專利名稱：一種用于tdd移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生方法和裝置的制作方法
一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生方法和裝置 扶術(shù)賴械
本發(fā)明涉及一種高穩(wěn)定度本地參考時(shí)鐘的產(chǎn)生方法和裝置，特別 是一種用于TDD (Time-Duplex Division)移頻直放站領(lǐng)域，將GPS 星上校準(zhǔn)脈沖與數(shù)?；旌闲盘柼幚砑夹g(shù)相結(jié)合，以產(chǎn)生出高精度、高 長期穩(wěn)定度和低相噪本地參考信號(Local Oscillator)的方法和裝 置。
背暈扶術(shù)
TDD移動通信系統(tǒng)不需要成對的頻率規(guī)劃，即可以提供高頻譜利 用率和服務(wù)靈活性，目前國內(nèi)有規(guī)模應(yīng)用的主要包含下面三種制式-PHS、 SCDMA和TD—SCDMA?？紤]TDD模式時(shí)分工作的特點(diǎn)，整個移動 通信網(wǎng)絡(luò)必須保證嚴(yán)格的定時(shí)同步，以減少內(nèi)部干擾；上述三種系統(tǒng) 均采用GPS等方式對全網(wǎng)的設(shè)備統(tǒng)一定時(shí)。
在上述三種體制的移動網(wǎng)絡(luò)基站信號受到阻擋區(qū)域，運(yùn)營商一般 采用各種形式的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋。對于需要采用下變頻和 上變頻方式進(jìn)行信號中繼的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備，必須采用高穩(wěn)準(zhǔn)度(優(yōu)于 O.lppm)、低相噪的本地參考源供射頻子系統(tǒng)使用。目前常用的方案 是采用昂貴的0CX0器件，以提供高穩(wěn)準(zhǔn)度的純凈的正弦波信號。
TDD工作模式也向網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備的射頻子系統(tǒng)控制提出新的要 求，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備的收發(fā)雙向放大器部件必須滿足嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系， 才能避免出現(xiàn)設(shè)備的自激、降級和損壞。采用GPS作為參考基準(zhǔn)，能 夠可靠產(chǎn)生射頻子系統(tǒng)收、發(fā)控制時(shí)序信號，并且方便各個控制時(shí)序
之間的定時(shí)和相位配置。
GPS同步后輸出的星上校準(zhǔn)脈沖， 一般頻率較低，周期為l秒或 數(shù)百毫秒，并且此校準(zhǔn)脈沖中仍然包含了由于同步誤差而引入的隨機(jī) 抖動。傳統(tǒng)的產(chǎn)生本地參考源的方法是利用鎖相環(huán)(PLL)，但是對于 幾赫茲至幾十赫茲的信號進(jìn)行倍頻而產(chǎn)生控制時(shí)序信號以及常見的 12.8MHz本地參考源信號是難以實(shí)現(xiàn)的。某些型號GPS輸出更高頻率 的校準(zhǔn)脈沖包含各類常見的數(shù)字噪聲和串?dāng)_，也難以作為其他任何形 式的模擬參考源信號使用。
商用的廉價(jià)的晶體振蕩器有非常好的相噪，但是頻率精度一般為 10 100ppin范圍。非常容易獲得的TCX0器件在非常狹窄的溫度范圍 內(nèi)能夠達(dá)到lppm級別，但是對于室外型設(shè)備的-401C +601C工作范 圍以及3 5年的產(chǎn)品生命運(yùn)行周期條件，仍然不能滿足上述TDD移頻 直放站應(yīng)用要求。能夠在3年以上的產(chǎn)品生命運(yùn)行周期中滿足穩(wěn)準(zhǔn)度 要求的0CX0器件可選范圍仍然是受限的。
發(fā)明橛況
本發(fā)明目的是研制一種解決上述技術(shù)問題，綜合TDD移頻直放站
的現(xiàn)有需求，提供一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)
生方法和裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方法包含以下步驟-
(1) GPS校準(zhǔn)脈沖和本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的輸出送入數(shù)字 鑒頻器，得到本地參考源信號的頻率估計(jì)采樣點(diǎn)。
