專利名稱：用于移動(dòng)臺(tái)的頻率合成器電路的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及工作在無線通信系統(tǒng)中的移動(dòng)臺(tái)，更具體地，涉及可使這樣的移動(dòng)臺(tái)中所使用的頻率合成器能更快穩(wěn)定下來和/或能有更好的相位噪聲性能的某些改進(jìn)。
相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)包括自從80年代初期以來在美國運(yùn)行的蜂窩無線系統(tǒng)，它提供電話業(yè)務(wù)給不斷增長的用戶群，按最近估計(jì)已超過兩千萬用戶。蜂窩電話業(yè)務(wù)很像在家中和辦公室中的固定的有線電話業(yè)務(wù)，但它不用電話線而使用射頻來連接來自(和到)移動(dòng)用戶的電話呼叫。每個(gè)移動(dòng)用戶被分配一個(gè)專用(10位數(shù)字)號(hào)碼簿電話號(hào)碼，以及通常根據(jù)他或她每月花費(fèi)在移動(dòng)電話通話上的“空中時(shí)間”量來計(jì)費(fèi)。許多可提供給地面電話用戶的業(yè)務(wù)功能(例如，呼叫等待，呼叫轉(zhuǎn)發(fā)，三方呼叫等)通常也可提供給移動(dòng)用戶。
在美國，蜂窩運(yùn)行許可證已由聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)根據(jù)一個(gè)許可的方案頒發(fā)，該方案把全國分成按照1980年普查所規(guī)定的地理服務(wù)市場(chǎng)。大城市市場(chǎng)被稱為大城市統(tǒng)計(jì)地區(qū)(MSA)，而較小的農(nóng)村市場(chǎng)被稱為農(nóng)村統(tǒng)計(jì)地區(qū)(RSA)。為了運(yùn)營每個(gè)市場(chǎng)中的系統(tǒng)，只頒發(fā)兩個(gè)蜂窩許可證。這兩個(gè)系統(tǒng)，通常分別被稱為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)，被指定使用800MHz范圍的不同射頻(RF)頻段(頻率塊)。移動(dòng)用戶可自由預(yù)訂來自A系統(tǒng)或B系統(tǒng)運(yùn)行者(或二者)的服務(wù)。在其中預(yù)訂業(yè)務(wù)的本地系統(tǒng)被稱為“原籍”系統(tǒng)。當(dāng)在原籍系統(tǒng)以外移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)用戶可能得到在遠(yuǎn)地系統(tǒng)中的服務(wù)，如果在原籍系統(tǒng)和“被訪問的”系統(tǒng)之間有“漫游”協(xié)議的話。


圖1顯示了典型的蜂窩射頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。地理區(qū)域(例如，大城市地區(qū))被劃分成幾個(gè)較小的相連的射頻覆蓋區(qū)域，被稱為“小區(qū)”，例如小區(qū)C1-C10。小區(qū)C1-C10由相應(yīng)的一組固定的射頻站提供服務(wù)，被稱為“基站”，B1-B10。每個(gè)基站包括多個(gè)RF信道單元(收發(fā)信機(jī))，它們運(yùn)行在指定的系統(tǒng)RF信道上，正如技術(shù)上所熟知的那樣。為了說明的目的，圖1顯示的基站B1-B10分別位于小區(qū)的中心，并被顯示成基站備有在所有方向上均等地發(fā)射的全向天線。然而，基站B1-B10也可位于邊界附近或者遠(yuǎn)離小區(qū)C1-C10的中心，并可用射頻信號(hào)定向地向小區(qū)C1-C10輻射(例如，基站可被配備以三個(gè)定向天線，每個(gè)覆蓋120度扇區(qū))。
已分配給任何已知的小區(qū)(或扇區(qū))的RF信道按照技術(shù)上熟知的頻率復(fù)用規(guī)劃可被重新分配給遠(yuǎn)離的小區(qū)。在每個(gè)小區(qū)(或扇區(qū))中，至少一個(gè)RF信道被用來載送控制的或監(jiān)管的消息，它被稱為“控制”或“尋呼/接入”信道。其它的RF信道被用來載送話音對(duì)話，它們被稱為“話音”或“語音”信道。小區(qū)C1-C10中的蜂窩電話用戶(移動(dòng)用戶)具有便攜式(手持的)、可運(yùn)載的(手提的)、或移動(dòng)的(車載的)電話單元，共同地被稱為“移動(dòng)臺(tái)”(例如移動(dòng)臺(tái)M1-M5)，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)與附近的基站通信。正如技術(shù)上熟知的，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)M1-M5包括控制器(微處理器)和收發(fā)信機(jī)。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)中的收發(fā)信機(jī)可調(diào)諧到系統(tǒng)中所規(guī)定的任何一個(gè)RF信道(而基站B1-B10中的每個(gè)收發(fā)信機(jī)通常只運(yùn)行在相應(yīng)的小區(qū)中所使用的不同RF信道中的一個(gè)信道)。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，基站B1-B10被連接到移動(dòng)電話交換中心(MTSO)20，并受它控制。MTSO20又被連接到地面(有線)公共交換電話網(wǎng)(PSTN)22中的中央局(圖1上未具體示出)，或類似的設(shè)施，例如綜合系統(tǒng)(業(yè)務(wù))數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。MTSO20交換在有線用戶和移動(dòng)用戶之間的呼叫，控制加到移動(dòng)臺(tái)M1-M5的信令，匯集計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)用戶業(yè)務(wù)分布，以及對(duì)系統(tǒng)提供運(yùn)行、維護(hù)和測(cè)試。
任一個(gè)移動(dòng)臺(tái)M1-M5對(duì)圖1的蜂窩系統(tǒng)的接入都要根據(jù)存儲(chǔ)在移動(dòng)臺(tái)中的移動(dòng)識(shí)別號(hào)(MIN)和電子序列號(hào)(ESN)而被控制。MIN是由原籍系統(tǒng)操作員分配給每個(gè)移動(dòng)用戶的10位數(shù)字的號(hào)碼簿電話號(hào)碼的數(shù)字表示。電子序列號(hào)(ESN)由制造商指定，并被永久地存儲(chǔ)在移動(dòng)臺(tái)。當(dāng)發(fā)起呼叫時(shí)，MIN/ESN對(duì)從移動(dòng)臺(tái)被發(fā)送，其正確性由MTSO20檢查。如果MIN/ESN被確定為不正確的(例如，如果ESN由于據(jù)報(bào)告移動(dòng)臺(tái)被偷盜而已被列入黑名單)，則系統(tǒng)可拒絕接入到移動(dòng)臺(tái)。
當(dāng)接通(加電)時(shí)，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)M1-M5進(jìn)入空閑狀態(tài)(待機(jī)模式)，并調(diào)諧到最強(qiáng)的控制信道(通常為移動(dòng)臺(tái)在該時(shí)刻所處的小區(qū)的控制信道)并不斷地監(jiān)控該信道。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在空閑狀態(tài)下在各小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)最終將“丟失”在“老”的小區(qū)的控制信道上的射頻連接，并調(diào)諧到“新”的小區(qū)的控制信道。到控制信道的初始調(diào)諧和控制信道的改變都是通過掃描蜂窩系統(tǒng)中正在運(yùn)行的所有控制信道以便找到“最好”的控制信道而自動(dòng)完成的(在美國，在每個(gè)蜂窩系統(tǒng)中有21個(gè)“專用”控制信道，這意味著移動(dòng)臺(tái)必須掃描最大個(gè)數(shù)為21個(gè)的RF信道)。當(dāng)找到具有良好的接收質(zhì)量的控制信道時(shí)，移動(dòng)臺(tái)保持調(diào)諧到這個(gè)信道，直至質(zhì)量再次惡化為止。在這種情況下，移動(dòng)臺(tái)保持與系統(tǒng)的“接觸”，并可通過被連接到MTSO20的一個(gè)基站B1-B10而接收或發(fā)起電話呼叫。
