專利名稱：檢測由于振蕩器老化引起的頻偏的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及振蕩信號生成電路。更具體地，本發(fā)明涉及用于檢測由于振蕩器老化而引起的由振蕩器生成的時(shí)鐘信號的頻偏的設(shè)備及其相關(guān)方法。測量振蕩器生成的時(shí)鐘信號相對基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的頻偏。所測量的頻偏包括來自不同源的頻偏。從所測量的頻偏中估算由于振蕩器老化引起的頻偏。
在振蕩器形成無線電基站一部分的實(shí)施例中，測量振蕩器生成的信號相對基準(zhǔn)信號的頻偏。甚至在所測量的值包括由于基準(zhǔn)信號的保存引起的頻偏成分時(shí)，也從一組測量值中估算振蕩器老化引起的頻偏。由于振蕩器老化引起的頻偏的估算使振蕩器自動(dòng)進(jìn)行重新校準(zhǔn)來抵消這樣的頻偏。
在電信系統(tǒng)中，將無線電基站用于發(fā)送信息給移動(dòng)站并用于從移動(dòng)站接收信息，將所發(fā)送或接收的信息調(diào)制到載波信號上。載波信號是其上定義用于在基站與一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)站之間傳送信息的一個(gè)或多個(gè)信道的特定標(biāo)稱頻率的信號。在其他標(biāo)稱頻率的其他載波信號上定義其他信道。對于能接收在信道上發(fā)送的信息的移動(dòng)站來說，重要的是基站以預(yù)期頻率發(fā)送。對于能通過特定載頻信道接收從移動(dòng)站中發(fā)送的信息的基站來說，它必須以預(yù)期頻率接收。而且，對于相互不干擾的不同信道來說，重要的是載波偏離其中心頻率不超過容許量。
根據(jù)IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)，要求基站生成的載波信號的中心頻率至多變化0.25PPm。
可以在無線電基站的合成器模塊中生成載波信號。為了滿足根據(jù)例如IS-54的穩(wěn)定性要求，可將所生成振蕩信號的中心頻率的偏差或漂移量的高穩(wěn)定性振蕩器用作合成器基準(zhǔn)，從此合成載波信號。關(guān)鍵因素是如何使此合成器基準(zhǔn)足夠穩(wěn)定。合成器模塊合成所選頻率的載波信號。由于振蕩器生成的振蕩信號形成合成器基準(zhǔn)，所以該載波信號的穩(wěn)定性取決于振蕩器的穩(wěn)定性。
提供在當(dāng)今系統(tǒng)中使用的合成器基準(zhǔn)的一種方法是使用自由旋轉(zhuǎn)(或自由運(yùn)行)模式中的振蕩器。然而，這樣的解決方案有幾個(gè)缺點(diǎn)?；蛘哒袷幤?銣)變得非常昂貴、耗電、巨大和笨重并且只可操作在有限的溫度范圍內(nèi)，或者該振蕩器(OCXO)易于老化，這意味著得定期(人工地，除非能提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號)進(jìn)行校準(zhǔn)。
另一個(gè)現(xiàn)有方案是以鎖相關(guān)系將振蕩器鎖定到長期穩(wěn)定的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號上，如

圖1所示。在圖1中，利用時(shí)鐘提取器2將PCM鏈路時(shí)鐘信號饋送到普通鎖相環(huán)的鑒相器1中。該鑒相器檢測PCM鏈路時(shí)鐘信號與反饋連接中振蕩器3生成的輸出信號之間的相位差。將該鑒相器的輸出饋送到低通濾波器4中，低通濾波器4濾波提供給它的鑒相器輸出的低頻成分。將此濾波器形成的濾波輸出作為基準(zhǔn)時(shí)鐘信號饋送給振蕩器3，振蕩器從此信號中生成隨后由無線電部分用作合成器基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的輸出信號，這里利用調(diào)制器與合成器5來表示。如上所述，此輸出信號在反饋連接中也反饋給鑒相器1。
在一些常規(guī)系統(tǒng)中使用的這個(gè)解決方案通過將此振蕩器設(shè)計(jì)為運(yùn)行鎖定到長期穩(wěn)定到基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的相位上來避免由于老化而校準(zhǔn)振蕩器的需求。可從分布在用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中基站與移動(dòng)交換中心(MSC)之間信息傳輸?shù)腜CM鏈路上的長期穩(wěn)定時(shí)鐘信號中提取基準(zhǔn)時(shí)鐘信號。此信號容易抖動(dòng)、漂動(dòng)和保持。
在PCM鏈路上提供的長期穩(wěn)定時(shí)鐘信號在信號鏈中從例如原子鐘中生成。例如，由于鏈中交換機(jī)(例如，MSC)重新啟動(dòng)而在PCM鏈路上原子時(shí)鐘信號與長期穩(wěn)定時(shí)鐘信號之間的信號鏈斷裂時(shí)，出現(xiàn)保持。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，PCM鏈路時(shí)鐘信號的中心頻率可能與標(biāo)稱中心頻率偏離某個(gè)數(shù)量。注意，這意味著，雖然信號鏈斷開一段時(shí)間，但PCM鏈路時(shí)鐘信號仍存在，盡管可能不能獲得。在相對短的時(shí)間期間(例如，一般小于1小時(shí))出現(xiàn)保持。
在圖2中，表示經(jīng)歷抖動(dòng)6(＞1Hz)、漂動(dòng)7(＜1Hz)和保持8的PCM鏈路時(shí)鐘信號，<D>表示由于保持8引起的中心頻率偏移。