(2) 數(shù)字鑒頻器輸出的頻率估計(jì)采樣點(diǎn)被數(shù)字濾波后，得到對 應(yīng)的頻率誤差估計(jì)參量。
(3) 數(shù)字控制裝置根據(jù)上述估計(jì)參量確定對應(yīng)控制輸出的步長、 偏移量和比例因子。
(4) 該數(shù)字域控制輸出被DAC接口轉(zhuǎn)化為模擬控制信號，低通
濾波后送至本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的頻率調(diào)整端。
(5) 上述1 4過程重復(fù)進(jìn)行，直至本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的 輸出頻率滿足精度要求。
(6) 當(dāng)前控制環(huán)路收斂后的控制參量和當(dāng)前環(huán)境溫度被更新入 本地非易失存儲器鐘開環(huán)控制參數(shù)表。
(7) 當(dāng)GPS失去同步條件下，數(shù)字控制器會利用本地非易失存 儲器的開環(huán)控制參數(shù)表內(nèi)容內(nèi)插后得到本地電壓調(diào)整晶體振蕩器頻 率調(diào)整控制信號。
(8) 控制環(huán)路收斂后，本地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出信號利用 收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置產(chǎn)生用于射頻子系統(tǒng)的收使能、發(fā)使能信號。
(9) 控制環(huán)路收斂后，本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的輸出信號經(jīng) 過分頻器和50歐姆驅(qū)動器后，送至射頻子系統(tǒng)作為本地參考源信號。
其中，外部GPS校準(zhǔn)脈沖和本地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出時(shí)鐘同 時(shí)送入數(shù)字鑒頻器，鑒相輸出經(jīng)過數(shù)字濾波后轉(zhuǎn)換為模擬控制參數(shù)， 實(shí)現(xiàn)本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的閉環(huán)頻率調(diào)整。
控制環(huán)路收斂后，以本地電壓調(diào)整晶體振蕩器時(shí)鐘為輸入的控制 計(jì)數(shù)器，輸出高精度脈沖作為射頻子系統(tǒng)收、發(fā)控制時(shí)序信號，同時(shí) 本地電壓調(diào)整晶體振蕩器時(shí)鐘輸出經(jīng)過隔離、分頻和驅(qū)動后，送至射 頻子系統(tǒng)作為低相噪射頻參考源信號。
一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生裝置包括-
電壓調(diào)整晶體振蕩器(簡稱VCXO)、數(shù)字鑒頻器、溫度傳感器、非易
失溫度參數(shù)存儲表、數(shù)字均值濾波和控制器、數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換
器(簡稱DAC)、模擬低通濾波器(簡稱LPF)、本地參考信號分頻器、
本地參考信號輸出驅(qū)動器和收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置。
其中，電壓調(diào)整晶體振蕩器可以是任何支持電參數(shù)頻率微調(diào)晶體
振蕩器類型，頻率調(diào)整范圍應(yīng)該覆蓋可能的晶體振蕩器固有偏移。
數(shù)字鑒頻器是用于取出本地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出時(shí)鐘與GPS 校準(zhǔn)脈沖之間的定時(shí)誤差，并將此定時(shí)誤差中轉(zhuǎn)換為的隨機(jī)頻率漂移
誤差采樣。
溫度傳感器可以是任何將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓、電流或電阻參數(shù) 的傳感器類型，并且工作范圍應(yīng)該覆蓋可能的電壓調(diào)整晶體振蕩器溫 度漂移范圍。
非易失溫度參數(shù)存儲表可以是任何滿足多次擦除和改寫操作的 存儲器類型，并且其容量應(yīng)該覆蓋可能的本地電壓調(diào)整晶體振蕩器工 作MJt范圍。
數(shù)字均值濾波和控制器可以是任何下述類型用于減少誤差信號 的自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最小均方(LMS)、遞歸最小均方(RLS)和 卡爾曼濾波(Kalman)。
