本发明所要解决的技术问题是提供一种多模移动通信终端实现 频率切换和自动控制的装置及方法,它可以实现多模移动终端的各个 模式发送/接收模
块共用同一个
晶体振荡器以节约成本和电
力消耗, 并允许多模移动终端在不同模式下使用各自模式的自动频率锁定环 路,以便最有效地保持各个模式通信链路的载波同步。
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种多模移动通信终端实 现频率切换和自动控制的装置,它包括多模自动频率控制字更新装 置、
压控晶体振荡器和
数模转换装置,所述的多模自动频率控制字更 新装置用于选择并计算目标模式下的频率控制字,所述的数模转换装 置根据所述的频率控制字完成由
数字信号产生控制
电压,所述的压控 晶体振荡器根据所述的控制电压产生参考频率信号。
所述的多模自动频率控制字更新装置包括控
制模块、数据管理模 块、累加器、和两个选通装置,所述的
控制模块通过信号SEL控制 一个选通装置选择有效的频率偏移估计值给所述的累加器,通过信号 LOAD控制所述的另一个选通装置选择来自所述数据管理模块或所 述累加器的自动频率控制字,所述数据管理模块用于存储小区信息, 列表和与小区相对应的自动频率控制字,并根据所述的控制模块发出 的小区信息从小区信息查出对应的自动频率控制字,所述的累加器用 于完成每个周期用频率偏移估计值累加并更新自动频率控制字。
在模式切换或异频切换状态时,所述的目标模式下的自动频率控 制字的初始值有以下公式得到,自动频率控制字的初始值fk+1=fk +λ×(f-fk);其中f是存储的目标小区的自动频率控制字、 fk是当前小区的自动频率控制字,λ是权重调节因子,取值[0,1]。
另外,本发明还提供了一种实现多模移动通信终端的频率切换和 自动频率控制的方法,首先多模自动频率控制字更新模块选择并计算 目标模式下的频率控制字,然后数模转换装置根据所述的频率控制字 完成由数字信号产生控制电压,最后由压控晶体振荡器根据所述的控 制电压产生参考频率信号。
所述的多模自动频率控制字更新模块的实现包括以下步骤:1): 在频率控制字更新周期来临时开始更新程序,执行下一步;2):判断 是否发生频率切换或多模式切换,如发生切换执行步骤5,如未发生 切换执行下一步;3):根据当前工作模式从多个频偏估计模块中选择 一个有效输出的频率偏移值Δf,执行下一步;4):通过累加器更新 目标小区的自动频率控制字值fk+1,其中累加器公式为fk+1=fk-Δf, fk是当前小区的频率控制字值,然后执行步骤9;5):判断当前小区 是否已记录在
数据库中,如未记录即为新小区,执行步骤8,如已记 录,则为已测量小区,执行下一步;6):从数据库中读出该小区自动 频率控制字的初始值为f,执行下一步;7):通过累加器更新目标小 区自动频率控制字值fk+1,其中累加器公式fk+1=fk+λ×(f- fk),fk是当前小区的频率控制字值,λ是权重调节因子,取值[0, 1],然后执行步骤9;8):更新数据库内容,添加目标小区,以当前 累加器所含有的频率控制字值fk作为自动频率控制字的初始值,然后 回到等待状态,如果频率控制字更新周期来临,则重复步骤1;9): 将所述的fk+1输出到数模转换装置中;10):用所述的fk+1作为当前 小区最新的自动频率控制字值替换数据库中的原保存值,然后回到等 待状态,如果频率控制字更新周期来临,则重复步骤1。
因为本发明允许多模移动终端的各个模式发送/接收模块共用同 一个压控晶体振荡器以节约成本和电力消耗,并允许多模移动终端在 不同模式下使用各自模式的自动频率锁定环路,以便最有效地保持各 个模式通信链路的载波同步。采用优化的自动频率控制字(以下简称 为“AFC控制字”)保存,载入和更新控制装置或模块,达到在两种 模式或频率切换时加快频偏收敛过程。特别是采用公式:自动频率控 制字的初始值fk+1=fk+λ×(f-fk),计算AFC控制字初始 值,加快了自动频率控制的收敛速度,提高了第二模式频率控制初始 设定的可靠性,使载波同步快速而准确。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式,对本发明做进一步阐述。
