調整接收機中基準頻率的方法和裝置及控制程序存儲媒體的製作方法
2023-08-08 00:08:46 2
專利名稱：調整接收機中基準頻率的方法和裝置及控制程序存儲媒體的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在接收機中調整基準頻率以便消除在通信接收機中的基準頻率的的方法和裝置以及存儲對其的控制程序的存儲媒體。
因為移動式振蕩器的精確度遠低於基站所配用的更精確的基準振蕩器的精確度，所以在基站傳輸的和本地產生的用於下變頻轉換的載波頻率之間的同步中出現一些重要問題。
根據本發明的第一方面，提供一種用於調整接收機中的基準頻率的方法，其中，被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，該方法包括利用從本地振蕩器導出的第一頻率，對被接收的信號進行下變頻轉換的步驟；對下變頻轉換的信號與本地存儲的同步代碼進行相關的步驟；從相關結果中檢測峰相關值的步驟；將峰相關值與峰相關值存儲器的內容進行比較的步驟；和根據比較結果，對施用於下變頻處理的頻率進行調整的步驟，其中，還根據比較結果，進一步重複進行相關和頻率調整，以調整基準頻率。
在上述內容中，較好的是這樣一種方式，其中，頻率調整包括預定頻率步長以及如果被檢測的峰相關值大於峰相關值存儲器的內容連續施行調整。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，進一步包括如果上次調整導致峰相關值小於峰相關值存儲器中的值，取消上次所做的頻率調整的步驟。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，進一步包括連續地施行較小頻率調整的步驟，如果調整步驟導致峰相關值大於峰相關值存儲器的內容，則以此步長進行再一次相關和頻率調整。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，在取消前次頻率調整之後，根據被檢測的小於峰相關值存儲器中的值的峰相關值，再一次施行較小的頻率調整。
根據本發明的第二方面，提供一種用於調整接收機中基準頻率的裝置，其中，被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，該裝置包括利用從本地振蕩器導出的第一頻率對被接收的信號進行下變頻轉換的裝置；對已下變頻轉換信號與本地存儲的同步代碼進行相關的裝置；從相關結果中檢測峰相關值的裝置；將峰相關值與峰相關值存儲器的內容進行比較的裝置；根據比較結果，對施用於下變頻處理的頻率進行調整的裝置；還根據比較結果，進一步重複進行相關和頻率調整的裝置。
在上述內容中，較好的是這樣一種方式，其中，由調整頻率的裝置施行的頻率調整，包括預定頻率步長和只要被檢測的峰相關值大於峰相關值存儲器的內容連續施行調整，。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，對施加於下變頻轉換的頻率進行調整的裝置包括一裝置，其用於如果上次頻率調整導致峰相關值小於峰相關值存儲器中的值，則取消上次所做的頻率調整。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，用於調整頻率的裝置在如果頻率調整導致峰相關值大於峰相關值存儲器的內容時，施行較小的頻率調整，並以此步長進行再一次相關和頻率調整。
此外，較好的是這樣一種方式，其中，在取消前次頻率調整之後，調整頻率的裝置響應被檢測的小於峰相關值存儲器中的值的峰相關值，施行更小的頻率調整。
根據本發明的第三方面，提供一種存儲控制程序的媒體，控制程序使計算機執行一種調整接收機中的基準頻率的方法，其中，被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，所述方法包括步驟利用從本地振蕩器導出的第一頻率，對被接收的信號進行下變頻轉換的步驟；對已下變頻轉換信號與本地存儲的同步代碼進行相關的步驟；從相關結果中檢測峰相關值的步驟；將峰相關值與峰相關值存儲器的內容進行比較的步驟；根據比較結果，對施用於下變頻處理的頻率進行調整的步驟；和根據比較結果，進行再一次相關和再一次頻率調整的步驟。