數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器可以是任何形式將數(shù)字參數(shù)按照一定 函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為模擬電壓、電流和電阻參數(shù)的實(shí)現(xiàn)形式。
模擬低通濾波器在用于產(chǎn)生平滑的控制信號的同時(shí)，不應(yīng)該對混 合控制環(huán)路的時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生顯著影響。
本地參考信號分頻器用于整數(shù)倍的降低輸入?yún)⒖夹盘栴l率，并且 保持相位噪聲不產(chǎn)生惡化。
本地參考信號輸出驅(qū)動器用于滿足常見的射頻50歐姆阻抗匹配 要求。
收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置通過對本地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出頻 率計(jì)數(shù)和比較，產(chǎn)生精確的、可配置和可重復(fù)的射頻收發(fā)控制時(shí)序脈 沖。
經(jīng)由本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)低成本的提供低相噪、高
穩(wěn)定度的本地參考源信號，在GPS信號存在的工作期間，該本地參考 源信號能夠維持良好的3 5年的長期穩(wěn)定度和精度，當(dāng)GPS短期同
步異常條件下，該本地參考源仍能夠利用開環(huán)的方式維持短期的精 度。
經(jīng)由本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)低成本的混合閉環(huán)控制方 法，集成的收、發(fā)控制時(shí)序信號產(chǎn)生方式，適合多種頻率需求。 附閨說明
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 圖l是本發(fā)明的原理框圖。 圖2是本發(fā)明的數(shù)字鑒頻器的原理框圖。 圖3是本發(fā)明的數(shù)字鑒頻器的實(shí)施例一。 圖4是本發(fā)明的數(shù)字鑒頻器的實(shí)施例二。 圖5是本發(fā)明的數(shù)字濾波和控制裝置工作流程圖。 圖6是TDD無線通信收發(fā)控制時(shí)序波形的具體實(shí)施例一。 圖7是TDD無線通信收發(fā)控制時(shí)序波形的具體實(shí)施例二。
具體實(shí)雎方式
如

圖1所示，外部GPS校準(zhǔn)脈沖和電壓調(diào)整晶體振蕩器l^l出時(shí) 鐘同時(shí)送入如圖2、圖3、圖4所示的數(shù)字鑒頻器g，以便得到電壓 調(diào)整晶體振蕩器的粗頻率誤差估計(jì)量。GPS實(shí)現(xiàn)方案中存在的大氣的 擾動、衛(wèi)星軌道的攝動和星歷的準(zhǔn)確程度等隨機(jī)因素，導(dǎo)致GPS理想 校準(zhǔn)脈沖到達(dá)時(shí)間wx J^上疊加有隨機(jī)的抖動4^:
(1)
^巾4^力自,^/i+PPS&^脈沖i，W^^斗^，
變量。電壓調(diào)整晶體振蕩器0可以是任何支持電參數(shù)頻率微調(diào)晶體振
蕩器類型，頻率調(diào)整范圍應(yīng)該覆蓋可能的晶體振蕩器固有偏移。
數(shù)字鑒頻器0的目的是取出電壓調(diào)整晶體振蕩器0晚出時(shí)鐘與
GPS校準(zhǔn)脈沖之間的定時(shí)誤差，并將此定時(shí)誤差中轉(zhuǎn)換為電壓調(diào)整晶 體振蕩器0的隨機(jī)頻率漂移誤差采樣。此頻率誤差可以分離是基于對
電壓調(diào)整晶體振蕩器,率偏差特性的如下考慮
a) 在達(dá)到熱平衡后，電壓調(diào)整晶體振蕩器0工作環(huán)境溫度變化引 發(fā)的頻率漂移以分鐘為單位；
b) 在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電壓調(diào)整晶體振蕩器g的供電電壓和內(nèi)部直流
偏置參數(shù)引發(fā)的頻率漂移以小時(shí)為單位-,
c) 在連續(xù)工作條件下，電壓調(diào)整晶體振蕩器0固有的老化現(xiàn)象引
發(fā)的頻率漂移以天為單位； 圖2給出理想的數(shù)字鑒頻器模型，而圖3和圖4給出具體實(shí)現(xiàn)的 兩個實(shí)例。
利用圖2中的延時(shí)器^]將當(dāng)前校準(zhǔn)脈沖二延時(shí)7^ 為^,分 別送入E計(jì)數(shù)器岡和L計(jì)數(shù)器g。 E計(jì)數(shù)器,又被成為超前計(jì)