為檢測(cè)來話呼叫，移動(dòng)臺(tái)連續(xù)地監(jiān)控當(dāng)前的控制信道來確定尋址到它的尋呼消息(即含有其MIN)是否已接收到。例如，當(dāng)普通(地面有線)用戶呼叫移動(dòng)用戶時(shí)，尋呼消息將被發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)。呼叫從PSTN22引導(dǎo)到MTSO20，在那里對(duì)被撥打的號(hào)碼進(jìn)行分析。如果撥打的號(hào)碼被證實(shí)合法，則MTSO20請(qǐng)求某些或全部基站B1-B10通過它們的相應(yīng)小區(qū)C1-C10尋呼被呼叫的移動(dòng)臺(tái)。從MTSO20接收請(qǐng)求的每個(gè)基站B1-B10然后將在相應(yīng)小區(qū)的控制信道上發(fā)送包含被呼叫移動(dòng)臺(tái)的MIN的尋呼消息。在該小區(qū)中的每個(gè)空閑的移動(dòng)臺(tái)M1-M5將把在控制信道上所接收的尋呼消息中的MIN與存儲(chǔ)在移動(dòng)臺(tái)中的MIN相比較。帶有匹配的MIN的被呼叫的移動(dòng)臺(tái)將在控制信道上自動(dòng)地發(fā)送尋呼應(yīng)答給基站，它然后把尋呼應(yīng)答轉(zhuǎn)發(fā)到MTSO20。在接收到尋呼應(yīng)答以后，MTSO20從那個(gè)收到尋呼應(yīng)答的小區(qū)中選擇一個(gè)可提供的話音信道，(MTSO20為這個(gè)目的保持著一個(gè)空閑信道表)，并請(qǐng)求在該小區(qū)中的基站通過控制信道來命令移動(dòng)臺(tái)調(diào)諧到所選擇的話音信道。一旦移動(dòng)臺(tái)調(diào)諧到所選擇的話音信道，則直通連接被建立。
另一方面，當(dāng)移動(dòng)用戶發(fā)起一個(gè)呼叫時(shí)(例如，通過撥打普通用戶的電話號(hào)碼和在移動(dòng)臺(tái)的電話手機(jī)上按下“發(fā)送”按鈕)，被撥打的號(hào)碼和該移動(dòng)臺(tái)的一對(duì)MIN/ESN使在控制信道上被發(fā)送到基站并被轉(zhuǎn)發(fā)到MTSO20，它驗(yàn)證移動(dòng)臺(tái)的合法性，分配話音信道和建立用于對(duì)話的直通連接，如前面所述。如果移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)之間移動(dòng)而同時(shí)處在對(duì)話狀態(tài)，則MTSO20將執(zhí)行呼叫的從老基站到新基站的越區(qū)切換。MTSO20選擇新的小區(qū)中的可提供的話音信道，然后命令老基站在老的小區(qū)中的當(dāng)前的話音信道上發(fā)送越區(qū)切換消息到移動(dòng)臺(tái)，通知移動(dòng)臺(tái)調(diào)諧到在新的小區(qū)中所選擇的話音信道。越區(qū)切換消息以“空白和突發(fā)”模式被發(fā)送，這會(huì)給對(duì)話造成短而幾乎不會(huì)被注意到的間歇。在接收到越區(qū)切換消息以后，移動(dòng)臺(tái)調(diào)諧到新的話音信道，并且由MTSO20通過新的小區(qū)建立直通連接。老的小區(qū)中的老話音信道在MTSO20中被標(biāo)記為空閑，它可被用于另一個(gè)對(duì)話。而且，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)到本系統(tǒng)以外時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可被越區(qū)切換到鄰近系統(tǒng)的小區(qū)中，如果在兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行者之間有漫游協(xié)議的話。
原先的蜂窩無線系統(tǒng)，如在上面一般地描述的，使用模擬傳輸方法，具體地是按照高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)(AMPS)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)頻(FM)和雙工(雙向)RF信道。按照AMPS標(biāo)準(zhǔn)，在基站和移動(dòng)臺(tái)之間的每個(gè)控制或話音信道使用一對(duì)分開的頻率，包含用于由基站發(fā)送(由移動(dòng)臺(tái)接收)的前向(下行鏈路)頻率和用于由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送(由基站接收)的反向(上行鏈路)頻率。所以，AMPS系統(tǒng)是每一載波單一信道(SCPC)的系統(tǒng)，每個(gè)RF信道只允許一個(gè)話音電路(電話對(duì)話)。在被稱為頻分多址(FDMA)的技術(shù)中，允許不同的用戶接入到同一個(gè)RF信道組，每個(gè)用戶被分配以不同的RF信道(頻率對(duì))。這種原先的AMPS(模擬)結(jié)構(gòu)構(gòu)成由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)和電信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)提倡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，它被稱為EIA/TIA-553。
然而，在1980年代后期，美國的蜂窩工業(yè)開始從模擬轉(zhuǎn)移到數(shù)字技術(shù)，這在很大程度上是由針對(duì)用戶人數(shù)持續(xù)增長的需要以及對(duì)系統(tǒng)容量的增長的要求所激發(fā)的。早先認(rèn)為，對(duì)于下一代蜂窩系統(tǒng)所追求的容量改進(jìn)可通過“小區(qū)分割”以便在需要增加的容量的特定區(qū)域中為每個(gè)用戶提供更多信道，或者通過在那些區(qū)域中使用更先進(jìn)的數(shù)字無線技術(shù)，或者通過這兩種方法的組合而達(dá)到。按照第一種方法(小區(qū)分割)，通過減小基站的發(fā)射功率和相應(yīng)的小區(qū)的尺寸(或小區(qū)半徑)從而頻率復(fù)用距離被減小，因此導(dǎo)致每個(gè)地理區(qū)域有更多的信道(即，增加容量)。較小的小區(qū)的另外的好處包括給用戶有更長的“通話時(shí)間”，因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)比起在較大的小區(qū)中可使用低得多的發(fā)射功率，因此，其電池不需要經(jīng)常充電。
雖然小區(qū)分割允諾為增長的移動(dòng)用戶群增進(jìn)容量和覆蓋，但是實(shí)際的容量增長由于使用模擬AMPS而受到限制。通常認(rèn)為，想要的容量增加以及微小區(qū)(小區(qū)分割)概念在真正增加容量時(shí)的有效性，只能通過使用數(shù)字技術(shù)而達(dá)到最大化。這樣，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的努力中，EIA/TIA研究出多個(gè)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，它們使用數(shù)字話音編碼(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換和語音壓縮)和時(shí)分多址(TDMA)，或碼分多址(CDMA)技術(shù)，以倍增每個(gè)RF信道的話音電路(對(duì)話)數(shù)(即增加容量)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括IS-54(TDMA)和IS-95(CDMA)，二者都是“雙模式”標(biāo)準(zhǔn)，即它們除了支持在現(xiàn)有的AMPS框架內(nèi)規(guī)定的數(shù)字語音信道以外，還支持原先的AMPS模擬話音和控制信道的使用(以便易于從模擬過渡到數(shù)字制式并允許繼續(xù)使用現(xiàn)有的模擬移動(dòng)臺(tái))。
雙模式IS-54標(biāo)準(zhǔn)已具體地被稱為數(shù)字AMPS(D-AMPS)標(biāo)準(zhǔn)。最近，EIA/TIA研究出一個(gè)用于D-AMPS的新的技術(shù)規(guī)范。它包括適用于支持公共或?qū)Ｓ梦⑿^(qū)運(yùn)行的數(shù)字控制信道、延長的移動(dòng)臺(tái)電池壽命、和增強(qiáng)的最終用戶功能。這個(gè)新技術(shù)規(guī)范是基于IS-54B(IS-54的當(dāng)前修訂版本)建立的，它被稱為IS-136。(所有上述的EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)在此引用，以供參考，因?yàn)閷?duì)于全面了解這些背景發(fā)展可能必須的。這些標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)制件可從電子工業(yè)協(xié)會(huì)，2001 PennsylvaniaAvenue,N.W.,Washington,D.C.20006)獲取)。