當(dāng)對這樣的信號進(jìn)行鎖相時(shí)，常規(guī)鎖相環(huán)將生成圖3所示的輸出信號9(將用作合成器基準(zhǔn)信號)，從中能看出，出現(xiàn)在PCM鏈路上的由于漂動(dòng)與保持引起的某種影響通過該鎖相環(huán)傳播出去。<X>表示合成器基準(zhǔn)信號的最大頻偏，要求此最大頻偏保持在滿足空中接口標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性要求的某個(gè)極限(0.25ppm，對于IS-54來說)內(nèi)。
以層標(biāo)準(zhǔn)Stratum levels測量時(shí)鐘信號的質(zhì)量。PCM鏈路時(shí)鐘的層標(biāo)準(zhǔn)指定最大允許的由于保持導(dǎo)致的頻偏。為保證不破壞載頻的穩(wěn)定性要求0.25ppm(10-7數(shù)量級)(這表示，圖3中的<X>必須小于0.25ppm)，基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻偏必須也保持在這些極限內(nèi)。這對于層-2標(biāo)準(zhǔn)(或更少)的PCM鏈路時(shí)鐘來說是真的，此時(shí)鐘由于保持導(dǎo)致的頻偏(圖2中的<D>)保持在1.8×10-8內(nèi)。然而，這樣的鏈路是昂貴的，希望使用更便宜的質(zhì)量層3(或甚至層-4)的鏈路。
對于層-3電平或更次的鏈路(時(shí)鐘)，由于在這種情況中只要求頻偏<D>保持在4.6×10-6ppm內(nèi)，所以保持模式期間的頻偏(圖2中的<D>)不保持在所要求的極限內(nèi)。
因此，提供一種方法是有益的，利用此方法能將OCXO用作在例如用層-3標(biāo)準(zhǔn)或更次質(zhì)量的時(shí)鐘鏈路進(jìn)行校準(zhǔn)的無線電基站中用作合成器基準(zhǔn)，從而避免了人工重新校準(zhǔn)該OCXO。
因而，本發(fā)明的目的是利用溫度穩(wěn)定足以自由運(yùn)行(自由旋轉(zhuǎn))但可能易于老化的振蕩器(例如，OCXO)來生成無線電傳輸?shù)妮d頻。
本發(fā)明的另一目的是讓自由旋轉(zhuǎn)的OCXO生成合成器基準(zhǔn)，但由于老化而利用層-3時(shí)鐘信號作為檢測頻偏的基準(zhǔn)來周期性地(例如，每月一次)校準(zhǔn)OCXO而無人工干預(yù)。
在本發(fā)明實(shí)施例的操作期間，在從一個(gè)校準(zhǔn)至下一個(gè)校準(zhǔn)的時(shí)間期間定期地測量和存儲頻偏值。以便用PCM鏈路(基準(zhǔn)時(shí)鐘)上抖動(dòng)與漂動(dòng)的影響和OCXO上的溫度偏差影響最小的方式執(zhí)行測量。識別并忽略當(dāng)PCM鏈路(基準(zhǔn)時(shí)鐘)處于保持模式時(shí)獲得的頻偏測量值。而且，將頻偏的結(jié)果平均值解釋為校準(zhǔn)間隔的老化影響并且由于老化而校準(zhǔn)OCXO。
圖1表示形成通信設(shè)備一部分的常規(guī)鎖相環(huán)電路的功能方框圖；圖2用圖表表示展示頻率誤差各個(gè)成分的PCM時(shí)鐘信號頻率；圖3用圖表表示在所提供的PCM時(shí)鐘信號包括諸如圖2所示的頻率誤差成分時(shí)由常規(guī)鎖相環(huán)電路的振蕩器生成的時(shí)鐘頻率；圖4表示本發(fā)明實(shí)施例的電路與方法可以形成其中一部分的蜂窩通信系統(tǒng)的功能方框圖；圖5是包括本發(fā)明實(shí)施例電路系統(tǒng)的無線電基站的功能方框圖；圖6是由圖5所示的無線電基站生成并在無線電傳輸信道上發(fā)送的已調(diào)制信號的圖形表示；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的電路系統(tǒng)的功能方框圖8是表示圖7所示的電路系統(tǒng)各部分操作的邏輯流程圖；和圖9A-9B用圖表表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例由振蕩器生成的時(shí)鐘信號的頻偏。
將結(jié)合在蜂窩通信系統(tǒng)中實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例描述本發(fā)明的操作。應(yīng)理解本發(fā)明能可選擇地在其他裝置與設(shè)備中實(shí)施，并且下面的描述本質(zhì)上是示例性的。另外，雖然為了說明目的，結(jié)合根據(jù)IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)要求工作的系統(tǒng)描述本發(fā)明，但本發(fā)明也能應(yīng)用于根據(jù)例如IS-136、GSM或PDC的其他標(biāo)準(zhǔn)工作的系統(tǒng)。然而，對于這些標(biāo)準(zhǔn)，載波信號的中心頻率的穩(wěn)定性要求可以是不同的。而且，由于穩(wěn)定性要求可以是不同的，所以有可能對于這樣的標(biāo)準(zhǔn)(假定更嚴(yán)格的穩(wěn)定性要求)，本發(fā)明允許使用層-2質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)鐘信號，盡管對于根據(jù)IS-54標(biāo)準(zhǔn)工作的系統(tǒng)的情況，這不需要，如上面結(jié)合圖1所述的。
本發(fā)明可以根據(jù)任何空中接口標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性要求使用任何層質(zhì)量基準(zhǔn)的時(shí)鐘鏈路。滿足載波信號穩(wěn)定性要求的限制因素是OCXO的溫度穩(wěn)定性。