數(shù)器，L計(jì)數(shù)器^T又被成為滯后計(jì)數(shù)器。壓控晶體振蕩器,出的
頻率為/!的正弦信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后作為E計(jì)數(shù)器§3和L計(jì)數(shù)器
,的時(shí)鐘使用，從而決定了計(jì)數(shù)器^1^,的最小分辨率。電壓
調(diào)整晶體振蕩器Bir出頻率參數(shù)/;為隨機(jī)變量，對應(yīng)E計(jì)數(shù)器^
的計(jì)數(shù)值i^和L計(jì)數(shù)器,的計(jì)數(shù)值計(jì)算公式為
<formula>formula see original document page 10</formula>
E計(jì)數(shù)器^和L計(jì)數(shù)器岡的實(shí)現(xiàn)可以采用任意的同步或異步
計(jì)數(shù)器形式，以常見的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)為計(jì)數(shù)位寬 和最高時(shí)鐘頻率。采用常見的數(shù)字邏輯器件，上述計(jì)數(shù)器工作時(shí)鐘頻
率可以輕易的達(dá)到IOO船Z;采用通用計(jì)數(shù)器部件和支持軟件，上述
計(jì)數(shù)器工作頻率可以容易的達(dá)到20MHz。
圖2的距離計(jì)算部件@用于計(jì)算^j計(jì)數(shù)結(jié)果的差值， 從而平均GPS的每一個估計(jì)脈沖周期可以計(jì)算得到頻率估計(jì)的一個
采樣值。距離計(jì)算部件^1應(yīng)該是整數(shù)取模條件下的差值運(yùn)算。距離 計(jì)算部件§3的運(yùn)算精度主要取決于電壓調(diào)整晶體振蕩器0的工作頻
率與GPS校準(zhǔn)脈沖周期的比值。利用距離計(jì)算部件^i1可以得到電壓
調(diào)整晶體振蕩器0在第"個GPS估計(jì)脈沖到達(dá)時(shí)的當(dāng)前輸出頻率/2 的估計(jì)采樣0iT1—:<formula>formula see original document page 11</formula>
但是圖2中的理想延時(shí)器JM是無法實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)中只能通 過采用電壓調(diào)整晶體振蕩器0的輸出頻率對進(jìn)行估計(jì)。
圖3方案是圖2原理下的變通方案，輸出的是第 個GPS估計(jì)脈
沖到達(dá)時(shí)的頻率誤差估計(jì)采樣i :，。其中延時(shí)觸發(fā)器^IT^ll用本地
參考時(shí)鐘產(chǎn)生出與GPS校準(zhǔn)脈沖寬度的預(yù)糖脈沖，邏輯'與'運(yùn)算 ^1用于計(jì)算GPS時(shí)間校準(zhǔn)脈沖和本地預(yù)測脈沖之間的相位差，此相
位差表現(xiàn)為輸出脈沖的時(shí)間寬度。利用本地參考時(shí)鐘經(jīng)過倍頻213
輸出作為時(shí)鐘，E計(jì)數(shù)器^]可以將GPS校準(zhǔn)脈沖相位差轉(zhuǎn)換為對 應(yīng)時(shí)間分辨率的計(jì)數(shù)值，該計(jì)數(shù)值可以認(rèn)為是頻率誤差采樣
圖4方案是圖2方案的直接近似實(shí)現(xiàn)，能夠輸出電壓調(diào)整晶體振 蕩器0的頻率估計(jì)采樣§§。同步計(jì)數(shù)器^TW本地參考時(shí)鐘進(jìn)行同 步計(jì)數(shù)JV",移位寄存器Lp^l功能上與圖2方案中的L計(jì)數(shù)器g
相當(dāng)，移位寄存器E^1功能上與圖2方案中的E計(jì)數(shù)器M相當(dāng)，
距離計(jì)算plj^圖2方案中距離計(jì)算部件,的功能相同。圖4方案
輸出的頻率估計(jì)采樣/^是圖2方案的iT"——種近似:
(5)
<formula>formula see original document page 12</formula>
下面我們?nèi)匀灰詳?shù)字鑒頻器@的圖2理想模型進(jìn)行說明?？梢匀?br> 易計(jì)算出數(shù)字鑒頻器^r出的頻率估計(jì)采樣ir"—的期望值為-
考慮到隨機(jī)變量f;和/;統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，以及/;的均值的時(shí)間無關(guān)
特性
從公式(7)可以看出頻率估計(jì)采樣^p"—^]是頻率參數(shù)/;的無
