正确接收。
因此，需要一种方法避免在如DCS1800无线电话的高频通讯装置中使用昂贵的、高精度晶体，而又不会牺牲AFC。
图1是一个示出使用AFC范围扩展设备的无线电话的方块图；图2是一个示出图1设备使用的AFC范围扩展方法的流程图；图3是一个示出根据图2的方法在AFC捕获模式下图1设备接收带宽的图形；以及图4是一个示出根据图2的方法在正常模式下图1设备接收带宽的图形。
通过使用AFC范围扩展，高频通讯装置如DCS1800无线电话可以在它的参考振荡器中使用低成本、低精度晶体。AFC范围扩展包括改变无线电话的接收带宽以便于AFC。特别的，为了AFC捕获的目的，接收带宽被设置为第一宽设置。确定与接收的AFC信号有关的频率误差并且调节接收机接收以减少无线电话中的频率误差。一旦频率误差在预定的门限值以下，则接收带宽被设置为与第一设置不同的第二设置用于正常的接收。
图1所示的本地通讯装置100，作为一个无线电话在通讯系统101中可操作地经过通讯信号如RF信号的信令链路104与远程通讯装置102通讯。作为无线电话，在控制部分106控制下工作的本地装置100使用天线108以耦合RF信号到信令链路104和从信令链路104耦合RF信号，使用接收部分110以接收天线108的RF信号并且转换接收的RF信号用于控制部分106的处理，使用发射部分112以转换由控制部分106产生的信号用于作为RF信号的传输并且提供发射RF信号到天线108。控制部分106使用本地装置100的合成器部分114的压控振荡器(VCO)116分别地调谐接收部分110的接收前端115和发射部分112用于信道接收和传输。控制部分106经过连接113控制VCO116。接收部分110使用中频(IF)部分117经过混频和低通滤波用于正交解调接收的信号。VCO116和中频部分117根据由合成器部分114的参考振荡器118输出的参考信号工作。为了使成本减至最小，参考振荡器118使用低精度或“粗的”晶体119，例如比+/-16ppm低的精度如+/-25ppm。
本地装置100是一个能够工作在1000MHz频率以上的无线电话，如DCS1800无线电话以1710MHz和1785MHz之间的频率接收RF信号，个人通讯服务(PCS)1900无线电话以1805MHz和1880MHz之间的频率接收RF信号，卫星无线电话以大约1600MHz的频率接收RF信号，等等。作为DCS1800无线电话，例如本地装置100，为了AFC和在本地装置100和远程装置102之间同步和通讯的目的，必须在广播控制信道(BCCH)上接收和处理由远程装置102(在这种情况下它是DCS1800基站发射机)发射的、67kHz音调的频率校正短脉冲串(FCB)。然而，低精度晶体119的使用使得本地装置100初始易遭受到大的频率误差量，这些误差可能导致FCB落到本地装置100接收带宽以外并且阻止FCB的接收，因此使得AFC不可能。
为了确保FCB的接收和AFC的正常执行，本地装置100使用一种AFC范围扩展设备120。AFC范围扩展设备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义。AFC范围扩展设备120包括合成器部分114的参考振荡器118。使用低精度晶体119的参考振荡器118通过连接121耦合到控制部分106，通过连接122耦合到VCO116并且通过连接123耦合到IF部分117。参考振荡器118是一个可变频率振荡器。参考振荡器118响应在连接121上由控制部分106输出的频率设置信号AFCSET，产生由信号AFCSET定义频率的参考信号。参考振荡器118可操作地响应控制部分106和信号AFCSET以由它的工作频率牵引晶体119。在DCS1800无线电话中，参考振荡器118是一个26MHz参考振荡器并且以前面所述的方式在大约1.1kHz上可调节。
AFC范围扩展设备120包括接收部分110的IF部分117的可编程滤波器124和125。滤波器124和125是具有可编程带宽的低通滤波器。在使用晶体119的DCS1800无线电话中，初始频率误差可能多到+/-50kHz。这样，滤波器124和125必须可编程到至少120kHz以便在17kHz和117kHz之间的任何频率通过67kHz音调。在操作中，滤波器124和125转换由IF部分117的混频器126和127提供的同相和正交相位信号为基带信号RXI和RXQ用于控制部分106处理。混频器126和127通过将接收前端115形成的接收信号与IF部分117的正交发生器128提供的振荡器信号混频而产生同相和正交相位信号。正交发生器128根据从连接123上由参考振荡器118提供的参考信号得到的参考信号工作。