參見圖4，一般以10表示的示例性蜂窩通信系統(tǒng)包括多個(gè)以地理區(qū)域定義的網(wǎng)孔12，網(wǎng)孔12均由無線電基站14定義，基站14均利用線路16耦合到移動(dòng)交換中心(MSC)18。提供給基站14的PCM鏈路形成在線路16上，MSC 18在此利用線路24耦合到公用交換電話網(wǎng)(PSTN)22。
允許位于諸如固定站、常規(guī)有線用戶單元28的用戶單元(″呼叫站)上的用戶與位于蜂窩通信系統(tǒng)10所包圍的地理區(qū)域內(nèi)任一位置上的所選的移動(dòng)用戶單元26之間以常規(guī)方式進(jìn)行電話通信。
如前所述，在例如由EIA/TIA頒布的IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)中提出由基站生成的載波信號中心頻率的穩(wěn)定性要求。
本發(fā)明的實(shí)施例操作允許載波信號中心頻率的穩(wěn)定性要求利用具有易于老化但能自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)而無需人工干預(yù)的OCXO的無線電基站來滿足。
圖5功能性地表示其中本發(fā)明實(shí)施例可操作的無線電基站14的發(fā)射機(jī)一側(cè)的部分。此無線電基站14在此表示為通過PCM鏈路16連到MSC18(圖4所示)，線路16耦合到發(fā)射機(jī)電路42和時(shí)鐘提取器44。
發(fā)射機(jī)電路42可以常規(guī)方式操作以便接收在線路16上生成的數(shù)據(jù)并將這樣的數(shù)據(jù)變換為線路46上將由調(diào)制器與合成器48調(diào)制到載波信號上的形式。
時(shí)鐘提取器44形成線路50上的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號以響應(yīng)在PCM鏈路16上提供給它的時(shí)鐘信號。由于在線路16上提供的PCM鏈路16上發(fā)送的信號特別容易抖動(dòng)和漂動(dòng)，所以由時(shí)鐘提取器44形成的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號具有也呈現(xiàn)抖動(dòng)與漂動(dòng)的頻率特性。
在線路50上生成的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號形成至校準(zhǔn)器52的第一輸入。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)器52包括能執(zhí)行算法來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)器52操作的處理電路。
校準(zhǔn)器52利用線路56耦合到本地振蕩器54，本地振蕩器54由OCXO形成。本地振蕩器54在線路58上生成時(shí)鐘信號，線路58耦合到調(diào)制器與合成器48并且在反饋安排中也耦合到校準(zhǔn)器52的第二輸入端。
由校準(zhǔn)器52在線路56上生成的信號形成調(diào)諧電壓，在此電壓加到形成本地振蕩器54的OCXO上時(shí)，此電壓調(diào)諧振蕩器。
如下面更具體描述的，校準(zhǔn)器52比較在線路50上提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的特性與本地振蕩器54生成的信號58的特性。為響應(yīng)這樣的比較，校準(zhǔn)器52確定將由校準(zhǔn)器52在線路56上生成的調(diào)諧電壓的值。
在線路58上生成的時(shí)鐘信號作為合成器基準(zhǔn)信號提供給調(diào)制器與合成器48。
調(diào)制器與合成器48將線路46上由發(fā)射機(jī)電路42生成的信號調(diào)制到載波信號上并在延伸至天線62的線路60上輸出所調(diào)制的信號，所調(diào)制的信號由天線發(fā)射給用戶單元26(圖4所示)。
圖6的圖形表述表示圖5所示的基站14所生成的調(diào)制信號72，調(diào)制信號的大小表示為頻率的函數(shù)。調(diào)制信號72的特征在于中心頻率fc，并且有線段74所示的帶寬。
在此分別利用線路76與78所示的由上與下限信道頻率定義的無線電傳輸信道上發(fā)送調(diào)制信號72。IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)提出由基站發(fā)送的信號中心頻率的可允許偏移，以保證所發(fā)送的信號在合適的無線電傳輸信道內(nèi)。
在所示的實(shí)施例中，可允許的信號72的中心頻率的頻偏利用線段84來表示。在線段84所定義的頻率范圍內(nèi)的信號72的中心頻率向上或向下頻偏導(dǎo)致信號72的帶寬仍完全在具有線路76與78所定義的上與下限頻率的無線電頻率信道內(nèi)。大于線段84所定義頻偏的信號72的中心頻率頻偏能導(dǎo)致信號72與在相鄰無線電傳輸信道上發(fā)送的信號之間的干擾。
再參見圖5，標(biāo)準(zhǔn)器52用于調(diào)諧本地振蕩器54，以保證由基站14的調(diào)制器與合成器48所生成的調(diào)制信號呈現(xiàn)諸如IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)的合適的蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)所要求的頻率穩(wěn)定性。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)諧形成本地振蕩器的OCXO，使振蕩器54生成的時(shí)鐘信號具有所要求的穩(wěn)定性。具有所要求穩(wěn)定性的時(shí)鐘信號保證由調(diào)制器與合成器48所生成的調(diào)制信號也具有合適的蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)所要求的穩(wěn)定性。
