用于自动频率控制的具有重叠阈值的迟滞非线性状态机

摘要

本发明提供了一种用于对无线移动设备接收机中的压控振荡器(VCO)的控制环路进行非线性频率控制跟踪的方法和设备。基于与所接收的射频信道相关联的一个或多个信道质量指示符来确定信道度量，并确定与控制环路的当前操作状态相关联的状态度量。确定与所确定的信道度量相关联的一个或多个状态度量阈值，提供操作状态之间的迟滞，其中，每一个状态度量阈值与向控制环路的可能操作状态的转移相关联。控制环路从当前操作状态转移至与所超过的状态度量阈值相关联的操作状态。向控制环路的自适应环路滤波器提供系数，其中，所述系数与转移后的操作状态相关联。

说明书

技术领域

本公开涉及无线移动设备中的频率跟踪，具体涉及在频率跟踪过程中改进压控振荡器的自动频率控制中的跟踪性能。

背景技术

在无线移动设备中，与所接收的射频信道的同步需要用于压控振荡器(VCO)的自动频率控制(AFC)的传统非线性控制系统。这需要依赖于无线设备操作状态的频繁切换或校正。不同阶段(如初始化、小区切换或深信道衰落)期间RF信道质量的可变性可能需要在控制状态之间频繁的来回切换，这可以导致跟踪过程中的不稳定性和相位抖动。在VCO控制系统中，适配过程中对滤波器系数的调整必须确保瞬态和稳态响应的最优跟踪性能以及稳定性。不能基于无线设备中的当前操作状态来提供适当的滤波器系数会导致处理延迟和低效的资源利用。

相应地，仍高度地期望实现改进的自动频率控制的方法和设备。

发明内容

根据本公开，提供了一种对无线移动设备接收机中的压控振荡器(VCO)的控制环路进行非线性频率控制跟踪的方法。基于与所接收的射频信道相关联的一个或多个信道质量指示符来确定信道度量。确定与控制环路的当前操作状态相关联的状态度量。确定与所确定的信道度量相关联的一个或多个状态度量阈值，所述一个或多个状态度量阈值是从分别与从当前操作状态至控制环路的可能操作状态的转移相关联的多个状态度量阈值中选择的。然后，基于所确定的状态度量来确定是否超过所述一个或多个状态度量阈值之一，其中，所述状态度量阈值是针对每个操作状态之间的每个转移而定义的。然后，控制环路从当前操作状态转移至与所超过的阈值相关联的操作状态。向控制环路的自适应环路滤波器提供至少一个系数，所述至少一个系数与转移后的操作状态相关联。与操作状态相关联的状态度量阈值提供公共操作状态之间的重叠区域，以提供操作状态转移的迟滞。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于提供对无线移动设备的频率发生器中具有压控振荡器(VCO)和自适应环路滤波器的控制环路的迟滞非线性频率跟踪的设备。所述设备包括存储器和处理器。所述处理器向自适应环路滤波器提供多个系数中的系数，所述多个系数中的每一个与频率发生器的操作状态相关联。所述操作状态是通过基于与所接收的射频信道相关联的一个或多个信道质量指示符来确定信道度量而确定的。基于控制环路的操作状态来确定与所述控制环路相关联的状态度量。根据存储器中存储的表来确定与所确定的信道度量相关联的一个或多个状态度量阈值，所述一个或多个状态度量阈值是从分别与从当前操作状态至控制环路的可能操作状态的转移相关联的多个状态度量阈值中选择的。基于所确定的状态度量来确定是否超过所述一个或多个状态度量阈值之一，其中，所述状态度量阈值是针对每个操作状态之间的每个转移而定义的。然后，控制环路从当前操作状态转移至与所超过的阈值相关联的操作状态。与操作状态相关联的状态度量阈值提供了公共操作状态之间的重叠区域，以提供操作状态转移的迟滞。

附图说明

结合附图，通过以下具体描述，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1示出了无线通信设备的框图表示；

图2示出了迟滞非线性频率控制环路的表示；

图3示出了在迟滞两状态机中状态转移时使用的重叠阈值的表示；

图4示出了非线性频率跟踪的迟滞三操作状态图；

图5示出了非线性频率跟踪的迟滞四操作状态图；以及

图6示出了迟滞非线性频率跟踪的方法。

应当注意，贯穿附图，类似的特征由类似的参考标记来标识。

具体实施方式

以下仅作为示例参照图1-6来描述实施例。

本公开提供了一种使用状态转移中的重叠阈值来提供对无线设备中的频率发生器的非线性频率跟踪，以造成操作状态之间的迟滞的系统和设备。迟滞状态机在频率跟踪过程期间控制自适应环路滤波器系数。改变自适应环路滤波器系数的能力获得快速瞬态响应以到达稳态，并使环路带宽变窄，以最小化由于有噪声频率估计而引起的输出相位抖动。