偏估計(jì)。此無偏估計(jì)的計(jì)算可以通過數(shù)字均值濾波和控制裝置g的數(shù) 字均值濾波功能實(shí)現(xiàn)，數(shù)字均值濾波和控制裝置g的數(shù)字均值濾波功 能可以通過構(gòu)造下述頻率估計(jì)量《計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)-
<formula>formula see original document page 12</formula> (8)
ir:的計(jì)算涉及濾波器算法參數(shù)的選擇，m的選擇是基于隨機(jī)變
量/I進(jìn)一步分解緩慢變化的漂移分量和高頻抖動分量。在m對應(yīng) 的測量時(shí)間內(nèi)，隨機(jī)變量/;緩慢變化不應(yīng)該超過最終閉環(huán)控制的收
斂誤差；而高頻抖動分量與電壓調(diào)整晶體振蕩器0的相噪有關(guān)，遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于本方案所能檢測的分辨率范圍，因而可以不予考慮。數(shù)字均值濾 波和控制裝置g的數(shù)字均值濾波方法目的在于分離GPS校準(zhǔn)脈沖固有 的隨機(jī)抖動和電壓調(diào)整晶體振蕩器,出頻率在數(shù)字鑒頻器g可見分 辨率下的隨機(jī)緩慢漂移。
/T:的估算精度依賴于M的選擇，并且較大的M會導(dǎo)致慢的閉
環(huán)控制響應(yīng)時(shí)間和更好的估計(jì)精度。如果不希望選擇較大的M值而希 望有更好的估計(jì)精度，可以提高數(shù)字鑒頻器g的工作頻率至K倍，而 使得分頻器g的輸出頻率與期望頻率相同。在相同估計(jì)精度條件下， K和M之間的等效理論換算關(guān)系如下-
(9)
根據(jù)計(jì)算得到的當(dāng)前電壓調(diào)整晶體振蕩器D^出頻率估計(jì)值
/T:與理想輸出頻率之間的誤差差，圖1中數(shù)字均值濾波和控制裝置
0的控制裝置可以采用已知的任何反饋控制算法確定減少此誤差所 需的控制輸出。利用數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器g的數(shù)字量到模擬信號 轉(zhuǎn)換功能,可以將數(shù)字均值濾波和控制裝置g的控制裝置最終確定的 控制量輸出為模擬信號。該模擬信號經(jīng)過模擬低通濾波器0的低通濾 波后，用于平滑的控制電壓調(diào)整晶體振蕩器0的頻率調(diào)整端。
根據(jù)當(dāng)前電壓調(diào)整晶體振蕩器0的閉環(huán)頻率調(diào)整結(jié)果，數(shù)字均值 濾波和控制裝置U的控制裝置輸出控制量的步長和比例因子是可變 的，以便同時(shí)滿足快速收斂和低殘留誤差。
數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器g的輸出應(yīng)該滿足電壓調(diào)整晶體振蕩 器,率調(diào)整控制所需的直流偏置點(diǎn)、動態(tài)范圍、分辨率和響應(yīng)速度。
數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器,出的直流偏置點(diǎn)應(yīng)該位于電壓調(diào)整晶
體振蕩器0頻率調(diào)整控制的中心點(diǎn)^^,動態(tài)范圍應(yīng)該滿足實(shí)際頻 率偏差范圍，電壓分辨率應(yīng)該滿足頻率調(diào)整精度要求。另外為保證頻 率校正環(huán)路的有效收斂，數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器g的輸出曲線還必
須是單調(diào)而且不能丟碼；電壓調(diào)整晶體振蕩器0的頻率調(diào)整曲線也必 須是單調(diào)的。
數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器g的動態(tài)范圍K，^、位寬N和最小分 辯電壓A應(yīng)該滿足下述關(guān)系- 「—= ^^±2"\& (10)
數(shù)字均值濾波和控制裝置5的控制裝置在檢測到電壓調(diào)整晶體
振蕩器0輸出頻率處于0. lpp姐收斂范圍內(nèi)并保持一段時(shí)間后，讀取 溫度傳感器g的當(dāng)前環(huán)境溫度參數(shù)，并將與之對應(yīng)的當(dāng)前控制參數(shù)和 更新入本地非易失參數(shù)存儲表0中。圖2的裝置在正常運(yùn)行過程中， 當(dāng)出現(xiàn)GPS失步而無校準(zhǔn)脈沖輸出時(shí)，數(shù)字均值濾波和控制裝置§ 的控制裝置會利用非易失參數(shù)存儲表0中的樣本點(diǎn)開環(huán)補(bǔ)償下述短 期因素引發(fā)的電壓調(diào)整晶體振蕩器0晚出頻率變化