按照IS-54B以及如圖2所示，每個(gè)RF信道被時(shí)分復(fù)用(TDM)成一系列重復(fù)的時(shí)隙，它們被編組為載送三到六個(gè)數(shù)字語音信道(三到六個(gè)電話對(duì)話)的若干幀，這取決于每個(gè)數(shù)字語音信道所使用的語音編碼器的源速率。在RF信道上的每個(gè)幀包括六個(gè)相等大小的時(shí)隙(1-6)，并且每幀長度是40ms(即每秒有25幀)。用于每個(gè)數(shù)字業(yè)務(wù)信道(DTCH)的語音編碼器可以以全速率或半速率運(yùn)行。全速率DTCH使用該幀的兩個(gè)相等間隔的時(shí)隙(即時(shí)隙1和4，或時(shí)隙2和5，或時(shí)隙3和6)。當(dāng)以全速率運(yùn)行時(shí)，RF信道可被分配給三個(gè)用戶(A-C)。這樣，例如，用戶A被分配以時(shí)隙1和4，用戶B被分配以時(shí)隙2和5，用戶C被分配以該幀的時(shí)隙3和6，如圖2所示。每個(gè)半速率DTCH只使用該幀的一個(gè)時(shí)隙。在半速率時(shí)，RF信道可被分配給六個(gè)用戶(A-F)，每個(gè)用戶被分配以該幀的六個(gè)時(shí)隙中的一個(gè)，也如圖2所示。這樣，可以看到，IS-54B標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的DTCH允許把容量增加到模擬RF信道容量的三到六倍。在呼叫建立或越區(qū)切換時(shí)，雙模式移動(dòng)臺(tái)優(yōu)選地將被指定用數(shù)字業(yè)務(wù)信道(DTCH)，而如果沒有DTCH可提供，則它被指定用模擬話音信道(AVC)。然而，只用模擬的移動(dòng)臺(tái)就只能被分配以一個(gè)AVC。
IS-136標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)字控制信道(DCCH)，它類似于IS-54B所規(guī)定的數(shù)字業(yè)務(wù)信道(DTCH)那樣地被規(guī)定(即，在同樣的RF信道組上和具有同樣的TDMA幀格式和時(shí)隙大小)?；剡^去參照?qǐng)D2，在每個(gè)40ms的幀中的六個(gè)時(shí)隙中，半速率DCCH占用一個(gè)時(shí)隙，而全速率DCCH占用兩個(gè)時(shí)隙。DCCH時(shí)隙然后可被映射到不同的邏輯信道，它們被組織成一系列超幀。圖3顯示了按照IS-136的全速率DCCH的超幀結(jié)構(gòu)(在這個(gè)例子中，DCCH被規(guī)定在TDMA幀中的“A”信道上)。在IS-136中規(guī)定一個(gè)超幀為全速率DCCH的32個(gè)接連的時(shí)隙(對(duì)于半速率DCCH的16個(gè)時(shí)隙)的集合(640ms)。在IS-136中規(guī)定的邏輯信道包括一種快速的、一種擴(kuò)展的、和一種點(diǎn)到多點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)廣播的控制信道(分別為F-BCCH,E-BCCH，和S-BCCH)，用于載送廣播給所有移動(dòng)臺(tái)的有關(guān)系統(tǒng)的信息，以及一種短消息業(yè)務(wù)、尋呼與接入應(yīng)答信道(SPACH)，用于載送被發(fā)送到特定移動(dòng)臺(tái)的信息(例如尋呼或文本消息)。
如上面一般地描述的標(biāo)準(zhǔn)(IS-54B和IS-136)并不是過去幾年開發(fā)或使用的唯一的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。其它的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，例如也使用TDMA的特別移動(dòng)組(GSM)和個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)，已在世界的某些部分(例如歐洲和日本，分另對(duì)應(yīng)GSM和PDC的系統(tǒng))被廣泛采用。除其它不同以外，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)可使用不同的頻段，以便用于基站與移動(dòng)臺(tái)之間的通信。例如，IS-54B使用“單個(gè)”頻段，它實(shí)際上由一對(duì)頻帶組成。一個(gè)頻帶用于移動(dòng)臺(tái)發(fā)射，另一個(gè)頻帶用于移動(dòng)臺(tái)接收。發(fā)射頻帶(移動(dòng)臺(tái)到基站)從824MHz延伸到849MHz，而接收頻帶(基站到移動(dòng)臺(tái))從869MHz延伸到894MHz。每個(gè)RF信道由在824-849MHz的頻率范圍中的發(fā)射中心頻率(前向信道)和在869-894MHz的頻率范圍中的接收中心頻率(反向信道)組成。在相鄰的發(fā)射或接收信道的中心頻率之間的間隔是30KHz。而且，對(duì)于任何RF信道，發(fā)射和接收中心頻率相隔45MHz(即每個(gè)發(fā)射信道與比它高45MHz的接收信道組成一對(duì))。
另一方面，PDC使用“雙”頻段，即兩個(gè)頻段，每個(gè)頻段(像IS-54B那樣)實(shí)際上由一對(duì)頻帶組成。第一頻段由從810MHz延伸到828MHz的接收頻帶(基站到移動(dòng)臺(tái))和從940MHz延伸到958MHz的相應(yīng)的發(fā)射頻帶(移動(dòng)臺(tái)到基站)組成。在第一頻段中的每個(gè)RF信道由在810-828MHz的頻率范圍中的接收中心頻率和在940-958MHz的頻率范圍中的相應(yīng)的發(fā)射中心頻率組成，兩個(gè)中心頻率相隔130MHz(即每個(gè)接收信道與比它高130MHz的發(fā)射信道組成一對(duì))。第二頻段由從870MHz延伸到885MHz的接收頻帶(基站到移動(dòng)臺(tái))和從925MHz延伸到940MHz的相應(yīng)的發(fā)射頻帶(移動(dòng)臺(tái)到基站)組成。在第二頻段中的每個(gè)RF信道由在870-885MHz的頻率范圍中的接收中心頻率和在925-940MHz的頻率范圍中的相應(yīng)的發(fā)射中心頻率組成，兩個(gè)中心頻率相隔55MHz(即每個(gè)接收信道與比它高55MHz的發(fā)射信道組成一對(duì))。在第一和第二PDC頻段中，在相鄰的信道的中心頻率之間的間隔都是25KHz。
按照PDC標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行的移動(dòng)臺(tái)必須在第一和第二頻段中都能夠發(fā)送和接收(即收發(fā))。圖4顯示了可工作在第一PDC頻段的收發(fā)信機(jī)的典型設(shè)計(jì)(這個(gè)設(shè)計(jì)也可用于工作在AMPS或D-AMPS中規(guī)定的單個(gè)頻段)。在810-828MHz頻率范圍中的進(jìn)入的(接收的)信號(hào)通過帶通濾波器(BPF)30以衰減掉通頻帶外的信號(hào)和噪聲。BPF30的輸出然后與主信道合成器(第一本地振蕩器)32的輸出在混頻器34中進(jìn)行混頻，以產(chǎn)生一對(duì)和頻率與差頻率，這在技術(shù)上是熟知的。這些信號(hào)產(chǎn)物通過BPF36后被濾除(較高的)和頻率，只留下(較低的)差頻率。該第一混頻和濾波級(jí)的效果是把接收的信號(hào)下變頻成第一中頻(IF)信號(hào)，它呈現(xiàn)在BPF36的輸出端。該第一IF信號(hào)通過在混頻器40中把它與輔助合成器(第二本地振蕩器)38的輸出混頻而進(jìn)一步下變頻成第二IF信號(hào)，然后在BPF42中對(duì)混頻器40的輸出濾波，以從混頻器40選擇較低的頻率。
也如圖4所示，主信道合成器32可和發(fā)送偏移合成器44結(jié)合使用，以便把基帶信號(hào)上變頻成在想要的940-958MHz范圍中的一個(gè)信號(hào)?；鶐盘?hào)可包括同相(I)和異相(Q)分量，它們被饋送到IQ調(diào)制器46，后者把基帶信號(hào)調(diào)制到由發(fā)送偏移合成器44所提供的載波信號(hào)上。IQ調(diào)制器46的輸出在混頻器48中與主信道合成器32的輸出進(jìn)行混頻，混頻器48的輸出被通過BPF50，以便從混頻器48選擇想要的頻率。
圖4的電路可被配置成通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定主信道合成器32、輔助合成器38、與發(fā)送偏移合成器44而在第一PDC頻帶內(nèi)的任何RF信道上接收或發(fā)射。例如，如果想要的發(fā)射和接收頻率分別是940和810MHz，則主信道合成器32可被設(shè)置成工作在1008.85MHz?；祛l器34將產(chǎn)生1818.85MHz的和頻率以及198.85MHz的差頻率。較高的頻率在BPF36中被濾除，而較低的頻率與被設(shè)置成工作在198.4MHz的輔助合成器38的輸出進(jìn)行混頻?；祛l器40將產(chǎn)生397.25MHz的和頻率以及0.45MHz(450KHz)的差頻率。較高的頻率在BPF42中被濾除，較低的頻率則被送出作進(jìn)一步RF處理(未示出)。在發(fā)射方向，發(fā)送偏移合成器44可被設(shè)置成工作在68.85MHz。這個(gè)載頻在IQ調(diào)制器46中被調(diào)制，并與來自主信道合成器32的1008.85MHz信號(hào)進(jìn)行混頻。混頻器48將產(chǎn)生1077.7MHz的和頻率與940MHz的差頻率。較高的頻率在BPF50中被濾除，只留下940MHz的想要的頻率，以便傳送到天線(未示出)。