图1是目前多模终端在两种模式通信系统覆盖交界处的工作情 况;
图2是具有现有多模终端的频率切换和自动频率控制装置的双 模终端自动频率锁定环路结构方框图;
图3是具有本发明装置的双模终端自动频率锁定环路结构方框 图;
图4是本发明的多模自动频率控制字更新装置方框图;
图5是本发明应用于WCDMA和GSM双模信号的方框图;
图6是本发明的多模自动频率控制字更新模块的
流程图。
图3是具有本发明装置的双模终端自动频率锁定环路结构方框 图。移动通信终端的每个模式的自动频率锁定环路均包括基带信号处 理、频率偏移估计、RF/IF处理器、A/D(模数)转换装置、PLL(锁 相环),并且每个模式共用本发明的多模终端的频率切换和自动频率 控制装置。本发明的多模终端的频率切换和自动频率控制装置包括多 模自动频率控制字更新装置383、压控晶体振荡器(VCXO)382和 数模转换装置385。多模自动频率控制字更新装置383用于选择频率 偏移估计的估计值并计算目标模式下的AFC控制字,数模转换装置 385根据AFC控制字完成由数字信号产生控制电压,压控晶体振荡 器382根据控制电压产生参考频率信号,并将参考频率信号发送给 PLL,PLL锁定于用于调制解调的
载波频率并将所述的载波频率发 送给RF/IF处理器,RF/IF处理器将来自多工器的
射频信号用载波频 率解调,解调信号通过A/D转换器转换为数字信号后送入各自模式 的基带
信号处理器,基带信号处理器从基带信号中提取出可用于频偏 估计的数字信号序列输出给各自模式的频偏估计装置。
图4是本发明的方框图,其中多模自动频率控制字更新装置383 包括控制模块406、数据管理模块405、累加器、和两个选通装置412、 413,控制模块406通过信号SEL控制选通装置413选择有效的频率 偏移估计值给所述的累加器,通过信号LOAD控制选通装置412选 择来自所述数据管理模块405或所述累加器的AFC控制字,数据管 理模块405用于存储小区信息,列表和与小区相对应的AFC控制字, 并根据控制模块406发出的小区信息从小区信息查出对应的AFC控 制字,累加器用于完成每个周期用频率偏移估计值累加并更新自动频 率控制字。其中累加器由寄存器407、延时408和加法器409构成。
其中AFC控制字更新分为三部分实现,1)采用
负反馈方式主 要由累加器构成的对AFC控制字周期性更新的模块;2)数据管理模 块405,它管理所有已经测量过的小区列表,并且保存每个小区的 AFC控制字,以及提供AFC控制字的初始值。3)控制模块406, 它依据当前工作模式通过选通装置413选择正确的频偏估计装置的 输出给累加器;控制模块406通过共享数据通知数据管理模块405当 前小区信息;控制模块406在工作模式切换或异频切换时通过装载信 号通知数据管理模块405给出AFC控制字初始值,和通知将初始值 载入累加器,其中异频切换指同模式不同频率的小区的切换。在数据 管理模块中AFC控制字更新的方法按照如下方式工作:
在正常通信阶段:累加器在每个周期将频偏估计值加入寄存器 407中。而数据管理模块405每个周期读出AFC控制字,用此AFC 控制字更新该小区的AFC控制字。当有新小区被测量时添加小区列 表的元素;
在模式切换或异频切换状态时:首先移动终端对目标模式射频合 成PLL作适当设定以获得期望的目标载波频率;其次数据管理模块 405读出目标小区的AFC控制字f和当前小区的AFC控制字fk,用 如下公式计算用于切换后目标小区的AFC控制字初始值
AFC控制字的初始值fk+1=fk+λ×(f-fk)