將利用以附圖作參考的不同實施例，對實現本發明的最好方式作更詳細的說明。
下面參考UMTS，對前面討論的問題和由本發明的實施例提供的解決辦法，進行說明。但這不限於本傳輸標準，而是能適用於任何WCDMA系統。
在UMTS中，向移動臺發送信號和從移動臺接收信號的基站都是異步的。基站的傳輸需要接收傳輸的移動臺本地同步。當移動臺被供電時，這種同步是在初始的單元(小區)搜索中進行的。
UMTS傳輸包含一系列幀。每一幀有例如15個時隙，包含在每一幀中的是與所用的數據速率有關的信息。每個時隙包含若干符號，每個符號包含2位(比特)。這2位可用來發送使用正交相移鍵控的4種可能狀態。因此，10個符號的時隙包含20位。
基站傳輸包括與時隙邊界對準的同步信道(SCH)，和主公共控制物理信道(PCCPCH)。在這些信道中有10個符號時隙。同步信道包含主同步代碼(PSC)和次同步代碼(SSC)，如圖2所示。它們被用在初始單元搜索中。
由移動臺執行的初始單元搜索分三步進行。這三步的第一步，是在移動臺的接收機獲得與提供最強信號的基站傳輸同步的時隙。在簡略示意
圖1中，以1表示基站廣播傳輸，以2表示傳輸信道，以3表示移動臺接收機。在這個例子中，被表示的是兩個基站(BTS1和BTS2)的傳輸。
基站傳輸是互相不同步的，基站發送許多幀，包括如上所述的時隙和符號。時隙和幀的時間間隔是固定的。
在圖1中，BTS2傳輸的時隙的起點比BTS1傳輸的時隙的起點延遲任意量t秒。
從基站BTS1和BTS2至接收機3的傳輸，將會受到信道2的影響。來自BTS2的傳輸被圖示為經過3路徑(多路徑)信道被接收，而來自BTS2的傳輸被圖示為經過2路徑信道被接收。信道2的作用是讓來自BTS1和BTS2的信號通向接收機3，它們在那裡相加。移動臺接收機對接收到的信號和存儲在接收機中的期望主同步代碼，進行相關，然後提供若干個峰相關值。被檢測的最高峰值與接收機將和它同步的網絡基站相對應。
相關在一個時隙內進行，結果被保持在緩衝器中。若干時隙的結果被加進來。噪聲和幹擾應被減小，相關將是峰值，如果被檢測到的話。
初始單元搜索的第二步是建立幀同步，並識別在步驟1中找到的代碼組。初始單元搜索的第三步是確定賦予所找到的基站的保密代碼。這第二和第三步的進一步細節與本發明無關，所以在這裡不做更多的討論，而且那些將本領域熟練技術人員所已知的。
在移動式接收機的下變頻轉換中，被接收的信號在下變頻轉換後的精確頻率，與發送機的頻率並不精確地相同，因為本地振蕩器的頻率不很精確，這是因為如上所述那樣，本地振蕩器的成本比基站所用的低。如果存在頻率偏移，那麼峰相關值將會減小。如果偏移顯著，峰相關值就可能被掩埋在噪聲和幹擾之中，使它不可能與時隙的邊界同步。
當UMTS單元搜索運行在FDD(頻分雙工)方式時，由於載波和取樣時鐘頻率fc和fsmp的偏移，其性能可能被惡化。這兩者都是從移動式單元的基準振蕩器的頻率得到的。
當基準頻率的不精確轉變為載波和取樣時鐘的不精確時，相同的不精確度將加到所有三個頻率上。例如，對所要求的2GHz的載波頻率和15.36MHz的取樣時鐘頻率來說，若基準頻率有1ppm的不精確度，則表示載波頻率的偏移為2KHz，取樣頻率的偏移為15.36Hz。
就寬帶碼分多路存取單元搜索來說，載波頻率的偏移，導致被接收的複數信號的連續相位變化；而取樣時鐘頻率的偏移，可能引起主系統定時的不正確檢測。後者的影響在處理大量的時隙之後，可被觀察到，因此，造成第二重要的取樣頻率的偏移。
由載波頻率中的偏移引起的相位旋轉，導致被接收信號與噪聲加幹擾的比率下降，因此，定時情況(時隙邊界)的錯誤檢測概率增加。載波頻率大數值的偏移可能導致被接收信號功率的大量減小。UMTS單元搜索過程成功的概率的急速減少，是載波頻率大偏移的負面影響之一。
特別地，取樣時鐘的偏移，引起檢測在錯誤的位置的時隙邊界。如果在位置錯誤中，時隙邊界差錯大於一個碼片周期(1/3.84μs)，那麼其餘的單元搜索步驟所得到的結果也將是錯誤的。但是，就實際頻率的不精確來說，由取樣時鐘不精確引起的一個碼片誤差是在長的時間間隔內被觀察到。因此，與載波頻率偏移相比較而言，這些不精確是第二重要的。我們了解到，這些影響可被立即觀察到，並且可用於偏移基準頻率使其接近所要求的值。基準頻率不精確度的相繼減小也將使載波和取樣時鐘頻率的偏移減小。