a)電壓調(diào)整晶體振蕩器0供電電源隨溫度變化而導(dǎo)致的頻率誤
b)電壓調(diào)整晶體振蕩器l^f、境溫度變化而引起的頻率誤差； 本發(fā)明的開環(huán)補(bǔ)償特性使得最終產(chǎn)品在長期連續(xù)工作條件下具 備一種短期故障魯棒特性，本地非易失參數(shù)存儲表0中積累的學(xué)習(xí)數(shù) 據(jù)越多，越能夠容忍更長時(shí)間的GPS故障。但是對于電壓調(diào)整晶體振 蕩器0長期使用老化引起的頻率偏移現(xiàn)象，此開環(huán)方法受到限制，而 必須與常規(guī)的閉環(huán)工作模式相結(jié)合使用。
圖1中的分頻器g是可選功能，更高的數(shù)字鑒頻器工作時(shí)鐘可以 支持進(jìn)一步改善閉環(huán)頻率校準(zhǔn)的精度。但是數(shù)字分頻的輸出頻譜中包
14
含較多的近端雜散和低階諧波成分，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)才能作為某些TDD 類型射頻子系統(tǒng)的本地參考源使用。
圖1中的驅(qū)動器g應(yīng)該具備高輸入電阻和低輸出阻抗特性,考慮 與射頻子系統(tǒng)的阻抗匹配要求，輸出阻抗應(yīng)該為50歐姆。
圖1中收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置^]的特點(diǎn)是利用本發(fā)明中的電壓
調(diào)整晶體振蕩器io渝出時(shí)鐘和通用的可編程二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生與
TDD移動通信底層符號速率成整數(shù)倍關(guān)系的控制脈沖寬度和相位。收 發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置0可以產(chǎn)生用于TDD射頻子系統(tǒng)的收、發(fā)通道
使能控制信號，也可以產(chǎn)生滿足頻譜雜散要求的發(fā)射機(jī)關(guān)閉信號。對 應(yīng)TDD移動通信系統(tǒng)物理層標(biāo)準(zhǔn)特有的時(shí)域發(fā)射功率模板控制，收發(fā) 控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置0可以用于對應(yīng)增益控制環(huán)路的啟動、復(fù)位和時(shí) 序控制。
圖6給出一種典型TDD無線通信制式SCH!A的收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù) 裝置輸出波形實(shí)例。SCDMA的物理層符號速率為409. 6Kbps,采用的 電壓調(diào)整晶體振蕩器0標(biāo)稱輸岀頻率為12.8MHz，基站收、發(fā)幀寬度 為5毫秒，保護(hù)時(shí)隙^]寬度為390.625微秒。 收發(fā)幀計(jì)數(shù)值=5鵬)<12.8^& = 64000 (11) 保護(hù)時(shí)隙計(jì)數(shù)值-390.625usxl2.8M^r-5000 (12)
公式(9)對應(yīng)的收、發(fā)使能信號脈沖寬度計(jì)數(shù)@和收使能信號脈 沖寬度計(jì)數(shù)回可以非常容易的采用16位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和數(shù)字比較器 組合實(shí)現(xiàn)。公式(10)對應(yīng)的保護(hù)時(shí)隙§]計(jì)數(shù)值可以采用13位二進(jìn)制 計(jì)數(shù)器和數(shù)字比較器組合實(shí)現(xiàn)。采用此方法得到的控制時(shí)序信號定時(shí)
精度優(yōu)于+碼片速率。
圖7給出一種典型TDD無線通信制式TD-SCDMA的收發(fā)控制時(shí)序 計(jì)數(shù)裝置輸出波形實(shí)例。TD"SCDMA的物理層符號速率為1.28他ps， 選擇電壓調(diào)整晶體振蕩器|>稱輸出頻率為12.8朋2?？梢钥闯?，由
于電壓調(diào)整晶體振蕩器0標(biāo)稱輸出頻率與TD-SCDMA物理層符號速率 成整數(shù)倍關(guān)系，簡化了收、發(fā)使能信號計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)，控制時(shí)序信號
定時(shí)精度為^碼片速率。