圖7表示在反饋安排中與形成本地振蕩器54的OCXO耦合的校準(zhǔn)器52。在一個(gè)實(shí)施例中，OCXO 54由德國Quarzkeramik GmbH ofStockdorf制造的Quarzkeramik 4005C-S19振蕩器形成。此校準(zhǔn)器包括耦合的脈沖計(jì)數(shù)器92，以便在線路50上接收由時(shí)鐘提取器44(圖5所示)提取的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號和在線路58上接收由振蕩器54生成的時(shí)鐘信號。脈沖計(jì)數(shù)器92用于確定分別在線路50與58上生成的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號與時(shí)鐘信號之間的相位差或偏移。
所檢測的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號與時(shí)鐘信號之間相位差的表示由脈沖計(jì)數(shù)器在線路93上生成并提供給相位差-頻偏變換器94，變換器94將脈沖計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器所確定的相位差變換為頻偏。在一個(gè)實(shí)施例中，變換器94利用處理電路所執(zhí)行的算法形成，在線路95上生成提供給老化分量估算器96的表示頻偏的信號。
老化分量估算器從總的檢測頻偏中估算由于振蕩器54的老化引起的頻偏。
為了確定由于振蕩器54的老化引起的頻偏量，老化分量估算器96從一組在一個(gè)時(shí)間間隔期間測量的并存儲在估算器96中的總的頻偏中估算由于振蕩器的老化引起的頻偏分量。
雖然由于抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的頻偏在時(shí)間上有可能瞬時(shí)相當(dāng)大，但如果測量時(shí)間周期足夠大，能有效地除去頻偏。同樣，由于溫度變化引起的頻偏也具有統(tǒng)計(jì)分布，在長時(shí)間周期上，以例如在24小時(shí)周期上擴(kuò)展的所選的時(shí)間間隔進(jìn)行一系列測量時(shí)，此統(tǒng)計(jì)分布具有對應(yīng)OCXO周圍的平均時(shí)間溫度的平均值。
因此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇脈沖計(jì)數(shù)器92檢測基準(zhǔn)時(shí)鐘信號與振蕩器時(shí)鐘信號之間相位差的測量周期，能使抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的頻偏最小。而且，能減少由于溫度變化引起的振蕩器頻偏的影響。并且，不利用在基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(PCM-鏈路)處于保持模式的測量周期期間獲得的數(shù)據(jù)，老化分量估算器96能從總的檢測的頻偏值中估算由于振蕩器54的老化引起的頻偏。
在一個(gè)實(shí)施例中，僅確定基準(zhǔn)時(shí)鐘信號與振蕩器時(shí)鐘信號之間的數(shù)學(xué)差?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘信號的差錯(cuò)源(即，短期穩(wěn)定性與保持)與OCXO的差錯(cuò)源(即，溫度依賴性與老化)混合，不同的差錯(cuò)源在時(shí)間上行為相互不同。
如下面更具體指出的，對于例如100秒的所選時(shí)間周期進(jìn)行每個(gè)測量來使抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的差錯(cuò)最小。在“長”時(shí)間周期并擴(kuò)展至24小時(shí)以及黑夜與白天期間重復(fù)測量(即，連續(xù)測量)以校準(zhǔn)平均時(shí)間溫度。連續(xù)測量擴(kuò)展到其長度取決于OCXO的老化規(guī)范以及頻率校正要求的時(shí)間周期。例如，這樣的時(shí)間周期具有大約一個(gè)月的長度。
老化分量估算器96在線路98上生成具有對應(yīng)由于振蕩器54的老化引起的所檢測的頻偏電平的值的信號。線路98耦合到變換器，在此變換器為數(shù)模變換器102，此變換器將提供給它的信號變換為模擬信號，從而形成在線路56生成的提供給振蕩器54的調(diào)諧電壓信號。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，老化分量估算器96與變換器94由具有可在其中執(zhí)行的算法的處理電路形成。
位于變換器94與估算器96周圍的以虛線表示的方框106表示能由普通處理器執(zhí)行這樣的部件功能。
其中具有可執(zhí)行算法的處理電路還用于適當(dāng)排除在基準(zhǔn)時(shí)鐘信號呈現(xiàn)超過所選數(shù)量的頻率干擾期間獲得的數(shù)據(jù)，即在PCM鏈路上的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號處于保持模式中時(shí)獲得的數(shù)據(jù)。
如先前所提到的，雖然示例實(shí)施例根據(jù)蜂窩通信系統(tǒng)描述本發(fā)明的操作，但能在其中必須重新校準(zhǔn)振蕩器來校正由于振蕩器老化引起的頻偏以及可能在常規(guī)鎖相環(huán)安排中使用的基準(zhǔn)信號易于呈現(xiàn)短期頻偏和類似于保持的頻偏行為的任何時(shí)刻使用本發(fā)明的教導(dǎo)。圖5所示的電路能形成類似于振蕩器54的包括本地振蕩器的許多類型的電子設(shè)備部分。