图1是结合了具有接收机112和发射机114的通信子系统以及相关联组件的无线移动设备100的框图，相关联组件例如是一个或多个嵌入式或内部天线元件116和118；频率发生器113，还包括用于调谐压控振荡器(VCO)的控制环路；以及如数字信号处理器(DSP)120之类的处理模块。通信子系统的具体设计将依赖于设备预期操作于其中的通信网络，如GSM、CDMA、HSPA或3GPP LTE网络。

无线移动设备100通过在网络102上发送和接收通信信号来执行同步、注册或激活过程。天线116通过通信网络102接收的信号输入至接收机112，接收机112可以执行如下常见接收机功能：信号放大、频率下转换、滤波、信道选择等以及在图1所示的示例系统中的模数(A/D)转换。接收信号的A/D转换允许在DSP 120中执行如解调、解码和同步之类的更复杂的通信功能。

以类似的方式，要发送的信号由DSP 120进行处理(包括例如调制和编码)，并被输入至发射机114以进行数模转换、频率上转换、滤波、放大并经由天线118在通信网络102上发送。DSP 120不仅处理通信信号，而且提供VCO AFC控制以及接收机和发射机控制。

优选地，无线设备100包括无线电处理器111和控制处理器138，一起对设备的总体操作进行控制。DSP 120可以位于无线电处理器111内。通过无线电处理器111来执行通信功能。如果DSP 120与无线电处理器111分离，则可以在处理器之间整体地或部分地共享VCO AFC控制的功能。

无线电处理器111与接收机112和发射机114进行交互，还与订户标识模块164进行交互。无线电处理器111还可以与闪存162、随机存取存储器(RAM)160进行交互，闪存162和随机存取存储器(RAM)160可以是外部组件或集成在无线电处理器111内。

控制处理器138与其他设备子系统进行交互并从扬声器170和麦克风172发送和接收音频，其他设备子系统例如是显示器122、闪存140、随机存取存储器(RAM)136、辅助输入/输出(I/O)子系统128、串行端口130、键盘132或触摸接口、其他通信142、总体表示为144的其他设备子系统。

图1所示的子系统中的一些执行通信相关功能，而其他子系统可以提供“驻留”或设备上功能。显然，一些子系统(例如键盘132和显示器122)可以既用于通信相关功能，例如输入要在通信网络上发送的文本消息，又用于设备驻留功能，例如计算器或任务列表。

优选地，无线电处理器111和微处理器138使用的软件存储在如闪存140和162之类的永久存储器中，永久存储器可以代之以是只读存储器(ROM)或类似的存储元件(未示出)。本领域技术人员应当理解，操作系统、特定设备应用或其部件可以临时加载至如RAM 136和RAM160之类的易失性存储器中。

如图所示，闪存140可以被分为用于计算机程序146、设备状态148、地址簿150、其他个人信息管理(PIM)152和总体表示为154的其他功能的不同区域。这些不同存储器类型指示每个程序可以针对其自身的数据存储要求来分配闪存140的一部分。优选地，除了操作系统功能以外，控制处理器138还实现了对移动台上的软件应用的执行。

对于语音通信，无线移动设备100的总体操作是类似的，只是接收信号优选地将被输出至扬声器170或耳机，以及要发送的信号将由麦克风172产生。还可以在移动网络102上实现如语音消息记录子系统之类的备选语音或音频I/O子系统。

通常，图1中的串行端口130将在个人数字助理(PDA)类型的无线移动设备中实现，对于这种无线移动设备，与用户的台式计算机(未示出)的同步是有利的，但这是可选的设备组件。这种端口130将使用户能够通过外部设备或软件应用来设置偏好，并将通过以不同于通过无线通信网络的方式向无线移动设备100提供信息或软件下载来扩展无线移动设备100的能力。备选的下载路径可以例如用于通过直接因而可靠和可信的连接将加密密钥加载至设备上，从而实现安全的设备通信。

如短距离通信子系统之类的其他设备子系统144是另一可选组件，可以提供无线移动设备100与不同系统或设备(不需要必须是类似设备)之间的通信。例如，子系统144可以包括红外设备以及相关联电路和组件，或者用于提供与具有类似能力的系统和设备的通信的Bluetooth^TM通信模块。