當(dāng)把圖4的電路擴(kuò)展到工作于第二PDC頻段時(shí)，將會(huì)因?yàn)椴煌陌l(fā)送-接收(Tx-Rx)信道間隔(在第一PDC頻段時(shí)的130MHz和在第二PDC頻段時(shí)的55MH)而呈現(xiàn)出困難。這些困難通過以下關(guān)系式可最好地了解fs=ft-fr=(fm-fo)-(fm-fi)=fi-fo其中fs是TX-RX信道間隔(或分割)，ft是TX頻率，fr是RX頻率，fm是主信道合成器32的頻率，fo是TX偏移合成器44的頻率以及fi是在BPF36的輸出端處的第一中頻(IF)。從以上方程將很容易看到，如果TX-RX信道間隔要改變成適合于第二PDC頻段，則在圖4電路中的第一中頻或TX偏移合成器44的頻率中的一個(gè)必須加以改變。經(jīng)濟(jì)上的考慮通常限定了第一IF應(yīng)是單個(gè)固定的頻率。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，圖4的電路要加以修改，即要加上第二發(fā)送偏移合成器52和開關(guān)54，以便當(dāng)要分別對(duì)工作在第一和第二PDC頻段間進(jìn)行切換時(shí)，可分別在第一和第二偏移合成器44和52之間切換，如圖5所示?；蛘?，現(xiàn)有的技術(shù)通過用一個(gè)頻率快變化的合成器(它能在兩個(gè)不同頻率之間“跳變”，以便分別工作在第一和第二PDC頻段上)代替圖5中的兩個(gè)偏移合成器而尋求避免部件的重復(fù)。然而，這兩種現(xiàn)有技術(shù)方法都會(huì)增加電路的成本和復(fù)雜性。
由于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，需要一種適合于工作在具有不同的TXRX信道間隔的兩個(gè)頻段(例如，但不限制于，上述的第一和第二PDC頻段)的頻率合成器電路，但它比起現(xiàn)有技術(shù)電路具有較低的成本和較小的復(fù)雜性。這樣的電路可由本發(fā)明提出。將會(huì)看到，本發(fā)明的解決方案還能用來減少工作在單頻段的移動(dòng)站的電路成本和復(fù)雜性。
發(fā)明概要本發(fā)明對(duì)移動(dòng)臺(tái)工作在不同頻段的問題提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)的解決辦法。該不同頻段的特征在于具有不同的發(fā)送-接收(TX-RX)信道間隔，因而常常需要使用兩個(gè)發(fā)送偏移合成器。按照本發(fā)明，這些偏移合成器中的一個(gè)或兩個(gè)可借助于從現(xiàn)有的輔助合成器通過相對(duì)較簡單的按比例倍/分頻電路(例如倍頻器或分頻器)導(dǎo)出適當(dāng)?shù)陌l(fā)送偏移信號(hào)而被解除。然而，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在兩個(gè)頻率之間切換時(shí)，這種解決辦法可能要求主信道合成器在兩個(gè)不同頻率之間“跳變”。因此，本發(fā)明還提供快速穩(wěn)定的主信道合成器，它能在小于所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成這樣的頻率跳變，而比起傳統(tǒng)的裝置來說不會(huì)招致任何附加的相位噪聲，該規(guī)定的時(shí)間是在諸如PDC那樣的標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的在TDMA幀中用于在發(fā)送和接收狀態(tài)之間的切換時(shí)間。
將會(huì)看到，正如本發(fā)明所教導(dǎo)的，從輔助合成器導(dǎo)出發(fā)送偏移信號(hào)的技術(shù)也可用于只工作在一個(gè)頻段的移動(dòng)臺(tái)。在這種情況下，減除發(fā)送偏移合成器可導(dǎo)致更經(jīng)濟(jì)的只需要使用不多于兩個(gè)頻率合成器(即主信道合成器和輔助合成器)的設(shè)計(jì)。
一方面，本發(fā)明提供的移動(dòng)臺(tái)包括用于接收射頻(RF)信號(hào)的裝置；用于把模擬信號(hào)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置；用于產(chǎn)生第一本振(LO)信號(hào)的主信道合成器；用于產(chǎn)生第二LO信號(hào)的輔助合成器；用于把第一LO信號(hào)與所接收的RF信號(hào)相組合以產(chǎn)生第一中頻(IF)信號(hào)的第一混頻裝置；用于把第一IF信號(hào)與第二LO信號(hào)相組合以產(chǎn)生第二IF信號(hào)的第二混頻裝置；用于按比例倍/分頻第二LO信號(hào)的頻率以產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)的按比例倍/分頻裝置；用于以數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制發(fā)送偏移信號(hào)的調(diào)制裝置；以及用于把第一LO信號(hào)與經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)相組合以產(chǎn)生發(fā)送的RF信號(hào)的第三混頻裝置。按照這個(gè)方面，按比例倍/分頻裝置按要求可包括分頻器或倍頻器。
本發(fā)明的快速穩(wěn)定主信道合成器可包括用于產(chǎn)生第一LO信號(hào)的壓控振蕩器(VCO)；用于把第一LO信號(hào)與一個(gè)預(yù)定頻率的信號(hào)相組合以便降低第一LO信號(hào)的頻率的第四混頻裝置；用于把較低頻率的第一LO信號(hào)進(jìn)行分頻的可編程分頻器；用于把分頻器的輸出與參考頻率信號(hào)相比較以及用于根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生調(diào)諧信號(hào)供給VCO的鑒相器；以及在VCO輸入端用于對(duì)調(diào)諧信號(hào)進(jìn)行濾波的環(huán)路濾波器。主信道合成器的這種結(jié)構(gòu)允許環(huán)路濾波器增加帶寬，因此，減小了主信道合成器的穩(wěn)定時(shí)間，而不增加總的相位噪聲?；蛘?，主信道合成器的這種結(jié)構(gòu)可用來減小總的相位噪聲而不增加主信道合成器的穩(wěn)定時(shí)間。與來自VCO的反饋信號(hào)進(jìn)行混頻的預(yù)定頻率的信號(hào)可從第二LO信號(hào)得出，或從移動(dòng)臺(tái)中可供使用的任何低噪聲源得出。
另一方面，本發(fā)明提供的用于在移動(dòng)臺(tái)收發(fā)射頻(RF)信號(hào)的方法包括以下步驟產(chǎn)生第一本振(LO)信號(hào)；產(chǎn)生第二LO信號(hào)；把第一LO信號(hào)與所接收的RF信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生第一中頻(IF)信號(hào)；把第一IF信號(hào)與第二LO信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生第二IF信號(hào)；按比例倍/分頻第二LO信號(hào)的頻率以產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)；以數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制發(fā)送偏移信號(hào)；以及把第一LO信號(hào)與經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生發(fā)送的RF信號(hào)。這個(gè)方法例如可被用來接收和發(fā)射在例如PDC中規(guī)定的第一或第二RF頻段中的信號(hào)，而不需要使用兩個(gè)發(fā)送偏移合成器。
按照這個(gè)方法，第一LO信號(hào)可在壓控振蕩器(VCO)中產(chǎn)生，該VCO在包括混頻器、分頻器、鑒相器和環(huán)路濾波器的鎖相環(huán)(PLL)中被調(diào)諧。環(huán)路濾波器的帶寬被可擴(kuò)展地進(jìn)行選擇以使得VCO的穩(wěn)定時(shí)間最小。VCO的輸出被反饋到混頻器，并與預(yù)定的低噪聲頻率信號(hào)進(jìn)行混頻以降低在分頻器輸入端處的反饋信號(hào)的頻率，這又依次地降低了在分頻器輸出端處的相位噪聲總量，從而補(bǔ)償了由于環(huán)路濾波器帶寬的任何擴(kuò)展引起的PLL中的相位噪聲的任何增加。分頻器的輸出與被輸入到鑒相器的參考頻率信號(hào)相比較，以及鑒相器的輸出在環(huán)路濾波器中被濾波，并作為調(diào)諧信號(hào)被提供給VCO。
從附圖和以下闡述的詳細(xì)說明，將很容易明白本發(fā)明的這些和其它方面、目的、和優(yōu)點(diǎn)。