AFC范围扩展设备120包括接收部分110的IF部分117的带宽控制电路130。带宽控制电路130经过相应的连接132和133耦合到滤波器124和125，经过连接134耦合到控制部分106，经过连接123耦合到参考振荡器118。带宽控制电路130根据在连接134上由控制部分106输出的带宽设置信号BWSET和在连接123上由参考振荡器118输出的参考信号得到的参考信号设置滤波器124和125的带宽。
AFC范围扩展设备120还包括控制部分106。控制部分106执行图2中说明的方法以便于本地装置100中的AFC。控制部分106一般包括一个微处理器和一个存储器，在该存储器内存储定义图2方法的控制信息和软件指令步骤。当本地装置100是一个DCS1800无线电话时，控制部分106特别地包括一个呼叫处理器、一个存储器、一个数字信号处理器(DSP)和一个调制器-解调器(调制解调器)。
开始时(在步骤200)，本地装置100没有与远程装置102同步通讯。控制部分106设置本地装置100的工作状态使得非同步(在步骤202)。
当本地装置100的工作状态是非同步时(在步骤204)，控制部分106试图首先通过调谐接收部分110的接收前端115到控制信道而获得同步，该信道在DCS1800系统中是BCCH(在步骤206)。因为通讯系统101中控制信道的宽间距，由于低精度晶体119的初始频率误差并不妨碍控制信道调谐。
接着，控制部分106设置接收机带宽用于AFC捕获，即用于AFC的信号(以后称为“AFC信号”)的接收。控制部分106经过连接134和信号BWSET控制带宽控制电路130以设置IF部分117的滤波器124和125的带宽为宽设置，如图3所说明的。在宽设置中，滤波器124和125的带宽必须大到足够通过AFC信号，即使本地装置100是在最大频率误差时，如晶体119的精度指出的。在DCS1800无线电话中，AFC信号是67kHz音调而滤波器124和125被设置具有120kHz的3dB带宽以确保67kHz音调的接收，因为低精度晶体119它服从于+/-50kHz的初始频率误差。本领域的技术人员将认识到即使有一些衰减，120kHz的3dB带宽允许接收120kHz之外若干kHz的信号。
一旦接收机带宽被设置用于AFC捕获，由控制部分106接收AFC信号(在步骤210)。控制部分106确定来自AFC信号的本地装置100的频率误差(在步骤212)。控制部分106测量在实际接收的AFC信号的频率并且将测量的频率与已知的AFC信号频率相比较。测量的和已知的频率之间的差值定义为本地装置100的频率误差。例如，在DCS1800无线电话中，如果以107kHz接收到67kHz音调，则控制部分确定本地装置100的频率误差是+40kHz。
控制部分106将频率误差与第一误差门限值相比较(在步骤214)。如果频率误差在第一误差门限值以下，则频率误差是在可接受的级别，控制部分106设置本地装置100的工作状态为同步(在步骤216)并且返回以估计工作状态(步骤204)。如果频率误差等于或大于第一误差门限值，则频率误差是在不可接受的级别，控制部分106调节接收机的接收以减少频率误差(在步骤218)。控制部分106经过连接121和信号AFCSET调节参考振荡器118一个预定量，它接着改变在连接123上由参考振荡器118输出的参考信号。还是采用上面的例子，即使本地装置100在1850MHz中心频率的频率误差为+40kHz，参考振荡器118将工作在26.0005622MHz(((1850Mhz+40kHz)/1850MHz)*26MHz)。控制部分106使用信号AFCSET通过调谐参考振荡器118的变容二极管调节参考振荡器118到精确的26MHz。这种调节将通过26/26.0005622的比率使得VCO116驱动接收前端115和参考信号驱动正交发生器128以降低接收路径的频率40kHz。然后接收机接收调节，控制部分106返回以估计工作状态(在步骤204)并且再次执行步骤206、208、210、212、214和218直到频率误差落到第一误差门限值以下并且本地装置100的工作状态被设置为同步(在步骤216)。