圖8表示一般以108表示的形成校準(zhǔn)器52(圖5與7所示)的一部分的老化分量估算器96操作的方法示例。
當(dāng)老化分量估算器由其中具有可執(zhí)行算法的處理電路形成來執(zhí)行老化分量估算器的功能時(shí)，利用可由處理電路執(zhí)行的算法實(shí)施方法108。
由開始方框112表示方法的開始。隨后，如方框114所示，通過測量相位差并將這樣的測量變換為頻偏來確定基準(zhǔn)時(shí)鐘信號與振蕩器54生成的振蕩器時(shí)鐘信號之間的頻偏。根據(jù)本地振蕩器的時(shí)鐘信號與從PCM鏈路時(shí)鐘信號中提取的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號之間的測量的相位差進(jìn)行相位差測量。
在諸如100秒的所選長度的測量時(shí)間周期tm期間進(jìn)行確定。所測量的頻偏值fdm不僅包括由于振蕩器老化引起的分量，也包括由于抖動(dòng)與漂動(dòng)、溫度變化和在保持模式中測量的頻偏引起的分量。所測量的頻偏值可以利用下列和來描述。
fdm＝fda+fdjw+fdt+fdn其中fda是振蕩器老化引起的頻偏；fdjw是抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的頻偏；fdt是溫度變化引起的頻偏；和fdn是處于保持模式中的PCM鏈路時(shí)鐘信號引起的頻偏。
通過在例如30天的長時(shí)間周期上并且也以24小時(shí)的隔開間隔進(jìn)行重復(fù)測量，由溫度變化引起的頻偏能集中在由于對應(yīng)OCXO周圍的平均時(shí)間溫度的溫度變化(fdt)引起的頻偏分量值上。因此，雖然在單個(gè)測量中不能區(qū)分由于溫度變化引起的頻偏與由于老化引起的頻偏，但是重復(fù)進(jìn)行的測量能減少溫度變化的影響。
不必在擴(kuò)展的測量周期上減少由于PCM鏈路時(shí)鐘信號的保持模式引起的頻偏，在本發(fā)明實(shí)施例的操作期間能清理這樣的差錯(cuò)。如前面所述的，能確定PCM鏈路何時(shí)處于保持模式中。在進(jìn)行這樣的確定時(shí)(例如，在檢測到PCM鏈路的頻偏的超出電平時(shí))，能忽略在此時(shí)間期間所進(jìn)行的測量。
接下來，并且如方框116所示，存儲在此測量時(shí)間周期期間所確定的頻偏值。
此后，如判決方框118所示，確定所要進(jìn)行頻偏測量的時(shí)間間隔t是否已期滿。
如果沒有期滿，不采用分路，并且暫停，如方框122所示，以等待后續(xù)的測量時(shí)間周期。此后，確定后續(xù)測量時(shí)間周期的頻偏。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間間隔包括30天間隔，并在30天時(shí)間間隔的每個(gè)白天黑夜(即，整個(gè)24小時(shí)時(shí)間周期)期間出現(xiàn)4個(gè)測量周期。測量周期tm可以在整個(gè)時(shí)間間隔的白天黑夜均勻隔開。
如果從邏輯方框118中采用yes(是)分路，如方框124所示，對于每個(gè)存儲的頻偏值，確定用于形成頻偏值的數(shù)據(jù)的測量時(shí)間周期是否在PCM鏈路時(shí)鐘信號處于保持模式時(shí)出現(xiàn)。
從后續(xù)的由于老化引起的頻偏fda計(jì)算中排除所存儲的在這樣的測量時(shí)間周期期間獲取的頻偏值，如方框126所示。如先前所述的，PCM鏈路時(shí)鐘信號處于保持模式中的時(shí)間周期一般遠(yuǎn)小于校準(zhǔn)時(shí)間間隔。
隨后，并且如方框128所示，從剩余的被使用的測量數(shù)量相除的測量頻偏相加總和fdm中估算由于老化引起的頻偏。然后，并如方框132所示，根據(jù)下式計(jì)算新的調(diào)諧電壓Vnew＝Vold-K×fda其中Vold是先前的調(diào)諧電壓值；Vnew是新的調(diào)諧電壓；K是常數(shù)(例如，在OCXO的數(shù)據(jù)圖表列出特性中指定的值)；和Fda是估算的由于老化引起的頻偏值。
再參見圖7的方框圖，一旦計(jì)算新的調(diào)諧電壓，在線路98上生成表示新調(diào)諧電壓的信號，此信號由變換器102變換為模擬形式并隨后利用線路56提供給振蕩器54。以這種方式，振蕩器54調(diào)諧為抵消老化的影響。
圖9A-B表示本發(fā)明實(shí)施例的操作，其中耦合具有OCXO的無線電基站用于接收Stratum-3質(zhì)量電平基準(zhǔn)信號。由OCXO生成的信號允許符合IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)的無線電基站的操作。
由于OCXO是自由轉(zhuǎn)動(dòng)并且由于老化而以規(guī)則間隔進(jìn)行校準(zhǔn)，所以提供根據(jù)IS-54標(biāo)準(zhǔn)操作的基站所要求的穩(wěn)定合成器基準(zhǔn)信號。即使用于OCXO校準(zhǔn)的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號易于遭受短期干擾與保持，這樣的性能也是可能的。
