專利名稱：用于識別信令信道的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及信令信道識別，特別涉及在接收機中改進信令信道識別的方法和裝置。
射頻((RF)接收機例如在蜂窩無線電話收發信機中使用的那些接收機都在預定的信令信道中接收信號。每個信道都有特定的信號頻率范圍。有能力在一條以上信令信道上接收信號的接收機典型地識別一條正在傳送信息的信道。
在蜂窩系統中，稱為“基站”的固定現場的收發信機提供其包圍覆蓋范圍(通常稱為“網孔”)內的通信。基站通過預選信令信道在其網孔內與移動站通信。由于移動無線電話機由用戶隨身攜帶，所以它能從一個網孔到一個網孔移動。當移動電話機移到一個新基站的覆蓋范圍內時，它必須識別與那個新基站關聯的一條新的信令信道。為了識別一個正由一個基站發送信號的信道，該移動站掃描預定的信令信道，并且識別出具有最大能量的兩個信令信道。
現有的系統所遇到的一個困難是一個信道(圖3，A)上的強信號會泄露到鄰近信道(B和C)中去。鑒此，如果正確的信通是A和D，而且對信道A和C的接收信號強度識別(RSSI)測量值是最大值，則接收機將會錯誤地選擇信道A和C。在這兩個最強信道被識別之后，蜂窩電話就會在那兩個信道上嘗試通信。如果接收機已經選擇了錯誤的信道，該接收機就不能夠和基站通信。然而，這已經太晚了不能嘗試識別其它的信道了。這是因為有嚴格的時限的限制，在該時限內為使得在從舊網孔到新網孔越區切換期間服務的任何間隙減至最小，該蜂窩電話必須鎖定到新的信道上。
某些收發信機所遇到的另一個困難是它們需要一個只有很小容限(例如，2.5ppm容限)的振蕩器，而具有如此小容限的振蕩器是十分昂貴的。然而，如果移動站收發信機鎖定于從基站接收的信號上，則大容限振蕩器能夠用以作為移動站的時基。這樣的系統要求在移動站收發信機發送信號之前接收機應鎖定于輸入的信號上。于是在這樣的收發信機中基站信令或通信信道應該快速準確地被識別出來，這是一條準則。
據此，現在需要一個能在信道掃描期間利用能量測量進行可靠快速的識別信令信道的系統。
圖1示出其內體現了本發明的一種收發信機的電路原理圖；圖2示出在根據圖1所示的收發信機中使用的一種合成器的電路原理圖；和圖3示出利用一個先有技術的系統所進行的信道能量測量的圖解。
在信道處于掃描方式期間，接收機識別信令信道。在此期間接收機濾波器的通帶變窄和/或本地振蕩器的相位鎖定于該接收機基準振蕩器。在通信方式期間，濾波器的通帶變寬并且本地振蕩器的相位鎖定于輸入信號上。在信道掃描方式期間正確地識別信令信道的概率明顯增加而無通信方式期間接收機性能劣化的現象。
圖1示出接收機100，其內體現了本發明。接收機與天線102相耦合以使射頻信號經其發射出去。所示的接收機只是蜂窩電話收發信機的一部分，包括連接在麥克風101與天線102之間的發射機103。雖然示出了經由天線102與基站(未被示出)進行通信的無線電話收發信機中的接收機100，但本發明可方便地用于其它系統的其它接收機。
接收機100包括一個濾波器104，通過導線106與天線102相連接。濾波器104具有寬的通帶，以使已知的相兼容的基站所工作頻帶內的所有信號都能通過。
濾波器104的輸出通過導線108與混頻器110的第一輸入端相連接。混頻器110的第二輸入端通過導線114與振蕩器112相連。振蕩器112具有一個控制輸入端通過導線115與微控制器113相連接。振蕩器是一個可變頻率電路，可用任意合適的電路例如壓控振蕩器來實施。
混頻器110的輸出端通過導線117與濾波器116的輸入端相連接。濾波器116是一個晶體中頻濾波器，它具有固定的中心頻率fc和大約一個信道寬度的通帶。
中頻濾波器116的輸出端通過導線120與可變增益放大器118相連接。可變增益放大器118具有一個控制輸入端，通過導線124與自動增益控制發生器122相連接。該放大器118的增益按照常規的方式、與該接收機的輸出成比例地變化。