以12.8朋z的本地參考頻率為例，本發(fā)明的設(shè)計(jì)在 -40， (T+80' C工作范圍閉環(huán)運(yùn)行時(shí)頻率穩(wěn)定度優(yōu)于0.01ppn/24小 時(shí)，在整個產(chǎn)品的生命運(yùn)行周期可以實(shí)現(xiàn)與GPS星上時(shí)鐘相匹配的長 期穩(wěn)定度。電壓調(diào)整晶體振蕩器0瑜出驅(qū)動后輸出至射頻子系統(tǒng)的本 地參考源信號相噪優(yōu)于-130dBc/Hz瞎lKHz offset 。
基于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品，通過配置軟件、硬件運(yùn)行參數(shù)和選擇不 同標(biāo)稱頻率電壓調(diào)整晶體振蕩器([]的器件，能夠方便的滿足 lMHz 100MHz之間的TDD微波直放站應(yīng)用需求。
本發(fā)明的技術(shù)方案性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長，成本低，市場前 景好。
權(quán)利要求
1、一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生方法包括以下步驟(1)GPS校準(zhǔn)脈沖和本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的輸出送入數(shù)字鑒頻器，得到本地參考源信號的頻率估計(jì)采樣點(diǎn)。(2)數(shù)字鑒頻器輸出的頻率估計(jì)采樣點(diǎn)被數(shù)字濾波后，得到對應(yīng)的頻率誤差估計(jì)參量。(3)數(shù)字控制裝置根據(jù)上述估計(jì)參量確定對應(yīng)控制輸出的步長、偏移量和比例因子。(4)該數(shù)字域控制輸出被DAC接口轉(zhuǎn)化為模擬控制信號，低通濾波后送至本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的頻率調(diào)整端。(5)上述1～4過程重復(fù)進(jìn)行，直至本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的輸出頻率滿足精度要求。(6)當(dāng)前控制環(huán)路收斂后的控制參量和當(dāng)前環(huán)境溫度被更新入本地非易失存儲器鐘開環(huán)控制參數(shù)表。(7)當(dāng)GPS失去同步條件下，數(shù)字控制器會利用本地非易失存儲器的開環(huán)控制參數(shù)表內(nèi)容內(nèi)插后得到本地電壓調(diào)整晶體振蕩器頻率調(diào)整控制信號。(8)控制環(huán)路收斂后，本地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出信號利用收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置產(chǎn)生用于射頻子系統(tǒng)的收使能、發(fā)使能信號。(9)控制環(huán)路收斂后，本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的輸出信號經(jīng)過分頻器和50歐姆驅(qū)動器后，送至射頻子系統(tǒng)作為本地參考源信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本 地參考信號產(chǎn)生方法，其特征是所述GPS校準(zhǔn)脈沖和本地電壓調(diào)整晶 體振蕩器輸出時(shí)鐘同時(shí)送入數(shù)字鑒頻器，鑒相輸出經(jīng)過數(shù)字濾波后轉(zhuǎn) 換為模擬控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本地電壓調(diào)整晶體振蕩器的閉環(huán)頻率調(diào)整。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生方法，其特征是所述控制環(huán)路收斂后，以本地電壓調(diào) 整晶體振蕩器時(shí)鐘為輸入的控制計(jì)數(shù)器，輸出高精度脈沖作為射頻子 系統(tǒng)收、發(fā)控制時(shí)序信號，同時(shí)本地電壓調(diào)整晶體振蕩器時(shí)鐘輸出經(jīng) 過隔離、分頻和驅(qū)動后，送至射頻子系統(tǒng)作為低相噪射頻參考源信號。