如这里进一步描述的，移动设备100还包括用于控制频率发生器113的迟滞非线性频率跟踪(HNFT)控制器202。

图2提供了具有如无线移动设备100中提供的迟滞非线性频率跟踪(HNFT)控制器的总体控制环路模型。频率发生器113产生提供给接收机112和发射机114的信号。频率发生器113在相位检测器240处将VCO 246的、具有频率(Fout)的输出信号与来自所接收的RF信道的、具有频率(Fin)的输入信号进行比较。将相位检测器240的输出提供给频率估计器242，以估计两个信号之间的频率差。频率估计器242的输出是有噪声的，并需要由自适应环路滤波器244进行滤波。然而，滤波器244的带宽可以通过基于选择用于改进系统性能的滤波器的阶数和类型来提供最优系数而进行调整。

HNFT控制器202模块提供了基于信道度量和状态度量来确定自适应环路滤波器的适当系数的能力。然后，控制环路可以基于无线设备的当前操作环境来从不同操作状态进行改变，以提供更准确的VCO246控制，并限制可由不适于当前信道特性的系数引起的可能的不稳定性和相位抖动。HNFT控制器202从DSP 120接收信道质量指示符，例如但不限于所接收的信道的信噪比、所接收的信道的误比特率、接收信号强度测量以及载波与干扰加噪声比(C/I+N)，以确定信道度量。信道度量可以通过产生一个或多个信道质量指示符的加权函数来确定，其中，信道质量指示符中的每一个分配有用于确定信道度量函数的不同权重。对信道质量指示符的选择可以基于在处理接收信号时信道质量的对DSP而言可用的可能输出数据。此外，对要使用哪个参数的决定可能涉及接收信号类型或者与无线设备在网络上的操作相关联的RF特性。

还基于接收频率误差来确定状态度量，但状态度量可能还包括当前信道度量和/或与HNFT已经转移过的一个或多个先前状态相关联的加权的加权函数。还可以基于相对于多久以前发生先前状态转移的时间值来对先前状态值进行加权。先前操作状态的知识在确定最优操作状态时可以是有用的，因此，在发生转移时，在信号特性可以明显变化并从进一步定义哪个状态可能是期望或不期望而获益的如初始化、切换或衰落之类的操作转移期间，滤波器系数也是有用的。

每个操作状态与在转移至所确定的状态时由HNFT控制模块202提供给自适应环路滤波器244的滤波器系数相关联。HNFT控制模块202利用所确定的信道度量来选择相关联的信道度量表204，信道度量表204可以包括多个子表206、208、210，每一个子表与信道度量值或信道度量值范围相关联。每个表提供用于定义操作状态之间的转移的状态度量阈值。这些阈值用于：关于针对给定的信道度量或信道度量范围而确定的状态度量，确定何时从一个操作状态转移至下一状态。操作状态中的每一个定义了与操作状态相关联的滤波器系数，以改变自适应环路滤波器244的滤波属性。系数的数目基于自适应滤波器的阶数和操作。该表针对从第一操作状态转移至第二操作状态以及从第二操作状态转移至第一操作状态定义了不同阈值。

图3是状态机中从快状态至慢状态以及从慢状态至快状态的操作状态转移的示例。在最简单的实现方式中，可以提供两种操作状态的转移：操作状态A 310和操作状态B 320。操作状态可以分别表示快跟踪状态和慢跟踪状态，其中每一个具有与操作状态相关联的不同滤波器系数要求。当控制环路处于快跟踪状态A 310时，针对何时转移至慢跟踪状态B 320确定了下阈值。该阈值基于所确定的信道度量和状态度量。该阈值与当控制环路处于慢跟踪状态B 320并且信道度量和状态度量充分变化从而需要状态改变为快跟踪状态A 310时不同。状态302之间的重叠提供了上阈值304和下阈值306，其中，在状态转移中发生迟滞，以确保不会过早地加载滤波器系数，从而降低不稳定性并减小相位抖动。如图所示，存在两种状态可以分别操作的重叠区域以减小相位抖动和操作状态的来回切换。

图4和5分别示出了根据本公开的包括初始化状态的三个和四个操作状态的图。状态不限于所提供的状态，而是可以基于如滤波器阶数之类的滤波器要求以及总体性能要求而扩展至包括附加状态。

图4示出了非线性频率跟踪的迟滞三操作状态图400。初始化状态402提供初始化阶段的滤波器系数403以优化单一获取。为了从初始化状态移动，定义了阈值(I至A)，不存在回到初始化状态的迟滞，这是由于假定了初始化状态将仅在启动时出现并且在正常操作期间将不会转移回到初始化状态。应当理解，基于如何关于信道和状态度量来定义操作状态，HNFT控制模块202可能不需要初始化操作状态402。对于操作状态中的每一个，在表204中针对每个所定义的信道度量或信道度量范围定义了相关联的阈值。