放大器118的輸出端與下變頻器127相連接。下變頻器127包括一個同相混頻器128、一個90°相移混頻器132和90°相移發生器134。放大器118通過導線130和136分別與混頻器128和132的第一輸入端相連接。混頻器128和132的第二輸入端通過導線138和140分別與90°相移發生器134的對應的輸出端相連接。在導線138和140上輸入到混頻器128和132的信號在相位上相差90°。混頻器128和132在其輸出端產生相位相差90°的低頻正交信號。
90°移相發生器包括一個內部振蕩器(圖中未被示出)，它鎖定到振蕩器142上，振蕩器142與開關139相連。開關139耦合到濾波器116的輸出端或基準振蕩器電路137上。基準振蕩器電路包括一個固定頻率振蕩器，它具有預定容限和用以根據振蕩器頻率產生其它頻率的電路。在掃描期間，控制器113控制開關139，以使振蕩器142的相位鎖定在基準振蕩器上。由振蕩器142輸出的固定頻率信號被設定到一個固定頻率上，例如，被設定大約fc或fc＋△f，其中△f是加在fc上的一個常數。這樣，在信通掃描方式期間，90°相移發生器鎖定到一個固定頻率上，而不會隨著輸入信號漂移。通過將振蕩器142鎖定到一個固定頻率上，混頻器128和132輸出的信號將保持穩定。雖然某些失真是因振蕩器142鎖定到基準信號上造成的，但這種失真不會明顯地影響接收信號強度識別(RSSI)的測量。
完成信道掃描且識別出最強信道之后，微控制器113控制開關139耦合振蕩器142、113實現相位鎖定在輸入信號上。在通信方式狀態下，振蕩器142的相位鎖定于濾波器116輸出的強輸入信號。通過將該振蕩鎖定于輸入信號，使由輸入信號相對于接收機時鐘的漂移不會造成失真。
混頻器128和132通過導線141和143分別與濾波器145和144相連接。濾波器145和144是可編程低通濾波器。這些濾波器是可編程的，以改變其通帶，并且可以使用開關式電容器濾波器來實施。申請人發現截止頻率可以減少50％，但最好是減少60％。
濾波器的輸出在上變頻器146進行上變頻。上變頻器包括混頻器148和150，它們通過導線152和154分別與濾波器145和144相連。混頻器148和150與連接到本地振蕩器157的90°移相發生器155相連。在實踐中簡化成為預先選定振蕩器157，以使振蕩器148和150產生輸出信號。
上變頻器146的輸出端通過導線158和160與附加處理電路159相連。該處理電路的輸出驅動蜂窩電話中的揚聲器161。
上變頻器的輸出端還與自動增益控制發生器122相連接。自動增益控制發生器122中的接收信號強度識別(RSSI)電路在導線168上產生一直流信號。該RSSI信號檢測器利用增益控制信號和一個整流器。對低于閾值電平的低電平信號，設定放大器118的增益控制信號為其最大值并且對RSSI測量無影響。據此，整流器完整地RSSI輸出。對高于閾值的信號，RSSI信號對增益控制信號起相反的作用。該信號能量檢測器可以利用任何合適的信號電平檢測電路來實施，其輸出信號與輸入信號成正比。
在一種實踐簡化方案中，濾波器104有一個約為917MHz到950MHz的通帶。為使掃描起作用，振蕩器112的頻率輸出按25KHz的增量從1031MHz到1064MHz之間變化。濾波器116的中心頻率fc約為114MHz，該濾波器的通帶是25KHz。本領域內的技術人員承認，選擇25KHz帶寬用于具有25KHz帶寬的頻道的基站。對于具有其它帶寬(例如，30KHz帶寬)信道的基站，通帶就被設定在那個頻率范圍內(例如，30KHz)。在這個簡化的實踐中，在通信方式期間濾波器的截止頻率被編程為約17KHz，例如為17.5KHz。在掃描操作期間，該截止頻率被減到約10KHz，例如10.5KHz。上變頻器的輸出約130KHz，可選為131.25KHz。