第一误差门限值被设置在一个频率误差级别，在该级别以下本地装置100可以与远程装置102成功地保持通讯并且继续接收AFC信号。对于DCS1800无线电话，第一误差门限值最好设置在大约+/-5kHz。
如果本地装置100的工作状态被确定为同步(在步骤204)，则控制部分106设置接收带宽用于正常工作(在步骤220)以便于本地装置100和远程装置102之间的电话通讯。这个接收带宽设置被用于接收所有的信号而不是在AFC捕获中的AFC信号。控制部分106经过连接134和信号BWSET控制带宽控制电路130以设置IF部分117的滤波器124和125的带宽为窄设置，如同图4所说明的。在窄设置中，滤波器124和125的带宽应该被限定为足够通过在当前调谐的信道上出现的信号并且避免通过在相邻信道上出现的噪声。在DCS1800无线电话中，滤波器124和125最好被设置为具有一个大约70kHz的3dB带宽。本领域的技术人员将认识到即使有一些衰减，一个70kHz的3dB带宽允许接收在70kHz之外若干kHz的信号。在这种设置中，滤波器124和125具有一个大约77kHz的有效带宽。
在正常工作期间，远程装置102连续发送AFC信号，它被经过接收部分110在本地装置100的控制部分106接收(在步骤222)。开始在正常工作期间，因为本地装置100的频率误差在第一误差门限值以下，所以准确地接收到AFC信号。例如，在DCS1800无线电话中，通过设置滤波器124和125的3dB带宽到大约70kHz和考虑它们的有效带宽，当本地装置100是在如第一误差门限值定义的+/-5kHz频率误差时将在62kHz和72kHz之间接收67kHz音调。控制部分106以前面在步骤212描述的方式确定本地装置100与AFC信号的频率误差(在步骤224)。控制部分106将频率误差与第二误差门限值相比较(在步骤226)。如果频率误差在第二误差门限值以下，频率误差是在可接受的级别，控制部分106返回以估计工作状态(在步骤204)。如果频率误差等于或大于第二误差门限值，频率误差是在不可接受的级别，控制部分106设置本地装置100的工作状态为非同步(在步骤228)并且返回以估计工作状态(在步骤204)。
第二误差门限值被设置在一个频率误差级别，该级别大于由第一误差门限值定义的级别。这允许具有迟滞的本地装置100稳定的工作。第二误差门限值最好根据滤波器124和125窄设置的有效带宽而设置。在DCS1800无线电话中，第二误差门限值大约是+/-10kHz。即使被衰减，当本地装置100的频率误差为+10kHz时AFC信号可以被连续地接收；然而，表示这大的频率误差的AFC信号的接收很好地指示了失去与远程装置102的同步。
这样，可以看到包括增加AFC捕获的接收带宽的AFC范围扩展能够在高频通讯装置中使用低成本、低精度晶体，因此，提供了较低成本装置。尽管本发明的特别实施例已经进行了展示、描述、推荐，但是还可以进行修改。例如，AFC扩展设备可以用在多波段通讯装置如由摩托罗拉公司制造和销售的GSM/DCS1800双波段蜂窝电话。作为一个GSM/DCS1800双波段无线电话，本地装置100的接收前端115应该使用适用于在大约900MHz(即GSM)和大约1800MHz(即DCS1800)接收的双接收路径，其他接收路径在IF部分117之前会聚在一点。为了性能更好，IF部分117可以使用低通可编程滤波器的第二级以及两个滤波器级和控制部分106之间插入的两级放大器。每个第二级滤波器应该以前面关于滤波器124和125描述的方式连接到带宽控制电路130并且由带宽控制电路130编程。虽然所示的被特别引入到一个蜂窝电话中，但是应该认识到AFC范围扩展也可以有益地用在其他的便携式装置，包括但不局限于双向无线电、无线电话、寻呼机、陆线电话、无绳电话，等等。因此，附加的权利要求书包括了所有这些改变和修改，这些改变和修改都包括在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种自动频率控制(AFC)范围扩展的方法，该方法包括步骤设置接收频带到第一设置以接收第一信号；确定来自第一信号的频率误差；当频率误差等于或大于第一门限值时调节接收机的接收以减少频率误差；以及当频率误差在第一门限值以下时设置接收频带为不同于第一设置的第二设置。