附圖概述通過參考以下的附圖，本發(fā)明將更好地被了解，它的許多目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將更明顯，在這些圖中圖1顯示了傳統(tǒng)蜂窩無線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它包括在多個(gè)射頻(RF)信道上通信的多個(gè)移動(dòng)臺(tái)和基站；圖2顯示了按照一種已知的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IS-54B的時(shí)分復(fù)用(TDM)RF信道的結(jié)構(gòu)；圖3顯示了如一種已知的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IS-136所規(guī)定的、在圖2所示的TDM RF信道上定義的數(shù)字控制信道(DCCH)的超幀的結(jié)構(gòu)；圖4是如PDC,AMPS，或D-AMPS等所有已知的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的、工作在第一頻段的傳統(tǒng)收發(fā)信機(jī)的方框圖；圖5是如PDC中所規(guī)定的、工作在第一或第二頻段的傳統(tǒng)收發(fā)信機(jī)的方框圖；圖6是可按照本發(fā)明而使用的移動(dòng)臺(tái)的簡化方框圖；圖7是按照本發(fā)明構(gòu)建的工作在第一或第二頻段的收發(fā)信機(jī)的方框圖；圖8是圖4-5所示的主信道合成器和輔助合成器的方框圖；圖9是圖7所示的快速穩(wěn)定的主信道合成器和輔助合成器的方框圖；圖10是比較圖8所示的傳統(tǒng)主信道合成器的相位噪聲性能與圖9所示的本發(fā)明的快速穩(wěn)定的主信道合成器和輔助合成器的相位噪聲性能的圖；以及圖11是圖7所示的收發(fā)信機(jī)的另一種實(shí)施例的方框圖。
詳細(xì)說明現(xiàn)在參照?qǐng)D6，圖上顯示了可按照本發(fā)明而使用的示例性移動(dòng)臺(tái)100的簡化方框圖。移動(dòng)臺(tái)100包括微音器102、揚(yáng)聲器104、鍵盤106、數(shù)字符號(hào)或圖形顯示器108、用戶接口110、微處理器112、程序存儲(chǔ)器114、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)116、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)118、射頻(RF)部分120、以及天線122。
用戶接口110包括語音和數(shù)據(jù)處理電路(未具體示出)，例如用于對(duì)來自微音器102的要發(fā)送的語音信號(hào)執(zhí)行模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換以及對(duì)去到揚(yáng)聲器104的接收到的語音信號(hào)執(zhí)行數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換的編譯碼器。用戶接口110還包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，用于執(zhí)行增益/衰減、濾波、壓縮/解壓縮、信道編碼/譯碼、和語音與用戶或控制信號(hào)的任何其它想要的處理(例如按照PDC標(biāo)準(zhǔn))。在優(yōu)選實(shí)施例中，用戶接口110提供同相(I)和異相(Q)調(diào)制波形給RF部分120。
微處理器112通過存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器114中的軟件程序控制移動(dòng)臺(tái)100的全部運(yùn)行。這些程序可包括，例如，用于在例如PDC標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的數(shù)字控制信道(DCCH)與數(shù)字業(yè)務(wù)信道(DTCH)上的每一發(fā)射和接收運(yùn)行中的可執(zhí)行的指令。RAM116保持在執(zhí)行這些指令時(shí)使用的臨時(shí)變量的數(shù)值。其數(shù)值在移動(dòng)臺(tái)100中電源關(guān)斷以后仍必須保存的參量可存儲(chǔ)在EEPROM118(或類似的非易失性或快閃存儲(chǔ)器)中。這樣的參量可包括，例如，移動(dòng)識(shí)別號(hào)(MIN)、移動(dòng)臺(tái)電子序列號(hào)(ESN)、和移動(dòng)臺(tái)100的原籍系統(tǒng)(SIDH)的系統(tǒng)識(shí)別號(hào)。
概括地說，RF部分120包括射頻處理電路(圖6上未具體示出)，例如RF發(fā)射機(jī)，用于把I和Q數(shù)據(jù)調(diào)制到模擬載波信號(hào)、把調(diào)制的信號(hào)上變頻到所選擇的信道頻率、以及然后濾波、放大和通過天線122發(fā)射信號(hào)。RF部分120還包括RF接收機(jī)，用于把通過天線122接收的調(diào)制信號(hào)下變頻到至少一個(gè)中頻(IF)信號(hào)，然后它在DSP中被處理以前可被濾波和解調(diào)。
圖7顯示了如本發(fā)明所提供的RF部分120的更詳細(xì)的說明。本發(fā)明不是如現(xiàn)有的技術(shù)所教導(dǎo)的和圖4-5所示的那樣從一個(gè)或多個(gè)偏移合成器產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)，而是通過簡單的和廉價(jià)的除以Q(÷Q)或乘以Q(×Q)的按比例倍/分頻電路130從輔助合成器38得出這個(gè)信號(hào)，這樣解除了使用較貴的和復(fù)雜的發(fā)送偏移合成器44和/或52(圖4-5)的需要。Q的數(shù)值可選擇成適合于工作在想要的頻段，如下面說明的。
例如，為了工作在第一PDC頻段的940MHz的發(fā)射頻率和810MHz的接收頻率，除以2(÷2)的按比例倍/分頻電路130可以連同設(shè)定在1008.85MHz頻率的主信道合成器32和設(shè)定在198.4MHz頻率的輔助合成器38一起來使用(正如結(jié)合圖4-5描述的現(xiàn)有的例子那樣)。在這種情況下，第一和第二(接收)IF信號(hào)將分別是198.85MHz和450KHz(和以前相同)，以及發(fā)送偏移信號(hào)將是99.2MHz。為了產(chǎn)生想要的940MHz的發(fā)送信號(hào)，主信道合成器32的頻率將從移動(dòng)臺(tái)100在接收時(shí)的1008.85MHz跳到移動(dòng)臺(tái)100在發(fā)射時(shí)的1039.2MHz。即使使用同一個(gè)主信道合成器32用于上變頻發(fā)送信號(hào)和下變頻接收信號(hào)，這個(gè)頻率跳變也是可能的，因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)的發(fā)射和接收是在TDMA幀內(nèi)的不同時(shí)間，例如，如圖2所示。
然而，將會(huì)注意到，這個(gè)頻率跳變必須在不大于移動(dòng)臺(tái)在每個(gè)幀中的發(fā)射和接收狀態(tài)之間切換所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。在許多標(biāo)準(zhǔn)中，例如PDC中，TDMA幀可被看作為(從移動(dòng)臺(tái)100看來)一系列以下面的次序重復(fù)的時(shí)隙一個(gè)空閑時(shí)隙，一個(gè)接收時(shí)隙，一個(gè)空閑時(shí)隙，和一個(gè)發(fā)射時(shí)隙。這樣，只有一個(gè)時(shí)隙可分隔開發(fā)射和接收的運(yùn)行。取決于TDMA幀的長度，主信道合成器32可能必須充分地快速變化，以便于在小到一毫秒(ms)內(nèi)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變并穩(wěn)定在另一個(gè)狀態(tài)。如下面進(jìn)一步描述的，本發(fā)明也提供快速穩(wěn)定(快變)的主信道合成器140，它便于進(jìn)行這樣的跳頻。
通過參考現(xiàn)有技術(shù)的主信道合成器32的限制，可最好地了解在本發(fā)明的主信道合成器140中所引入的改進(jìn)。圖8顯示了主信道合成器3和輔助合成器38的組合的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)合成器從例如工作在14.4MHz的公共參考頻率發(fā)生器150得出分開的參考頻率信號(hào)。在主信道合成器32中的可編程分頻器(除以K的運(yùn)算器)152把14.4MHz參考信號(hào)的頻率減小到“K”分之一，這樣它可被加到鎖相環(huán)(PLL)，該鎖相環(huán)包括鑒相器(比較器)154、環(huán)路濾波器156、主壓控振蕩器(VCO)158和可編程分頻器(除以L的運(yùn)算器)160。同樣地，在輔助合成器38中的可編程分頻器(除以M的運(yùn)算器)把14.4MHz參考信號(hào)的頻率減小為“M”分之一，這樣它可被加到鎖相環(huán)(PLL)，該鎖相環(huán)包括鑒相器164、環(huán)路濾波器166、輔助壓控振蕩器(VCO)168和可編程分頻器(除以N的運(yùn)算器)170。