本發明的優選實施例提供了一種通過IF(中頻)/RF(射頻)本地振蕩器和頻率的迭代步進，消除載波頻率偏移的方法和裝置。
本發明在附加的權利要求中有更精確的表示，這裡對此做出描述。
上面所述本發明的實施過程，適用於在UMTS網絡中以頻分雙工(FDD)方式運作的移動臺進行的初始單元搜索。因載波和取樣時鐘頻率的偏移，UMTS單元搜索的性能可能被惡化。實際上，載波和取樣時鐘頻率兩者都是從基準振蕩器(一般為VCXO)得到的。載波(fc)和取樣時鐘頻率(fsmp)分別以等式(1)和(2)表示。等式中的項k1和k2表示常數，fx是移動臺基準振蕩器提供的基準頻率。
fc＝k1×fx………………………(1)fsmp＝k2×fx……………………(2)等式(1)和(2)指示這種情形，即由晶體振蕩器產生的基準頻率的不精確，轉變為載波和取樣時鐘的不精確。以每百萬分之一表示，相同的不精確度將加到三個頻率fx，fc和fsmp上。例如，對於所要求的2GHz的載波頻率和15.36MHz的取樣頻率來說，1ppm(在fx方面)的不精確度表示載波頻率的偏移為2KHz，取樣頻率的偏移為15.36Hz。
由基站發送的複數基帶信號可用下式表示St＝A(t)·ejθ(t)其中，A(t)和θ(t)分別表示信號的幅度和相位。通過衰落路徑接收到的被發送信號可以被表示為Sr＝β(t)·St·ej(Δωt+φ(t)+σ(t)).…………………(3)其中，Δω是載波頻率偏移(每秒弧度)，φ(t)是由都卜勒漂移引致的隨機相位(弧度)，σ(t)是由噪聲和幹擾引致的隨機相位。信號包絡的變化被表示為β(t)。
在UMTS單元搜索的第一步驟中，已接收的信號的相位(I)和正交(θ)分量與主同步代碼相關。當本地主同步代碼與已接收的PCCPCH+SCH時隙的第一個符號對準時(即處於時隙邊界)，被發送的信號可被表示為St＝M·ejЛ/4……………………(4)其中，M是一個常數。有關的已接收信號和存儲在接收機中的本地主同步代碼之間的相關以等式(5)表示，其中T是相關周期。C=0T[(t)M2ej4ej(t+(t)+(t))]dt(5)]]>等式(5)表示本發主同步代碼和已接收的信號在時隙邊界處的相關。因為主同步代碼是已知信號，所以可通過測量已接收的主同步代碼相位的變化，估算載波頻率偏移。為簡化起見，忽略都卜勒效應和噪聲及幹擾，等式5可被簡約為C=0TM2ej4ej(t)dt(6)]]>然後，通過尋求上面的功率積分，求得峰相關值。當被接收的和本地產生的PSC信號被對準時，我們可設M2＝1，然後用下式表示相關功率|C|2[Tsin(T2)T2]2(7)]]>
圖3的曲線是從式7推導出來的，表示相關周期為1PSC信號(UMTS的FDD方式中的256碼片)時，相關功率對比載波頻率偏移(ppm)的值。該曲線表示隨載波頻率偏移變化的被接收信號的功率。對移動臺來說，載波頻率偏移對被接收的峰相關值功率的影響，被表示在圖4，5和6中。更準確地說，圖4是無頻率偏移時的全相關結果的圖示，圖5表示頻率偏移為5ppm時的全相關結果，圖6表示頻率偏移為7.5ppm時的全相關結果。這些圖清楚地指明，對於大的載波頻率誤差和低的信號與噪聲加幹擾比，時隙邊界的檢測概率減小。
載波頻率偏移的大小，可以通過檢測它對被接收的PSC信號和移動式接收機本地的PSC信號之間的相關的影響來估算。如前面所述的，較大的載波頻率偏移值，與較小的相關功率值相應。相關處理可以在被接收的信號的每個時隙進行，並且被平均；通過處理若干被接收的時隙，提供一組平均的相關功率。與最大的平均峰值相應的最大的平均功率被選擇，並被存儲作為基準。
從這以後，載波頻率以附加的頻率偏移而被改變，這個頻率偏移是在軟體控制之下從一組預定的頻率中選出的。然後，相關功率測量過程被應用於下一組被接收的信號時隙，去選擇又一個平均功率，這個平均功率相應於最大峰值比先前存儲的基準更好的情況，然後頻率偏移被保持，基準被新的一相關功率替代。