2.如权利要求1所述的方法，其中设置接收带宽为第一设置的步骤包括设置接收带宽为宽设置的步骤，该宽设置适用于以最大频率误差通过AFC信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中设置接收带宽为第二设置的步骤包括设置接收带宽为比宽设置窄一些的窄设置的步骤，该窄设置适用于通过除AFC信号外的诸信号，基本上没有相邻的信道噪声。
4.如权利要求3所述的方法，还包括步骤当接收带宽被设置为第二设置时确定频率误差；以及当接收带宽设置为第二设置时所测量的频率误差超过第二门限值时，返回到设置接收带宽为第一设置以接收第一信号的步骤，第二门限值不同于第一门限值。
5.如权利要求1所述的方法，还包括步骤产生一个参考信号，该参考信号开始的误差量在0kHz和+/-50kHz之间，以及调谐到控制信道；以及其中，设置接收带宽为第一设置的步骤包括设置接收带宽为大约120kHz以接收一个67kHz音调的步骤，以及设置接收带宽为第二设置的步骤包括设置接收带宽为大约70kHz的步骤。
6.一种用于AFC范围扩展的设备，该设备包括一个接收通讯信号的接收部分；以及一个耦合到接收部分的控制部分，该控制部分在接收通讯信号中的第一个之前设置接收部分具有第一带宽并且当通讯信号中的第一个的频率误差低于第一门限值时设置接收部分具有一个不同于第一带宽设置的第二带宽。
7.如权利要求6所述的设备还包括一个耦合到接收部分和控制部分的参考振荡器，该参考振荡器包括一个具有小于+/-16ppm精度的晶体，该参考振荡器产生一个具有基于晶体的频率的参考信号，该参考振荡器响应来自控制部分的第一设置信号，调节参考信号的频率。
8.如权利要求7所述的设备，其中接收部分包括多个可编程滤波器；以及还包括一个带宽控制电路，该带宽控制电路耦合到控制部分、参考振荡器和多个可编程滤波器，该带宽控制电路响应来自控制部分的第二设置信号和参考信号，设置多个可编程滤波器的带宽。
9.一种无线电话，包括一个天线；一个耦合到天线的发射部分；一个耦合到发射部分的合成器部分，该合成器部分包括一个参考振荡器，该参考振荡器包括一个具有小于+/-16ppm精度的晶体，该参考振荡器产生一个具有基于晶体的频率的参考信号，该参考振荡器根据AFC设置信号调节参考信号的频率；一个接收部分，耦合到天线和合成器部分，该接收部分包括一个接收前端以接收来自天线的通讯信号，以及中频(IF)部分以解调接收的通讯信号，IF部分包括多个具有可编程带宽的低通滤波器，以及带宽控制电路，耦合到多个低通滤波器的每一个和参考振荡器，带宽控制电路根据参考信号和带宽设置信号设置多个低通滤波器的可编程带宽；以及一个控制部分，耦合到发射部分、合成器部分的参考振荡器和IF部分的带宽控制电路，控制部分产生带宽设置信号以便设置多个低通滤波器的可编程带宽为宽设置以利于用于AFC的通讯信号中的一个的接收，并且控制部分产生带宽设置信号以便设置多个低通滤波器的可编程带宽为窄设置以致一旦用于AFC的通讯信号中的一个的频率误差小于门限值时便于通讯信号中其他信号的接收。
10.如权利要求9所述的无线电话，其中无线电话是一种双波段无线电话，可操作地用在第一频段和第二频段中发射的通讯信号的接收，第二频段大于第一频段大约两倍。
全文摘要
通过使用AFC范围扩展,高频通讯装置可以在它的参考振荡器中使用低成本、低精度晶体。AFC范围扩展包括改变通讯装置的接收带宽以便于AFC或自动频率控制。特别地,为了AFC捕获目的,接收带宽被设置为第一宽设置。确定与接收的AFC信号有关的频率误差和调节接收机的接收以减少通讯装置的频率误差。一旦频率误差小于预定门限值,接收带宽被设置为不同于第一设置的第二设置用于正常接收。
文档编号H03J1/00GK1251492SQ99121509
公开日2000年4月26日 申请日期1999年10月13日 优先权日1998年10月13日
发明者亚历山大·W·赫塔拉, 阿文德·S·阿罗拉 申请人:摩托罗拉公司