圖9A表示耦合在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例操作的控制環(huán)路中的振蕩器生成的信號164。這里，滿足IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)的操作要求。雖然呈現(xiàn)與標(biāo)稱頻率的某一偏差，但這樣的偏差在允許的頻偏內(nèi)。兩個(gè)頻率誤差分量表示在此圖中，一個(gè)分量是校準(zhǔn)偏差引起的頻率誤差(由于OCXO未理想地由于老化而進(jìn)行校準(zhǔn))，而另一個(gè)分量是溫度變化引起的頻率誤差。由于OCXO是自由運(yùn)行的，所以由于保持與漂動(dòng)引起的頻率誤差分量不通過控制環(huán)路進(jìn)行傳播。
用于校準(zhǔn)的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號可以呈現(xiàn)圖2所示的抖動(dòng)、漂動(dòng)和保持。
圖9B表示代表偏離振蕩器生成的信號標(biāo)稱值的長期頻偏的曲線168。重新校準(zhǔn)振蕩器的時(shí)間在圖中以箭頭170所示的時(shí)間來表示，并且老化的影響以箭頭172來表示。
通過本發(fā)明的實(shí)施例操作，利用使用OCXO并進(jìn)行耦合來接收Stratum-3質(zhì)量電平PCM鏈路的無線電基站能滿足在IS-54空中接口標(biāo)準(zhǔn)中提出的空中接口要求。
通過本發(fā)明的操作，形成本地振蕩器54的OCXO能以周期性間隔自動(dòng)進(jìn)行重新校準(zhǔn)，以便校正由于振蕩器老化引起的振蕩器的頻偏。這樣的重新校準(zhǔn)保證由采用校準(zhǔn)器52的無線電基站所生成的調(diào)制信號滿足此無線電基站形成其中一部分的蜂窩通信系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性要求。
本發(fā)明的使用從而避免目前周期性要求對OCXO執(zhí)行的維護(hù)來校正振蕩器老化的影響。本發(fā)明的使用因此允許自由運(yùn)行模式中的OCXO形成符合蜂窩通信系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性要求的無線電基站的一部分而無需人工重新校準(zhǔn)OCXO。本發(fā)明的使用能同樣允許形成其他類型電路部分的OCXO自動(dòng)進(jìn)行調(diào)諧來克服老化的影響。
已利用一定程度的特定性描述了本發(fā)明目前的最佳實(shí)施例，前面的描述是實(shí)施本發(fā)明的最佳示例，而本發(fā)明的范疇不必受此描述來限定，本發(fā)明的范疇由下面的權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1.由無線電發(fā)射機(jī)上的合成器基準(zhǔn)信號源生成穩(wěn)定的合成器基準(zhǔn)信號的一種方法，此合成器基準(zhǔn)信號易于發(fā)生由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的頻偏，此發(fā)射機(jī)耦合到提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的基準(zhǔn)源，此基準(zhǔn)時(shí)鐘信號中心頻率易于偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許數(shù)量，所述方法包括以下步驟確定此合成器基準(zhǔn)信號與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號之間的頻率偏差；估算在所述確定步驟期間確定的頻率偏差中由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的分量；和自動(dòng)校準(zhǔn)合成器基準(zhǔn)信號源，以抵消由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的其值在所述估算步驟期間估算的合成器基準(zhǔn)信號的頻率偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行在所述估算步驟期間進(jìn)行的頻偏分量估算，以響應(yīng)在所選電平內(nèi)的頻偏表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行在所述估算步驟期間進(jìn)行的估算，以響應(yīng)在所選時(shí)間周期期間的隔開間隔上確定的頻偏表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所選的時(shí)間周期選擇長度為其中由于基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的平均偏差具有基本上可以忽略的電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中選擇在所述估算步驟期間確定頻偏表示的隔開間隔，以使溫度起伏變化引起的平均頻偏基本上對應(yīng)平均時(shí)間溫度。