在主信道合成器32中的主VCO158可被用來產(chǎn)生通常在1009-1084MHz范圍內(nèi)的穩(wěn)定的載波頻率，其增量為25KHz(這是PDC中的信道間隔)，而在輔助合成器38中的輔助VCO168可被用來產(chǎn)生198.4MHz的固定頻率。每個(gè)主VCO158和輔助VCO168可通過加在其輸入端的適當(dāng)?shù)碾妷憾徽{(diào)諧到想要的頻率(正如技術(shù)上熟知的，VCO輸出頻率的調(diào)節(jié)是正比于其輸入電壓的)。為此目的，微處理器112(圖6)對(duì)分別在分頻器160和170中的分頻比“L”和“N”的適當(dāng)數(shù)值的選擇進(jìn)行控制。鑒相器154對(duì)在分頻器160輸出端處的被分頻的VCO信號(hào)的相位與在分頻器152輸出端處的參考信號(hào)的相位進(jìn)行比較，并產(chǎn)生正比于相位差的誤差電壓信號(hào)。這個(gè)誤差電壓信號(hào)通過環(huán)路濾波器156而被反饋，用來細(xì)調(diào)主VCO158的頻率，直到它與分頻器152當(dāng)乘以L因子時(shí)的輸出的頻率一致為止。同樣地，輔助VCO168可被調(diào)諧并鎖定到其想要的頻率。
圖8的電路中的分頻比的具體數(shù)值K和L或M和N應(yīng)當(dāng)來選擇，以使得在主信道合成器32或輔助合成器38的輸出端處的相位噪聲分別為最小，而同時(shí)又滿足可應(yīng)用的頻率規(guī)劃的需要。正如技術(shù)上所熟知的，在除以K的運(yùn)算器的輸出端處的相位噪聲，相對(duì)于在其輸入端處的相位噪聲而言，例如將會(huì)高出20LogK dB。假定來自發(fā)生器150的參考頻率信號(hào)是相對(duì)較穩(wěn)定和無噪聲的(這是通常的情況)，則來自分頻器152和162的輸出信號(hào)就不會(huì)把明顯的相位噪聲分別引入到主信道合成器32和輔助合成器38的PLL。而且，輔助VCO168的頻率是固定的(在198.4MHz)，因此在輸入端處反饋到分頻器170的信號(hào)應(yīng)當(dāng)相對(duì)地沒有噪聲，因?yàn)檫M(jìn)到鑒相器164的參考信號(hào)的頻率可被選擇為相對(duì)較高(例如，1.6MHz，其中M=9和N=124)。低的分頻比(N=124)意味著來自鑒相器164的相位噪聲被乘以相對(duì)較低的數(shù)值(20LogN)，因而導(dǎo)致在輔助合成器38的輸出端處的低的相位噪聲。
然而，主VCO158的頻率為了運(yùn)行在不同信道必須被分級(jí)，這樣，要求在鑒相器154的輸入端處使用低頻率的參考信號(hào)和在分頻器160中使用高分頻比(L)。另一方面，分頻比L必須最小化，以改進(jìn)在主信道合成器32輸出端處的相位噪聲。對(duì)于具有25KHz信道間隔的PDC運(yùn)行，主VCO158必須能夠以25KH的增量來分級(jí)，所以，如果采用分?jǐn)?shù)除法合成器的話，在到鑒相器154的輸入端處的信號(hào)頻率應(yīng)當(dāng)是25KHz或25KHz的某個(gè)小的倍數(shù)。如果K值選擇為例如72，則到鑒相器154的輸入將是200KHz信號(hào)(等于8×25KHz)。在這種情況下，如果采用模8分?jǐn)?shù)除法合成器的話，則所希望的25KHz的解決辦法可通過使用200KH參考信號(hào)而達(dá)到。分頻比L將根據(jù)主VCO158的頻率而改變，以便把分頻器160的輸出匯集到200KHz參考頻率。在這個(gè)例子中L的最大值將是5420(它將在主VCO158的頻率是1084MHz時(shí)達(dá)到)。
正如本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將會(huì)看到的，為了使主信道合成器32按照本發(fā)明在頻率之間跳變時(shí)能達(dá)到快速頻率鎖定，主信道合成器32的穩(wěn)定時(shí)間(即對(duì)于主VCO158在分頻器160用正確的L值被編程以后穩(wěn)定到想要的頻率所需要的時(shí)間)可通過增加環(huán)路濾波器156的帶寬而減小。然而，增加環(huán)路帶寬會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)在主VCO158的輸出端處的相位噪聲增加，因?yàn)樵谶@種情況下較高頻率的相位噪聲將通過環(huán)路濾波器156。這樣的相位噪聲在幾個(gè)方面會(huì)惡化移動(dòng)臺(tái)100的運(yùn)行。首先，由發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)可能無法滿足由管理機(jī)構(gòu)(例如FCC)所提出的頻譜屏蔽要求。其次，接收機(jī)可能由于出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于可歸因于存在相位噪聲的頻譜能量的錯(cuò)誤的本振信號(hào)而沒有足夠的相鄰和/或相隔的信道抑制。第三，接收機(jī)可能遭受由調(diào)制群集(modulationconstellation)點(diǎn)的移動(dòng)而造成較高數(shù)目的譯碼錯(cuò)誤，該調(diào)制群集的各點(diǎn)是根據(jù)由相位噪聲引起的誤差矢量的幅度而移動(dòng)的，正如在Law等的“Identifying RF-Related Impairment in Full-ServiceDigital Network(在完全業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中識(shí)別與RF有關(guān)的惡化)”中所描述的，該文章可見于Microwave Journal,pp.88-94(March1996)。
為了在使主信道合成器32的相位噪聲最小化的同時(shí)使得穩(wěn)定時(shí)間最小化，本發(fā)明提供了快速穩(wěn)定的主信道合成器140，其中穩(wěn)定時(shí)間通過使用具有比環(huán)路濾波器156帶寬更寬的環(huán)路濾波器172而被減小，以及其中相位噪聲通過減小分頻比L而被減小，如圖9所示。在圖9中L的值通過在把從主VCO158輸出的信號(hào)饋送到除以L運(yùn)算器160以前先降低該信號(hào)的頻率而被減小。為了低成本地完成這種頻率減小而不會(huì)附加不想要的噪聲，主VCO158的輸出可與任何頻譜較純的諧波或相對(duì)地沒有噪聲的信號(hào)混頻，這些信號(hào)在移動(dòng)臺(tái)100中可為此目的而提供。例如，如圖9所示，輔助VCO168的輸出如有必要可在倍頻器174中被倍頻，在BPF176中被濾波，以去除不想要的諧波(即，在本例中除了4×輔助VCO168的頻率以外的諧波)，然后被提供給混頻器178，用于與主VCO158的輸出進(jìn)行混頻。來自混頻器178的較高的和頻率然后可在BPF180中被濾除，而較低的差頻率則被傳送而通過除以L的運(yùn)算器160。
將會(huì)看到，與分頻器的不同點(diǎn)在于，混頻器178對(duì)于出現(xiàn)在其輸入端的噪聲具有相加的而不是對(duì)數(shù)的效果。這樣，只要噪聲相對(duì)較少的源(例如輔助VCO168)在被用作為要與主VCO158的輸出混頻的信號(hào)時(shí)，混頻器178對(duì)快速穩(wěn)定的主信道合成器140中的噪聲幅度的影響將被最小化。還將看到，被用來對(duì)主VCO158的輸出進(jìn)行下變頻的信號(hào)，除了輔助VCO168以外，可從任何具有可接受的相位噪聲特性的可提供的源得出。例如，在快速穩(wěn)定主信道合成器140的替換實(shí)施例中，這個(gè)信號(hào)從參考頻率發(fā)生器150中導(dǎo)出，并通過倍頻器電路適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行倍頻縮放。
圖10以圖形方式顯示出，本發(fā)明的快速穩(wěn)定主信道合成器140的運(yùn)行允許環(huán)路帶寬增加，因此，得到更快的穩(wěn)定時(shí)間，而同時(shí)提供等同于或優(yōu)于傳統(tǒng)主信道合成器32的相位噪聲性能。圖10中的水平軸代表相位噪聲從載波頻率的偏移(偏移按照對(duì)數(shù)尺度以Hz表示)，而垂直軸代表相對(duì)于載波頻率的相位噪聲的以dB計(jì)的頻譜能量(dBc)。用字母“a”表示的曲線代表傳統(tǒng)主信道合成器32的性能，而用字母“b”表示的曲線代表本發(fā)明的快速穩(wěn)定主信道合成器140的性能。這些曲線被標(biāo)上數(shù)字值，它們是基于在按照先前的圖上的例子在PDC頻段上運(yùn)行的。
繼續(xù)參照?qǐng)D10，曲線“a”和“b”的水平線部分分別代表在傳統(tǒng)主信道合成器32中的環(huán)路濾波器156和在快速穩(wěn)定主信道合成器140中的環(huán)路濾波器172的帶寬。將會(huì)看到(如最左的一對(duì)虛線垂直線所示)，快速穩(wěn)定的主信道合成器140具有較寬的環(huán)路帶寬。所以它將比傳統(tǒng)主信道合成器32更快穩(wěn)定。無論如何，快速穩(wěn)定主信道合成器140呈現(xiàn)的總的綜合的相位噪聲比起傳統(tǒng)主信道合成器32呈現(xiàn)的總的綜合的相位噪聲低。這樣，本發(fā)明能夠減小穩(wěn)定時(shí)間，而比起傳統(tǒng)方案來并不增加總的相位噪聲。