针对给定的信道度量，具有滤波器系数A 405的操作状态A 404将具有与其相关联的两种状态度量阈值状态：

移动至状态B阈值是(A至B)

移动至状态C阈值是(A至C)

针对给定的信道度量，具有滤波器系数B 407的操作状态B 406将具有与其相关联的两种状态度量阈值状态：

移动至状态A阈值是(B至A)

移动至状态C阈值是(B至C)

针对给定的信道度量，具有滤波器系数C 409的操作状态C 408将具有与其相关联的两种状态度量阈值状态：

移动至状态A阈值是(C至A)

移动至状态B阈值是(C至B)

在三状态机中，HNFT控制器基于相关联的所确定的信道度量，提供了转移至每个操作状态和从每个操作状态转移的状态度量阈值。

图5示出了非线性频率跟踪的迟滞四操作状态图500。初始化状态502提供了初始化阶段的滤波器系数503以优化单一获取。为了从初始化状态移动，定义了阈值(I至A)，不存在回到初始化状态的迟滞，这是由于假定了初始化状态将仅在启动时出现并且在正常操作期间将不会转移回到初始化状态。应当理解，基于如何关于信道和状态度量来定义操作状态，HNFT控制模块202可能不需要初始化操作状态502。对于操作状态中的每一个，在表204中定义了相关联的状态度量阈值。

针对给定的信道度量，具有滤波器系数A 505的操作状态A 504将具有与其相关联的三种状态度量阈值状态：

移动至状态B阈值是(A至B)

移动至状态C阈值是(A至C)

移动至状态D阈值是(A至D)

针对给定的信道度量，具有滤波器系数B 507的操作状态B 506将具有与其相关联的三种状态度量阈值状态：

移动至状态A阈值是(B至A)

移动至状态C阈值是(B至C)

移动至状态D阈值是(B至D)

针对给定的信道度量，具有滤波器系数C 509的操作状态C 508将具有与其相关联的三种状态度量阈值状态：

移动至状态A阈值是(C至A)

移动至状态B阈值是(C至B)

移动至状态D阈值是(C至D)

针对给定的信道度量，具有滤波器系数D 511的操作状态C 510将具有与其相关联的三种状态度量阈值状态：

移动至状态A阈值是(D至A)

移动至状态B阈值是(D至B)

移动至状态C阈值是(D至C)

图6是由无线移动设备中的频率发生器所提供的压控振荡器(VCO)的控制环路的非线性频率控制的方法。该方法可以由驻留于无线移动设备内的处理器(如DSP 120)、由专用处理器、或者利用无线电处理器111或控制处理器138的处理能力来实现。如果移动无线设备处于初始化阶段600，则其将初始化系数加载至自适应环路滤波器中作为缺省滤波器配置。当在初始化状态期间超过针对信道度量而定义的阈值时，HNFT控制器202转移至第一操作状态。然后确定602与所接收的射频信道相关联的信道度量。产生信道度量作为由DSP 120提供的一个或多个信道质量指示符的加权函数。将与控制环路相关联的状态度量确定604为一个或多个参数的加权函数。状态度量可以包括：VCO关于所接收的射频信道的频率误差的加权；所确定的信道度量的加权函数；通过相对于当前操作状态的时间而加权的与先前操作状态相关联的一个或多个先前状态。时间参数向先前操作状态度量提供权重分量，其中，该时间参数基于所接收的射频信道特性来减小先前操作状态度量的加权。

然后基于所确定的信道度量来确定606一个或多个状态度量阈值。该一个或多个状态度量阈值可以基于相关联的操作状态转移来选择。可以在用于针对控制环路中的每一个状态来定义操作状态转移的表204中提供该状态度量阈值。该状态度量阈值基于信道度量值来定义为了转移至下一操作状态而必须超过的状态度量值。信道度量表204可以存储于存储器162或160中，或者可以驻留于DSP内。如果超过608该一个或多个阈值之一，则基于所确定的状态度量，控制环路转移至与阈值610相关联的操作状态(608处为是)。对于新的操作状态，将至少一个系数加载612至控制环路的自适应环路滤波器。根据自适应滤波器的阶数，所提供的系数的数目可以针对每个操作状态而变化。选择状态度量阈值来提供在操作状态之间进行转移的迟滞函数，以去除不稳定性并改进瞬态响应。该方法继续在602处再次确定信道度量。如果未超过阈值(608处为否)，则在602处再次确定信道度量直到发生转移为止。

尽管这里描述了用于迟滞非线性频率跟踪的本方法和设备的具体实施例，但本领域技术人员应当理解，在不脱离以其最宽方面呈现且在所附权利要求书中限定的本公开的前提下，可以对本发明进行改变和修改。