在操作過程中移動站的接收機100在該站進入一個新的網孔并且始發一個呼叫之前，應識別一個基站的一個信令信道。由于在掃描方式期間要檢測合適的信道，所以在掃描方式之前就要由信號處理器113將控制信號C1和C2分別調整到低通濾波器145和144的截止頻率上。振蕩器142受微控制器113和開關139的控制而將相位鎖定在接收機的內部時鐘上。
在振蕩器142和低通濾被器144、145都轉換到掃描方式狀態之后，由濾波器144和145的輸出都按掃描方式監控。所接收的信號通過包括濾波器104、振蕩器112和混頻器110的輸入電路得以處理。輸入電路的輸出由帶通濾波器116進行濾波，通過一個選擇的信道。該信道使用第一本地振蕩器112選擇，該振蕩器被控制，以使在該信令信道頻帶內步進。在簡化的實踐方案中，振蕩器以25KHz的增量在1031MHz到1064MHz內掃描。每次增量即步進時，濾波器104的輸出信號與振蕩器信號混合，以在濾波器116的通帶內產生信號的濾波器104所輸出的信號的頻率都改變。這樣，1031MHz的振蕩器信號頻率和917MHz輸入信號將在濾波器的輸出產生一個114MHz信號并通過濾波器116。在每次振蕩器頻率步進時，濾波器104輸出端的不同信號將在濾波器116的通帶內產生相應的信號并會通過該濾波器。振蕩器112和混頻器110起著可變頻率移動器的作用，該移動器將一個信道移到濾波器116的通帶內。濾波器116將其它信號移出那個信道，也就是說移動器和濾波器116起一個信道選擇器的作用。
輸入電路的輸出由放大器118放大。該放大器輸出送到一個頻率變換器電路或稱控制電路，該電路包括一個下變頻器127和一個上變頻器146。下變頻器127在導線141上產生一個低頻同相分量，在導線143上產生一個低頻正交分量。下變頻器的頻率受本地振蕩器的控制，為了保證掃描期間該下變頻器的輸出不漂移且進入一基站信道，下變頻器頻率的相位鎖定于接收機時鐘。
混頻器128、132的輸出由包括低通濾波器145和144的濾波器電路濾波。該低通濾波器的截止頻率在掃描方式時減小。在掃描期間濾波器輸出的信號頻率接近于導線115上的信道選擇器控制信號所選擇的信道的中心頻率。這就減少了從強信通泄漏的能量，這種泄漏會引起鄰近信道的錯誤測量。濾波器電路的輸出被上變換到輸出端158和160上的一個預定頻率。
能量測量由連接到能量檢測器162的控制器113來作。當能量低于一個閾值電平，例如90dB，RSSI測量直接從一個整流器(未被示出)的輸出進行測量。當能量超過閾值電平時，增益控制信號的輸出會變化，這個變化的信號和該整流器的輸出信號被用于測量一個信道中的輸入信號電平。
掃描結束時，振蕩器112由控制器113被設置來選擇在信道掃描方式期間具有最大信號強度的兩個信道。通過控制輸入C1和C2控制濾波器144和145使其具有通信方式的較高的截止頻率。另外，將本地振蕩器142轉換到通信方式，其相位鎖定于輸入信號，這是因為如果鎖定于固定頻率，則濾波器和振蕩器會引入失真，而失真會使收發信機變得不能夠接收信號。通過加寬濾波器144和145的通帶以及將該電路返回到對輸入信號相位鎖定，就會獲得高質量的通信。
申請人認識到由鎖定于接收機時鐘的本地振蕩器142所引入的失真會減少錯誤信號測量的數目。通過減小接收機的通帶，特別是減小濾波器144和145的通帶，會獲得接收信號強度(RSSI)測量的精確性方面的更大的改進。這是由于在窄中頻(IF)帶寬內得到的功率具有低數據調制指數(在比簡化的實際方案中，約為0.8)。
圖2示出合成器200，該合成器控制本地振蕩器的頻率，它包括基站振蕩器202和本地振蕩器204(也就是振蕩器112、142和/或發射機振蕩器(未被示出))除以M的除法器208與基準振蕩器202的輸出端相連接，除以N的除法器210與本地振蕩器204的輸出端相連接。除法器208和210可在微控制器113(圖1)中實現。基準頻率除以M，本地振蕩器的頻率除以N，N和M都被編程，以使這些振蕩器可以變化。