4、 一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生裝置包 括-電壓調(diào)整晶體振蕩器、數(shù)字鑒頻器、溫度傳感器、非易失皿參 數(shù)存儲表、數(shù)字均值濾波和控制器、數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器、模擬 低通濾波器、本地參考信號分頻器、本地參考信號輸出驅(qū)動器和收發(fā) 控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置。其中，電壓調(diào)整晶體振蕩器可以是任何支持電參數(shù)頻率微調(diào)晶體 振蕩器類型，頻率調(diào)整范圍應(yīng)該覆蓋可能的晶體振蕩器固有偏移。溫度傳感器可以是任何將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓、電流或電阻參數(shù) 的傳感器類型，并且工作范圍應(yīng)該覆蓋可能的電壓調(diào)整晶體振蕩器溫 度漂移范圍。非易失溫度參數(shù)存儲表可以是任何滿足多次擦除和改寫操作的 存儲器類型，并且其容量應(yīng)該覆蓋可能的本地電壓調(diào)整晶體振蕩器工 作溫度范圍。數(shù)字均值濾波和控制器可以是任何下述類型用于減少誤差信號 的自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最小均方(LMS)、遞歸最小均方(RLS)和 卡爾曼濾波(Kal邁an)。數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器可以是任何形式將數(shù)字參數(shù)按照一定 函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為模擬電壓、電流和電阻參數(shù)的實(shí)現(xiàn)形式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生裝置，其特征是所述數(shù)字鑒頻器是用于取出本地電壓 調(diào)整晶體振蕩器輸出時(shí)鐘與GPS校準(zhǔn)脈沖之間的定時(shí)誤差，并將此定 時(shí)誤差中轉(zhuǎn)換為的隨機(jī)頻率漂移誤差采樣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本 地參考信號產(chǎn)生裝置，其特征是所述模擬低通濾波器在用于產(chǎn)生平滑 的控制信號的同時(shí)，不應(yīng)該對混合控制環(huán)路的時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生顯著影 響。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本 地參考信號產(chǎn)生裝置，其特征是所述本地參考信號分頻器用于整數(shù)倍 的降低輸入?yún)⒖夹盘栴l率，并且保持相位噪聲不產(chǎn)生惡化。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本 地參考信號產(chǎn)生裝置，其特征是所述本地參考信號輸出驅(qū)動器用于滿 足常見的射頻50歐姆阻抗匹配要求。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本 地參考信號產(chǎn)生裝置，其特征是所述收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置通過對本 地電壓調(diào)整晶體振蕩器輸出頻率計(jì)數(shù)和比較，產(chǎn)生精確的、可配置和 可重復(fù)的射頻收發(fā)控制時(shí)序脈沖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于TDD移頻直放站的高穩(wěn)定本地參考信號產(chǎn)生方法和裝置，方法包括步驟利用GPS同步后產(chǎn)生的時(shí)鐘校準(zhǔn)脈沖，對本地參考信號進(jìn)行數(shù)字鑒頻，鑒頻輸出的頻率估計(jì)采樣被數(shù)字均值濾波以產(chǎn)生頻率估計(jì)參數(shù)；該誤差校正控制參數(shù)與當(dāng)前環(huán)境溫度檢測量相結(jié)合后，被變換至模擬信號輸出；此模擬信號經(jīng)過模擬低通濾波后用于控制電壓調(diào)整晶體振蕩器的工作頻率，從而最終實(shí)現(xiàn)本地參考信號頻率的閉環(huán)控制調(diào)整。裝置包括電壓調(diào)整晶體振蕩器，數(shù)字鑒頻器，溫度傳感器，非易失溫度參數(shù)存儲表，數(shù)字均值濾波和控制器，數(shù)字量至模擬信號轉(zhuǎn)換器，模擬低通濾波器，本地參考信號分頻器，本地參考信號輸出驅(qū)動器，收發(fā)控制時(shí)序計(jì)數(shù)裝置。
文檔編號H04B7/26GK101106413SQ200610036540
公開日2008年1月16日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者明 趙 申請人:深圳市亞勝科技有限公司