(公式1)
其中λ是权重调节因子取值[0,1]。其取值根据fk和f的精 度对比关系决定。如对模式2目标小区的频率估计越精确,则λ的 取值应越接近1;反之如果对模式2目标小区的频率估计越不精确, 则表明应该更为相信模式1源小区的AFC控制字收敛值,因此λ的 取值应越接近于0。由公式1算出的AFC控制字写入累加器中的寄存 器作为累加器的初始值。
频偏估计(389、383)用于计算频偏的信号,一般为导频序列 或训练序列等。它对其序列作差分,查表和取平均等运算完成对当前 频率偏移的估计。它按周期输出频偏估计值,周期由
算法特点决定。
下面结合图4、5对本发明做进一步的说明。图5是本发明应用 于WCDMA和GSM双模移动终端的方框图。在图5中,模式一为 WCDMA模式,其射频体系结构为外差式接收机;模式二为GSM模 式,其射频体系结构为直接下变频式接收机。天线301用于接收 WCDMA的射频信号,接收信号经过双工器302后由LNA(低噪声
放大器)303进行信号放大,放大后的信号通过RFBPF(RF
滤波器) 304,然后进入由乘法器311,321和IF处理基带预处理312组成的 解调装置,解调所需的载波信号由PLL 331提供,解调后的模拟基带 信号经A/D变换器313、323变换为数字基带信号交给WCDMA数 字基带信号处理模块340处理。天线351用于接收GSM的射频信号, 接收信号经过双工器352后由LNA353进行信号放大,放大后的信号 通过RFBPF354,然后进入由乘法器361、371和LPF(
低通滤波器) 364、362组成的解调装置,解调所需的载波信号由PLL 381提供, 解调后的模拟基带信号经A/D(模数)变换器363、373变换为数字 基带信号交给GSM数字基带信号处理模块384处理。两个模式的数 字
基带处理模块340、384将用于当前频偏估计的数字序列发送给频 偏估计模块393、389。频偏估计模块393、389依据输入数据计算当 前周期的频率偏移,并且频偏值被输出给多模AFC控制字更新装置 383。多模AFC控制字更新装置383在计算和更新AFC控制字后将 AFC控制字输出给数模转换装置385,数模转换装置接收数字信号输 出模拟电压用于控制压控晶体振荡器382,压控晶体振荡器的输出的 参考频率信号用于控制PLL 381或331的载波锁定。由于同一时刻压 控晶体振荡器382的频率只能受控于一个模式的频率控制环路,所以 同一时刻频偏估计模块393、389只需有一个处于活动状态。多模AFC 控制字更新装置383的处理如图4所示(图中以双模为例),它控制 压控晶体振荡器382产生的参考频率使PLL331、381锁定在期望的 载波频率。此载波用于各自的信号解调装置。
在图4中,两个频偏估计模块393、389分别用于估计模式一和 模式二的频率偏移,它们周期性的输出当前的频率偏移估计值,在同 一时刻只有一个估计值有效,控制模块406通过SEL信号选择有效 值送入累加器。
在图4中,控制模块406输出3个信号:信号SEL用于选择当 前频偏估计值,信号SEL随移动终端工作模式(模式一或模式二) 切换而发生变化。信号LOAD指示累加器初始值设定,当发生异频 切换或模式切换时,在第一个频偏估计周期,信号LOAD指示载入 数据管理模块405给出的AFC控制字,在其他时刻LOAD指示载入 加法器409运算结果。信号“小区信息”将当前小区信息共享给数据 管理模块。
在图4中,数据管理模块405用于管理各个已经测量过的小区的 AFC控制字,该模块中维护一个小区列表和相应的AFC控制字,当 LOAD信号指示累加器初始值设定时,数据管理模块依据小区信息从 列表中查出其AFC控制字,再经过公式1修正后输出,当列表不包 含当前小区时输出AFC累加器当前值。当信号LOAD未指示更新累 加器初始值,数据管理模块从累加器的寄存器407读取AFC控制字, 并且依据小区信息更新列表,当被测量小区不在列表中时,添加小区 列表元素。