頻率比較器212與除法器208和210相連接。該比較器比較除法器208和210的輸出。比較結果是一個誤差信號。該誤差信號驅動本地振蕩器的調諧部分。比較器212可用任何合適的電路實現。采用具有脈沖增減調節電壓的相位檢測器的也可以使用這種電路，這種電壓驅動一個電荷泵以將電壓轉換成電流。一個環路濾波器(可使用低通濾波器實現)與該電荷泵的輸出端相連接。濾波器對脈沖濾波并且將脈沖轉換或直流電壓。該直流電壓驅動本地振蕩器，其輸出頻率是該直流電壓的函數。
為了調整振蕩器頻率，調節除法器210直到其輸出頻率等于除法器208的輸出(被M除的基準振蕩器頻率)。這些除法器輸出頻率由于除法器的限制并不完全相等，但它們在一個除法器步進內。基準振蕩器是用于頻率產生系統的基準，例如是2.5ppm(百萬分之幾)振蕩器。如果基準振蕩器差(be off by)2.5ppm，則本地振蕩器也差2.5ppm。
一個合成器(如圖2所示的合成器200)用于產生發射機103(圖1)的發送頻率。發射機中基準振蕩器202的輸出被傳送到發送振蕩器合成器，為了改進發送信號的準確度到接收頻率的準確度(這里是指基站的發送頻率)，采用合適的裝置例如數/模變換器(DAC，圖中未示出)對基準振蕩器的頻率進行調整。控制器113控制DAC輸出一個信號，該信號驅動基準振蕩器202上的調諧線(未被示出)。DAC信號通過改變振蕩器的輸出頻率來調諧基準振蕩器，直至移動站的發送頻率基本上被改進到接近基站的發送頻率容限(在DAC的限制內)。基站的發送頻率容限從基站信令信道中接收的信號獲悉得，即在掃描方式期識別出。為此，5ppm容限的基準振蕩器就能被改進到接近基站的發送信號頻率容限，取典型值約0.25ppm。
人們將會認識，含有基站發送信號的信令信道可使用校正或未校正的基準振蕩器容限來識別，這取決于該基準振蕩器是否調諧到先前的接收信號。只有在準確地識別出接收信號信道之后，該基準振蕩器才按照當前接收的信號(也就是當前基站發送信號)來調諧。通過使接收機濾波器的通帶變窄，未經校正的較高容限的基準振蕩器可被用以作為本地振蕩器的時基，仍能實現準確識別信令信道。
眾所周知，移動無線電話中所接收的信號用以作為發射機操作的時基。當基站信號是處于所要求的容限內時，這樣做是為了使發送信號符合容限要求。在這樣的系統中，移動站能發送信號之前，移動站的本地振蕩器必須鎖定在所接收的信號上。然而，收發信機必須準確地識別信令信道并在該收發信機的本地振蕩器相位鎖定于接收信號之前接收來自基站的數據。中請人發現，通過減少中頻濾波波器116和/或濾波器144和145的帶寬，收發信機中基準振蕩器容限要求可以放寬，而信道掃描測量的精確度獲得明顯的改進。為此，前述的振蕩器對于30MHz信道帶寬要求2.5ppm容限并在掃描期間使用30MHz的帶寬。申請人將中頻濾波器的通帶減小到其原始帶寬的20％至60％(例如，減到10MHz)，便增加了振蕩器容限(例如，增加到5—10ppm)，并且在掃描精確度方面驚人地獲得了明顯的改進，這就允許一個高容限振蕩器(例如5ppm—10ppm的振蕩器)被用以作為收發信機的基準振蕩器，從而明顯地降低了造價。
本發明通過消除電信號能量向鄰近信道泄漏而造成的測量誤差，克服了先有技術系統所遇到的困難。具體地說，根據本發明的一個方面，在掃描期間接收機相位鎖定于一個固定頻率(例如，本地振蕩器相位鎖定于fc＋△f的信號)。根據本發明的另一個方面，通過在信道掃描期間控制一個低通濾波器的截止頻率或使中頻帶通濾波器的通帶變窄來使接收機的頻帶在掃描期間變窄。
權利要求