而且，從圖10將看到，快速穩(wěn)定主信道合成器140與傳統(tǒng)主信道合成器32對(duì)來自相鄰信道的噪聲能量呈現(xiàn)相同的隔離度，因?yàn)榍€“a”和“b”在25KHz處匯合，并在離載頻較大偏移處是相同的，這里的主信道合成器140的輸出端處的相位噪聲幾乎全部由VCO158所產(chǎn)生的相位噪聲組成(這不同于由鑒相器154和/或參考頻率發(fā)生器150所產(chǎn)生的相位噪聲，它被環(huán)路濾波器172濾除)。總之，本發(fā)明的快速穩(wěn)定主信道合成器140的設(shè)計(jì)減小了相位鎖定時(shí)間，而同時(shí)使得在主RF信道中的相位噪聲最小化(保持信號(hào)質(zhì)量)以及使得與相鄰信道的干擾最小化。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易看到，對(duì)于本發(fā)明的上述的實(shí)施例可作出許多修正和變化，而實(shí)質(zhì)上不背離這里所揭示的教導(dǎo)的精神和范圍。圖11顯示了一個(gè)這樣的修正，其中使用了兩個(gè)發(fā)送偏移信號(hào)。第一發(fā)送偏移信號(hào)從輔助合成器38通過比例縮放電路130得出，如圖7所示。另一方面，第二發(fā)送偏移信號(hào)從主偏移合成器52得出，如圖5所示。雖然在這個(gè)方案中使用了一個(gè)發(fā)送偏移合成器，但沒有像現(xiàn)有技術(shù)所需要的那樣(圖5)，它不需要另一個(gè)發(fā)送偏移合成器。
還將看到，按照本發(fā)明從輔助合成器38取得發(fā)送偏移信號(hào)那么圖4中的發(fā)送偏移合成器44，也可取消。這樣，不論對(duì)單頻段和雙頻段運(yùn)行，本發(fā)明都可減小電路復(fù)雜性和成本。
另外，將會(huì)看到，如本發(fā)明所教導(dǎo)的，降低輸入到分頻器160的信號(hào)的頻率的技術(shù)可用來減小主VCO158的穩(wěn)定時(shí)間(通過使用寬帶環(huán)路濾波器172)和/或僅僅減小主VCO158的輸出端處的相位噪聲(例如，如果代之以使用傳統(tǒng)的窄帶寬濾波器156的話)。
總之，將會(huì)看到，這里所揭示的本發(fā)明的形式是示例性的，而不打算作為本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明將在以下的權(quán)利要求中規(guī)定。
權(quán)利要求
1．一種射頻(RF)收發(fā)信機(jī)包括第一振蕩裝置，用于產(chǎn)生第一本地振蕩器(LO)信號(hào)；第二蕩裝置，用于產(chǎn)生第二LO信號(hào)；第一混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與所接收的信號(hào)相組合，以產(chǎn)生第一中頻(IF)信號(hào)；第二混頻裝置；用于把所述第一IF信號(hào)與所述第二LO信號(hào)相組合，以產(chǎn)生第二IF信號(hào)；按比例倍/分頻裝置，用于按比例倍/分頻所述第二LO信號(hào)的頻率，以產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)；調(diào)制裝置，用于以數(shù)據(jù)信號(hào)來調(diào)制所述發(fā)送偏移信號(hào)；以及第三混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與所述經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)相組合，以產(chǎn)生發(fā)送的RF信號(hào)。
2．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述第一振蕩裝置包括壓控振蕩器(VCO)，用于產(chǎn)生所述第一LO信號(hào)；第四混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與一個(gè)預(yù)定頻率的信號(hào)相組合，以產(chǎn)生具有比所述第一LO信號(hào)更低頻率的信號(hào)；可編程分頻器，用于把所述較低頻率信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻；鑒相器，用于把所述分頻器的輸出與參考頻率信號(hào)相比較以及用于根據(jù)所述比較結(jié)果產(chǎn)生調(diào)諧信號(hào)供給所述VCO；以及設(shè)在所述VCO輸入端的濾波器，用于對(duì)所述調(diào)諧信號(hào)進(jìn)行濾波。
3．按照權(quán)利要求2的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述第一、第二、第三、和第四混頻裝置的每一個(gè)都包括混頻器和濾波器。
4．按照權(quán)利要求2的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率的信號(hào)從所述第二LO信號(hào)中得出。
5．按照權(quán)利要求2的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率的信號(hào)從參考頻率發(fā)生器得出。
6．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述比例縮放裝置包括分頻器。
7．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述按比例倍/分頻裝置包括倍頻器。
8．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括代表語音信號(hào)的同相(I)和異相(Q)調(diào)制波形。
9．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在810-828MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在940-958MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔130MHz。
10．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在870-885MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在925-940MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔55MHz。
11．按照權(quán)利要求1的RF收發(fā)信機(jī)，其特征在于，其中所述發(fā)射和接收信號(hào)是在按照個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的第一或第二RF頻段中。
12．一種移動(dòng)臺(tái)包括用于接收射頻(RF)信號(hào)的裝置；用于把模擬信號(hào)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置；主信道合成器，用于產(chǎn)生第一本地振蕩器(LO)信號(hào)；輔助合成器，用于產(chǎn)生第二LO信號(hào)；第一混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與所述接收的RF信號(hào)相組合以產(chǎn)生第一中頻(IF)信號(hào)；第二混頻裝置，用于把所述第一IF信號(hào)與所述第二LO信號(hào)相組合以產(chǎn)生第二IF信號(hào)；按比例倍/分頻裝置，用于按比例倍/分頻所述第二LO信號(hào)的頻率以產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)；調(diào)制裝置，用于以所述數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制所述發(fā)送偏移信號(hào)；以及第三混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與所述數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)相組合以產(chǎn)生發(fā)送的RF信號(hào)。
13．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述主信道合成器包括壓控振蕩器(VCO)，用于產(chǎn)生所述第一LO信號(hào)；第四混頻裝置，用于把所述第一LO信號(hào)與一個(gè)預(yù)定頻率的信號(hào)相組合以便產(chǎn)生具有比所述第一LO信號(hào)更低頻率的信號(hào)；可編程分頻器，用于把所述較低頻率的信號(hào)進(jìn)行分頻；鑒相器，用于把所述分頻器的輸出與參考頻率信號(hào)相比較以及用于根據(jù)所述比較結(jié)果產(chǎn)生調(diào)諧信號(hào)給所述VCO；以及設(shè)在所述VCO輸入端的濾波器，用于對(duì)所述調(diào)諧信號(hào)進(jìn)行濾波。
14．按照權(quán)利要求13的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述第一、第二、第三、和第四混頻裝置中的每一個(gè)都包括混頻器和濾波器。