在图4中,二选一的选通装置412由信号LOAD控制,二选一 的选通装置413由信号SEL控制。
在图4中,寄存器407,延时408和加法器409构成累加器用于 完成每个周期用频偏估计值累加并更新AFC控制字。
模数变换装置385完成由数字信号产生控制电压的功能。
压控晶体振荡器382根据控制电压产生参考频率信号。
两个PLL装置381、331分别为模式一和模式二产生用于调制解 调的载波信号。
移动终端切换过程如下:假定在时刻A点,移动终端完成了对 基站2的测量,这时得出了基站2的AFC控制字f,f被数据管理 模块保存为基站2的AFC控制字。此控制字表示移动终端在A时刻 的工作环境中(移动速度,
工作温度等)对基站2的载波跟踪结果。 而此后,移动终端一直位于基站1的覆盖范围,即基站1是移动终端 的服务基站。假定移动终端在时间B点收到网络指令进行从基站1 到基站2的切换,切换前AFC控制字为fk,它同样被数据管理模块 保存为基站1的AFC控制字。此控制字表示移动终端在B时刻的工 作环境中(移动速度,工作温度等)对基站1的载波跟踪结果。这时 切换动作发生,移动终端从基站1切换到基站2。由公式1计算此时 使用的AFC控制字初始值。
本发明的多模移动通信终端频率切换和自动控制的方法与多模 移动通信终端频率切换和自动控制的装置的不同点就在于,用多模自 动频率控制字更新模块3830代替了多模自动频率控制字更新装置 383,其它部分都相同。图6是本发明的多模自动频率控制字更新模 块3830的流程图,本流程假设移动终端支持多种模式接收,每一种 模式都有各自的频率偏移(简称“频偏”)估计模块,频偏估计模块 都是周期性输出其当前周期的频偏值。它包括以下步骤:第一步,首 先开始模块501被开启后,则系统就进入了等待偏频估计周期模块 502,它在频率控制字周期没有到来时处于等待状态,执行频率控制 周期来临的判断由周期来临判断模块503执行,当判断为频率控制字 更新周期来临时开始更新程序,执行下一步;
第二步,进入切换判断模块504,它主要判断是否发生频率切换 或多模式的切换,如发生切换执行步骤五,如未发生切换执行下一步;
第三步,进入频偏选择模块505,它主要根据当前工作模式从多 个频偏估计模块中选择一个有效输出,并输出频率偏移值Δf,然后 执行下一步;
第四步,进入AFC控制字更新模块506,它主要执行更新AFC 控制字的累加器值,通过累加器更新目标小区的自动频率控制字值 fk+1,其中累加器公式为fk+1=fk-Δf,其中fk是当前小区的频率控 制字值,然后执行步骤九;
第五步,进入新小区判断模块509,它主要用以判断当前小区是 否已记录在数据库中,如未记录即为新小区,执行步骤八,如已记录, 则为已测量小区,执行下一步;
第六步,进入提取AFC控制字模块510,它主要是从数据库中 读出该小区AFC控制字为f,执行下一步;
第七步,进入AFC控制字初始值的计算模块511,它主要是通 过累加器更新目标小区自动频率控制字值fk+1,其中累加器公式fk+1= fk+λ(f-fk),λ是权重调节因子,取值[0,1],λ的取值根据 所述f、fk的
精度对比关系决定,然后执行步骤九
第八步,进入数据库添加更新模块512,它主要用于更新数据库 内容,添加目标小区,以当前累加器所含有的频率控制字值fk作为 AFC控制字的初始值,然后回到等待状态,等待频率控制字更新周期 的来临;
第九步,进入输出AFC控制字模块507,它主要将fk+1输出到 数模变换器装置(385)用于改变压控晶体振荡器(382)的控制电压, 并同时执行下一步;
第十步,进入更新AFC控制字数据库模块508,它主要用fk+1作 为当前小区最新的AFC控制字替换数据库中的原保存值,然后回到等 待状态,等待频率控制字更新周期的来临。