然後，就下一組被接收的信號時隙，繼續應用同樣的頻率偏移並進行平均功率測量。再一次，如果最大峰值的平均功率比被存儲的基準更好，那麼就保存這個頻率偏移，用新的相關功率替代基準。
如果頻率偏移的應用導致所測最大相關功率較之基準減小，那末就不附加這個最近的頻率偏移，而代之以較小的頻率偏移施加於載波頻率。這個過程繼續進行到所有適用的偏移都已被使用過。於是與被存儲的基準相應的偏移就變成將被應用的偏移。
當使用較大的偏移結果使功率減小時，所用的頻率偏移尺度就減小，即每下一次使用較小的頻率偏移。
一旦迭代式頻率校正過程完成，軟體將激活UMTS單元搜索過程，能在一單元中使移動臺能鎖向一個發送機。
迭代的流程圖被表示於圖7。其中的第一步是數據捕獲(步驟S2)，從圖1的BST1和BST2來的輸入數據在這個步驟中被接收。此後，在移動式接收機中對接收到的PCCPCH信號和本地PSC進行全相關(步驟4)，這可在選擇最大功率的峰值選擇步驟(步驟6)之前，在大量時隙上進行並對結果加以平均。
在峰值選擇之後，在步驟S8將最大峰值的時間位置存儲起來作為基準峰值。然後，迭代過程開始。
基準頻率以預定的步長增加(步驟10)。所用的步長依賴於基準振蕩器的不精確程度和所希望的測量持續時間。例如不精確度為5ppm，可以用-5，-2.5，+2.5和+5這4步。如果需要更好的解析度，通過增加步數可以減小步長。也能夠使用不是最小步長的倍數的所有步長，例如，-5，-3，+3和+5。第一個基準頻率步長是將被應用的最大的步長，而其他被存儲的可能的步長都是比較小的。通常，步長逐次按50％減小。
此後，再次進行相同的操作過程，在步驟S12中進行數據捕獲，在步驟S14中進行全相關，在步驟S16中選擇峰值。如果新的峰值大於先前的峰值，則在步驟S18中修改基準，然後，在步驟S20中，曾在步驟S16中加到基準頻率上的頻率步長是保持或被消除，取決於在步驟S18對基準峰值有沒有改進。
執行圖7所示的方法的電路示意方塊圖如圖8所示。這裡，RF/IF信號通過所配的天線30被接收，提供到下變頻轉換器32。根據本地振蕩器34所供給的在乘法器36中被常數k1相乘的頻率，對它們進行下變頻轉換。在下變頻處理之後，為數據捕獲，信號在取樣部分38中被取樣。取樣的定時是由取樣頻率控制的，這個取樣頻率是由本地振蕩器34的頻率經過在乘法器40中被常數k2相乘以後提供的。在取樣以後，取樣信號在相關器44中被與存儲在存儲器42中的主同步代碼PSC進行相關。這可以進行單次的相關，也可以進行逐次相關再加以平均。相關的結果被供給檢測最大峰相關值的峰值檢測器46。最初，它被存儲在基準存儲器48(它的內容在開始是空的)中。峰值也被供給峰值比較器50，它將峰值的大小與已存儲在基準存儲器48中的任何峰值的大小比較，如果比較的結果是當前峰值較大，它就引起以新的峰值重寫基準存儲器的內容。
如果峰值比較器50沒有引起新的峰值被寫入基準存儲器48，頻率步進部分50就會操作，去調整本地振蕩器34。然後，再次進行取樣、相關、峰值選擇和峰值比較，並且如果新的峰值大於先前的峰值的話，基準存儲器再一次更新。這個過程以頻率步進器52提供的遞降步長繼續進行下去，直到所有的頻率步進已循環完畢。當這種情況出現時，頻率步進器52加一個控制信號給單元搜索部分54，繼續進行鎖向單元基站的過程，以致使移動式電話準備好接收和發出呼叫。這個進一步的單元搜索不構成本申請的主題部分。
需要注意的，上面的實施例中所述移動式接收機有一個處理器(未示)，用以根據特定的控制程序去控制移動接收機的每個部分，具有ROM(未示)用來存儲由處理器執行的控制程序，具有RAM(未示)用作處理器或類似器件的工作區域。
很明顯，本發明不局限於上面的實施例，而是在不偏離本發明的範圍和精神的情況下，所能做出的各種的改變和修改。
權利要求
1.一種用於調整接收機中的基準頻率的方法，其中，被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，所述方法包括步驟利用從本地振蕩器導出的第一頻率，對被接收的信號進行下變頻轉換；對所述下變頻轉換信號與本地存儲的同步代碼進行相關；從所述相關的結果，檢測峰相關值；比較所述峰相關值與峰相關值存儲器的內容；和根據所述比較結果，對施用於所述下變頻轉換的頻率進行調整，其中，也根據所述比較結果，重複地進行再一次相關和再一次頻率調整，以調整基準頻率。