6.用于利用無線電發(fā)射機(jī)上的合成器基準(zhǔn)信號源生成穩(wěn)定的合成器基準(zhǔn)信號的一種設(shè)備，此合成器基準(zhǔn)信號易于發(fā)生由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的頻偏，此無線電發(fā)射機(jī)耦合到提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的基準(zhǔn)源，此基準(zhǔn)時(shí)鐘信號中心頻率易于偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許的數(shù)量，所述設(shè)備包括頻偏確定器，耦合以便接收合成器基準(zhǔn)信號和至少基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的表示，所述頻偏確定器用于確定此合成器基準(zhǔn)信號與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號之間的頻偏；估算器，耦合以便接收由所述頻偏確定器所確定的頻偏表示。所述估算器用于估算由所述頻偏確定器確定的由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的頻偏分量；和校準(zhǔn)信號生成器，耦合以便接收由所述估算器估算的由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的頻偏表示，所述校準(zhǔn)信號生成器用于生成校準(zhǔn)信號來校準(zhǔn)合成器基準(zhǔn)信號源，以抵消由于合成器基準(zhǔn)信號源老化引起的頻偏。
7.在耦合以便接收基準(zhǔn)信號的振蕩器電路中，其中基準(zhǔn)信號的中心頻率易于在所選時(shí)間周期內(nèi)偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許的數(shù)量，此振蕩器電路具有用于生成以時(shí)鐘頻率為特征的時(shí)鐘信號的振蕩器，用于檢測由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘信號的時(shí)鐘頻率的頻偏的一種改善的頻偏檢測設(shè)備，所述頻偏檢測設(shè)備包括頻偏確定裝置，用于確定時(shí)鐘信號相對基準(zhǔn)信號的頻偏；和老化分量估算器，耦合以便接收由所述頻偏確定裝置確定的頻偏表示，所述老化分量估算器用于估算由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘頻率中的頻偏分量，從而檢測由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘信號的頻偏。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中所述老化分量估算器還用于生成電壓信號，此電壓信號值代表時(shí)鐘頻率中由于振蕩器老化引起的頻偏估算。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的頻偏檢測設(shè)備，其中由所述老化分量估算器生成的電壓信號用于形成校準(zhǔn)調(diào)諧信號，以便提供給振蕩器來改變時(shí)鐘信號的時(shí)鐘頻率數(shù)量，以響應(yīng)由所述老化分量估算器估算的由于老化引起的頻偏值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的頻偏檢測設(shè)備，還包括變換器，用于將所述老化分量估算器生成的電壓信號變換為校準(zhǔn)調(diào)諧信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的頻偏檢測設(shè)備，其中由所述老化分量估算器生成的電壓信號由數(shù)字值形成，其中校準(zhǔn)調(diào)諧信號由模擬信號形成，并且其中所述變換器包括數(shù)模變換器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中所述頻偏確定裝置包括計(jì)數(shù)器電路，所述計(jì)數(shù)器電路進(jìn)行耦合以便接收由振蕩器生成的時(shí)鐘信號和基準(zhǔn)信號，所述計(jì)數(shù)器電路用于確定此時(shí)鐘信號相位與基準(zhǔn)信號相位之間的相位差。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的頻偏檢測設(shè)備，其中所述頻偏確定裝置還包括耦合的相位差-頻偏變換器，以便接收由所述計(jì)數(shù)器電路確定的相位差表示，所述變換器用于變換相位差為此時(shí)鐘信號與基準(zhǔn)信號之間的頻偏。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的頻偏檢測設(shè)備，其中所述相位差-頻偏變換器包括其中具有可執(zhí)行算法的處理器，用于將相位差變換為頻偏。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中所述老化分量估算器包括其中具有可執(zhí)行算法的處理器，用于估算由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘頻率偏差分量。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中振蕩器形成在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中使用的無線電基站的一部分，并且所述頻偏確定裝置與所述老化分量估算器形成無線電基站的部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的頻偏檢測設(shè)備，其中由所述頻偏確定裝置測量的時(shí)鐘信號頻偏所相對的基準(zhǔn)信號包括由蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的頻率控制源生成的基準(zhǔn)信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的頻偏檢測設(shè)備，其中所述老化分量估算器還確定其中基準(zhǔn)信號呈現(xiàn)超過所選數(shù)量的頻率干擾的時(shí)間。