15．按照權(quán)利要求13的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)從所述第二LO信號(hào)中得出。
16．按照權(quán)利要求13的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)從參考頻率發(fā)生器得出。
17．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述按比例倍/分頻裝置包括分頻器。
18．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述按比例倍/分頻裝置包括倍頻器。
19．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括代表語音信號(hào)的同相(I)和異相(Q)調(diào)制波形。
20．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在810-828MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在940-958MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔130MHz。
21．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在870-885MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在925-940MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔55MHz。
22．按照權(quán)利要求12的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述接收和發(fā)射信號(hào)是在按照個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的第一或第二RF頻段中。
23．移動(dòng)臺(tái)中用于收發(fā)射頻(RF)信號(hào)的一種方法包括以下步驟產(chǎn)生第一本地振蕩器(LO)信號(hào)；產(chǎn)生第二LO信號(hào)；把所述第一LO信號(hào)與所接收的RF信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生第一中頻(IF)信號(hào)；把所述第一IF信號(hào)與所述第二LO信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生第二IF信號(hào)；按比例倍/分頻所述第二LO信號(hào)的頻率以產(chǎn)生發(fā)送偏移信號(hào)；以數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制所述發(fā)送偏移信號(hào)；以及把所述第一LO信號(hào)與所述經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生發(fā)送的RF信號(hào)。
24．權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述第一LO信號(hào)在壓控振蕩器(VCO)中產(chǎn)生，所述VCO在包括混頻器、分頻器、鑒相器和環(huán)路濾波器的鎖相環(huán)(PLL)中被調(diào)諧，其中所述第一LO信號(hào)被輸入到PLL中的混頻器，并與預(yù)定頻率信號(hào)混頻以產(chǎn)生具有比所述第一LO信號(hào)更低頻率的信號(hào)，較低頻率信號(hào)然后在分頻器中被分頻，分頻器的輸出與輸入到鑒相器的參考頻率信號(hào)相比較，以及鑒相器的輸出在環(huán)路濾波器中被濾波，然后被提供給VCO。
25．按照權(quán)利要求24的方法，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)從所述第二LO信號(hào)中得出。
26．按照權(quán)利要求24的方法，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)和所述參考頻率信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)都從移動(dòng)臺(tái)的參考頻率發(fā)生器得出。
27．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述按比例倍/分頻步驟包括分頻。
28．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述按比例倍/分頻步驟包括倍頻。
29．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括代表語音信號(hào)的同相(I)和異相(Q)調(diào)制波形。
30．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在810-828MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在940-958MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔130MHz。
31．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述接收信號(hào)是在870-885MHz范圍內(nèi)，所述發(fā)射信號(hào)是在925-940MHz范圍內(nèi)，以及其中所述接收和發(fā)射信號(hào)的中心頻率間隔55MHz。
32．按照權(quán)利要求23的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述接收和發(fā)射信號(hào)是在按照個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的第一或第二RF頻段中。
33．包括主信道合成器的移動(dòng)臺(tái)，所述主信道合成器包括壓控振蕩器(VCO)，用于產(chǎn)生本地振蕩器(LO)信號(hào)；混頻裝置，用于把所述LO信號(hào)與一個(gè)預(yù)定頻率的信號(hào)相組合，以產(chǎn)生具有比所述LO信號(hào)更低頻率的信號(hào)；可編程分頻器，用于把所述較低頻率信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻；鑒相器，用于把所述分頻器的輸出與參考頻率信號(hào)相比較以及用于根據(jù)所述比較結(jié)果產(chǎn)生調(diào)諧信號(hào)給所述VCO；以及設(shè)在所述VCO輸入端的濾波器，用于對(duì)所述調(diào)諧信號(hào)進(jìn)行濾波。
34．按照權(quán)利要求33的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述混頻裝置包括混頻器和濾波器。
35．按照權(quán)利要求33的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)從所述移動(dòng)臺(tái)中的輔助合成器得出。
36．按照權(quán)利要求33的移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，其中所述預(yù)定頻率信號(hào)和所述參考頻率信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)都從移動(dòng)臺(tái)中的參考頻率發(fā)生器得出。
全文摘要
本發(fā)明總體上提供了用于在移動(dòng)臺(tái)的頻率合成器中減小其穩(wěn)定時(shí)間和/或改進(jìn)噪聲性能的低成本機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中(圖7),本發(fā)明消除了必須能在兩個(gè)不同的頻段工作(其特征為不同的發(fā)射－接收(TX－RX)信道間隔)的移動(dòng)臺(tái)(100)(圖6)中使用兩個(gè)發(fā)送偏移合成器(44和52)(圖5)的需要。按照本發(fā)明,這些發(fā)送偏移合成器(44和52)中的一個(gè)或兩個(gè)發(fā)送偏移合成器可通過下列方法而被取消,即從移動(dòng)臺(tái)(100)的輔助合成器(38)通過相對(duì)較簡單的和廉價(jià)的按比例倍/分頻電路(例如分頻器或倍頻器)得出適當(dāng)?shù)陌l(fā)送偏移信號(hào),或當(dāng)移動(dòng)臺(tái)(100)在發(fā)射和接收之間切換時(shí),使用快速穩(wěn)定的主信道合成器(140)分別在兩個(gè)不同頻率之間“跳躍”。
文檔編號(hào)H03D7/00GK1236502SQ97199464
公開日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1997年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月6日
發(fā)明者F·T·隆巴爾迪 申請(qǐng)人:艾利森公司