1.一種接收機，該接收機在掃描方式時識別的信令信道上進行通信，其特征在于，包括一個輸入電路，該電路具有一個信號輸入端，被連接以接收來自一個信號源的射頻信號，一個控制輸入端，用以接收信道選擇信號，以及一個輸出端，該輸入電路根據信道選擇信號產生一個輸出；一個濾波器電路，與該輸入電路相耦合，該濾波器電路具有一個可調整的通帶，響應通帶控制信號的輸入該通帶隨之變化；一個信號能量測量電路，與該濾波器電路的輸出端相耦合，用以測量信號的能量；和一個控制器，與該輸入電路和該濾波器電路相耦合，該控制器產生信道選擇信號，該控制器還產生不同的通帶控制信號，以在掃描方式期間該濾波器電路的通帶變窄，在通信方式期間該濾波器電路的通帶變寬。
2.根據權利要求1所述的接收機，其特征在于，進一步包括一個帶通濾波器，與該輸入電路相耦合，其通帶基本上等于該信令信道的帶寬。
3.根據權利要求1所述的接收機，其特征帶在于，進一步包括一個頻率變換電路，與輸入電路和濾波器電路相耦合，以改變該輸入電路的信號輸出的頻率，該頻率變換電路包括一個控制輸入端，用于接收一個方式控制信號，該頻率變換電路響應該方式控制信號，輸出一個信號其相位鎖定于接收信號的頻率或者鎖定于一個固定的基準振蕩器的頻率。
4.根據權利要求3所述的接收機，其特征在于，所述的控制器與該頻率變換電路的控制輸入端相耦合，該控制器控制該頻率變換電路，以使其相位在通信方式期間鎖定于接收的信號，在掃描方式期間鎖定于基準振蕩器。
5.根據權利要求4所述的接收機，其特征在于，所述的頻率變換電路包括一個下變頻器和一個上變頻器，其中所述的濾波器電路包括一個低通濾波器，耦合在下變頻器與上變頻器之間。
6.一種射頻信號接收接收機，該接收機在掃描方式時掃描信道以識別信令信道，在通信方式時在所識別的通信信道上進行通信，其特征在于，包括；一個輸入電路，該電路具有一個信號輸入端，被連接以接收來自一個射頻信源信號，一個控制輸入端，用以接收信道選擇信號，以及一個輸出端，在該輸出端上輸出一個與信道選擇信號有關的信號；一個頻率變換電路，與輸入電路的輸出端相耦合，用以控制該輸入電路的輸出信號的頻率，該頻率變換電路包括一個控制輸入端，用以接收一個方式控制信號，該頻率變換電路響應該方式控制信號，輸出一個信號，該輸出信號的相位鎖定于接收信號的頻率上或鎖定于一基準振蕩器的頻率上。一個信號能量測量電路，與頻率變換電路相耦合，用以測量信號能量；和一個控制器，與輸入電路和頻率變換電路相耦合，該控制器在掃描方式期間調整信道選擇信號，以改變接收機的信道，該控制器改變方式選擇信號，以使頻率變換電路的輸出信號的相位在通信方式期間鎖定于接收的信號，該頻率變換電路的輸出信號的相位在信道掃描方式期間鎖定于本地振蕩器。
7.根據權利要求6所述的接收機，其特征在于，所述的頻率變換電路包括一個受控振蕩器；所述的方式選擇信號控制該受控振蕩器，以使其相位在通信方式期間鎖定于接收的信號，在掃描方式期間鎖定于基準振蕩器。
8.根據權利要求7所述的接收機，其特征在于，所述的頻率變換電路包括一個混頻器，該混頻器具有一個與受控振蕩器相耦合的輸入端和一個與該輸入電路的輸出端相耦合的輸入端。
9.根據權利要求8所述的接收機，其特征在于，包括一個可編程的濾波器電路，該電路與頻率變換電路相耦合。
10.根據權利要求9所述的接收機，其特征在于，所述的頻率變換器電路包括一個下變頻器和一上變頻器，其中所述的可編程的濾波器電路包括一個濾波器，該濾波器連接在上變頻器和下變頻器之間。
全文摘要
接收機(100)有信道掃描方式和通信方式兩種操作方式。在信道掃描操作方式時，濾波器(145，144)的通帶比在通信操作方式時濾波器的通帶窄。按照其電路的另一方面，在信道掃描期間，本地振蕩器(112，142，157)的相位鎖定于內部時鐘(137)，在通信方式操作期間，其本地振蕩器鎖定于輸入的信號。
文檔編號H03J3/08GK1128092SQ95190380
公開日1996年7月31日 申請日期1995年2月23日 優先權日1994年5月2日
發明者閔黃東, 多納德·阿瑟·道爾西, 羅伯特·邁克爾·約漢遜 申請人:摩托羅拉公司