19.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中所述頻偏確定裝置測量所選時(shí)間間隔期間所選時(shí)間周期期間的頻偏。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的頻偏檢測設(shè)備，其中所述老化分量估算器估算由于老化引起的時(shí)鐘頻偏分量，以響應(yīng)所選時(shí)間間隔完成時(shí)的頻偏表示。
21.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中進(jìn)行由所述老化分量估算器估算的時(shí)鐘頻率偏差的估算，以響應(yīng)在所述老化分量估算器上接收的在所選電平內(nèi)的頻偏表示。
22.根據(jù)權(quán)利要求7的頻偏檢測設(shè)備，其中進(jìn)行由所述老化分量估算器估算的時(shí)鐘頻偏分量的估算，以響應(yīng)在所述時(shí)間周期期間以隔開的間隔在所述老化分量估算器上接收的頻偏表示。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的頻偏檢測設(shè)備，其中選擇由所述老化分量估算器確定頻偏表示的所選間隔，以使由于溫度起伏變化引起的平均頻偏對應(yīng)平均時(shí)間溫度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的頻偏檢測設(shè)備，其中所述老化分量估算器還包括存儲裝置，用于存儲代表在所選時(shí)間周期期間以隔開的間隔接收的頻偏表示的值。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的頻偏檢測設(shè)備，其中所選的時(shí)間周期選擇長度為其中由于基準(zhǔn)時(shí)鐘信號的抖動(dòng)與漂動(dòng)引起的平均頻偏具有基本上可以忽略的電平。
26.用于檢測由振蕩器生成的時(shí)鐘信號由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘頻率的頻偏的一種方法，此振蕩器進(jìn)行耦合以接收其中心頻率易于在所選的時(shí)間周期內(nèi)偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許的數(shù)量的基準(zhǔn)信號，所述方法包括以下步驟確定時(shí)鐘信號相對基準(zhǔn)信號的頻偏；和估算時(shí)鐘信號的時(shí)鐘頻率中由于振蕩器老化引起的頻偏分量，以響應(yīng)在所述確定步驟期間測量的頻偏。
27.用于檢測由振蕩器生成的時(shí)鐘信號的時(shí)鐘頻率由于振蕩器老化引起的頻偏的一種頻偏檢測設(shè)備，此振蕩器進(jìn)行耦合以接收其中心頻率易于在所選的時(shí)間周期內(nèi)偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許的數(shù)量的基準(zhǔn)信號，所述頻偏檢測設(shè)備包括用于確定時(shí)鐘信號相對基準(zhǔn)信號的頻偏的裝置；和用于估算由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘頻率偏差分量的裝置，從而檢測由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘信號的頻偏，所述裝置用于估算以響應(yīng)由所述確定頻偏的裝置測量的頻偏。
28.用于調(diào)諧振蕩器以抵消由振蕩器生成的時(shí)鐘信號由于振蕩器老化引起的頻偏的一種頻率控制電路，此振蕩器進(jìn)行耦合以接收其中心頻率易于在所選的時(shí)間周期內(nèi)偏離標(biāo)稱中心頻率超過可允許數(shù)量的基準(zhǔn)信號，所述頻率控制電路包括相位差測量裝置，用于測量時(shí)鐘信號相對基準(zhǔn)信號的相位差；相位差-頻偏變換器，耦合以接收由所述相位差測量裝置測量的相位差表示，所述變換器用于將時(shí)鐘信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差變換為頻偏；老化分量估算器，耦合以接收由所述相位差-頻偏變換器確定的頻偏表示，所述老化分量估算器用于估算由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘信號的頻偏分量，從而檢測由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘信號的頻偏；和調(diào)諧信號生成器，用于生成調(diào)諧信號以便提供給振蕩器來調(diào)諧此振蕩器，所述調(diào)諧信號生成器耦合到所述老化分量估算器，并且所述調(diào)諧信號具有代表由所述老化分量估算器估算的頻偏的值。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的頻率控制電路，其中振蕩器形成無線電基站的一部分，并且其中所述相位差測量裝置測量的相位差所相對的基準(zhǔn)信號包括由電話網(wǎng)絡(luò)生成的PCM鏈路。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的頻率控制電路，其中所述老化分量估算器包括其中具有可執(zhí)行算法的處理器，用于估算由于振蕩器老化引起的時(shí)鐘頻偏分量。
全文摘要
一種設(shè)備(52)及相關(guān)方法(108),用于確定由于振蕩器(54)的老化引起的振蕩器(54)的頻偏(fd
文檔編號H03L1/00GK1251227SQ98803590
公開日2000年4月19日 申請日期1998年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者J·厄斯特貝里 申請人:艾利森電話股份有限公司