2.根據權利要求1所述的用於調整接收機中的基準頻率的方法，其特徵在於所述頻率調整包括如果被檢測的所述峰相關值大於所述峰相關值存儲器中的內容，將連續施行的預定頻率步長和調整。
3.根據權利要求2所述的用於調整接收機中的基準頻率的方法，其特徵在於進一步包括如果頻率調整導致的峰相關值小於所述峰相關值存儲器中存儲的值，則取消上次所做的頻率調整的步驟。
4.根據權利要求3所述的用於調整接收機中的基準頻率的方法，其特徵在於進一步包括如果頻率調整導致的峰相關值大於所述峰相關值存儲器中的內容，連續地施行較小的頻率調整，並以此步長進行再一次相關和頻率調整的步驟。
5.根據權利要求4所述的用於調整接收機中的基準頻率的方法，其特徵在於在取消前次的頻率調整之後，響應小於所述峰相關值存儲器中存儲的值的被檢測的峰相關值，進一步施行較小的頻率調整。
6.一種用於調整接收機中的基準頻率的裝置，其特徵在於被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，所述裝置包括利用從本地振蕩器導出的第一頻率，對被接收的信號進行下變頻轉換的裝置；對所述下變頻轉換信號與本地存儲的同步代碼，進行相關的裝置；從所述相關的結果，檢測峰相關值的裝置；比較所述峰相關值與峰相關值存儲器的內容的裝置；和根據所述比較結果，對施用於所述下變頻轉換的頻率進行調整的裝置，其中，還根據所述比較結果，重複進行再一次相關和再一次頻率調整，以調整基準頻率。
7.根據權利要求6所述的用於調整接收機中的頻率偏移的裝置，其特徵在於由用於調整所述頻率的所述裝置施行的所述頻率調整包括只要被檢測的所述峰相關值大於所述峰相關值存儲器的內容，則連續施行預定頻率步長和調整。
8.根據權利要求7所述的用於調整接收機中的頻率偏移的裝置，其特徵在於用於調整被應用於所述下變頻轉換的所述頻率的所述裝置，包括一裝置，其用於如果頻率調整導致的峰相關值小於所述峰相關值存儲器中存儲的值，則取消上次所做的頻率調整。
9.根據權利要求8所述的用於調整接收機中的頻率偏移的裝置，其特徵在於用於調整所述頻率的所述裝置施行較小的頻率調整，以及如果該頻率調整導致的峰相關值大於所述峰相關值存儲器中的存儲的值，以此步長進行再一次相關和頻率調整。
10.根據權利要求9所述的用於調整接收機中的頻率偏移的裝置，其特徵在於用於調整所述頻率的所述裝置，在取消前次頻率調整之後，響應被檢測的、小於所述峰相關值存儲器中存儲的值的峰相關值，施行再一次較小的頻率調整。
11.一種存儲控制程序的存儲媒體，所述控制程序使計算執行一種用於調整接收機中的基準頻率的方法，其中被接收的信號包括多個順序的數據時隙，至少其中之一包括同步數據，所述方法包括步驟利用從本地振蕩器導出的第一頻率，對被接收的信號進行下變頻轉換；對所述下變頻轉換信號與本地存儲的同步代碼進行相關；從所述相關的結果中檢測峰相關值；比較所述峰相關值與峰相關值存儲器的內容；和根據所述比較結果，對施用於所述下變頻轉換的頻率進行調整，其中，還根據所述比較結果，重複進行再一次相關和再一次頻率調整，以調整基準頻率。
全文摘要
一種被提供用於在接收機中迭代地調整基準頻率的方法和裝置。對被接收的數據與本地存儲的同步代碼進行相關,並檢測峰相關值。在首次運行流程中,峰相關值將被存儲在本地峰相關值存儲器中。然後,按預定的步長調整頻率,伴隨檢測到的峰相關值與本地存儲器中的峰值的比較,這個過程再次被進行。如果新的峰值較大,那麼這一次頻率步長被保留,並施用增進的頻率步長。如果新的峰相關值小於先前存儲的峰值,那麼所用的頻率步長引致新的峰值被取消,並運用較小的頻率步長。這個過程按逐次遞減頻率步長連續進行,直至所有被存儲的頻率步長已經被用過,這樣,本地振蕩器頻率被調整,接收機連續進行單元搜索過程。
文檔編號H03J7/04GK1345137SQ0114184
公開日2002年4月17日 申請日期2001年9月20日 優先權日2000年9月20日
發明者博盧爾伊安·馬吉德 申請人:日本電氣株式會社