CN1753534A

CN1753534A - 提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法

Info

Publication number: CN1753534A
Application number: CN 200510057277
Authority: CN
Inventors: 许萍; 林毅; 郑建宏; 申敏
Original assignee: CHORGYOU XINKE Co Ltd CHONGQING
Current assignee: Keen Chongqing Microelectronics Technology Co ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: CN100358383C

Abstract

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法。该方法包括以下步骤：终端接收基站信号，分析频道和时刻；低频晶体振荡器的微处理器采用同步算法，将终端处理接收到的数据做与基站的同步计算，得到同步调整值，并根据同步调整值重新计算低频晶体振荡器频率理论值，使其实时逼近真实值，提高低频晶体振荡器精确度。本发明通过计算唤醒后终端与基站的同步差值，实时计算低频率晶体振荡器频率理论值，使终端唤醒后仍然保持较准确的***时序，容易实现终端与基站的同步，从而在短时间内恢复准确的***时序。

Description

提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法

技术领域：

本发明涉及移动通信领域，特别涉及移动通信终端从低频晶体振荡器工作模式下返回时快速恢复准确的***时序，提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法。

背景技术：

随着无线电通信的发展和普及，移动通信用户数量在成倍的增长，中国的移动用户近些年来更是飞速的增长，随着移动终端——手机的普及，用户对通信和质量的要求越来越高。由于目前先进的移动通信终端除了能够提供基本的语音、数据功能以外，还能够提供高速在线的图像、音乐、视频、网页浏览、电话会议、电子商务信息等功能。为满足这些复杂的功能，移动终端除了拥有最基本的通信模块，还需集成图像、音频、视频、大容量存储等模块和与之对应的功能强大的操作***。而实现复杂的功能，会产生高的功耗，使手机的接收和发送信号的准确度下降。

用户选择终端时，除了对功能上的需求之外，终端的待机时间也是其考虑的重要因素。因此，在电池容量有限的条件下，降低终端功耗从而延长待机时间，具有十分重要的意义。

终端何时执行何种任务，是由终端内的高层协议根据接收到的基站***消息规划的。图1为终端与基站的通信示意图。终端接收基站***信息，分析得到的频道和时刻，终端内的高层协议规划终端在指定的时刻接收和发送有关的信息。终端需要和基站保持准确的***时序，才能在准确的时刻接收和发送信息，实现终端与基站的通信。

在移动终端中，通常提供一个较高频率的时钟(例如13MHz下的压控晶体振荡器)以实现高速的数据处理，同时与基站保持准确的***时序。此外，终端还有一个低频率(例如32768Hz)时钟，用于显示日历和时间。当终端工作在高频率时钟时需要消耗大量的电能。

目前终端的省电设计，通常在终端处于无任务的状态(通常称为空闲)时，关闭高频率时钟，进入以低频晶体振荡器工作的状态(通常称为睡眠)；当有任务时，再打开高频率时钟，从睡眠状态切换到工作状态，在高频率时钟下处理任务。

在睡眠状态下，终端以低频晶体振荡器计数睡眠时间(例，睡眠时间为1秒，则计数达到32768个32768Hz的低频时钟周期时，唤醒终端)。然而，低频晶体振荡器容易受工艺和温度等外界环境的影响，一般不很准确(根据晶体振荡器质量不同，真实频率与标称频率的偏差通常为10～20ppm)，因此，以低频晶体振荡器计数睡眠时间也不精确(如：睡眠时间为1秒，而实际32768个低频晶体振荡器周期的时间长度不足或大于1秒)。低频晶体振荡器的精确度越高，终端的睡眠时间越精确，唤醒后才能与基站保持准确的***时序，准确的接收基站***消息。因此，提高低频晶体振荡器的精确度，才能降低终端功耗从而延长待机时间。

中国专利97181226.8，名称为《用于通信设备减少备用电流的方法和装置》，提供了同步装置来提高低频时钟精确度，其同步装置包括计数器、同步逻辑电路、反馈环、低通滤波器等。采用将低频时钟与高频时钟同步的方法，达到提高低频时钟精确度的目的，以硬件电路来实现。此方法的缺点是需要在终端上添加额外的硬件电路来实现。

发明内容

本发明的目的，是提供一种提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法，它通过唤醒后终端与基站的同步差值，实时计算低频率晶体振荡器频率理论值，使其逼近真实值，以达到提高低频晶体振荡器精确度的目的，使终端唤醒后快速恢复准确的***时序。

本发明在终端的微处理器用同步算法，通过唤醒后终端与基站的同步差值，实时计算低频率晶体振荡器频率理论值，使其逼近真实值，从而达到提高低频晶体振荡器精确度的目的，使终端唤醒后快速(实施例仅需5毫秒)恢复准确的***时序。

本发明主要用于带时钟显示的手机，其低频晶体振荡器的频率为32KHz左右，本发明对需要相对高精度时序的移动通信***有良好的效果。

本发明的技术方案是：

终端开机后，通过低频晶体振荡器的硬件计数器获得低频晶体振荡器频率理论值的初始值F_t0。此后，根据每次唤醒的同步差值T_gap实时计算低频晶体振荡器的理论值F_t，使其逼近真实值F_R，具体过程如图5示。

参见图5。终端接收基站***消息，通过分析而获得基站指配给它的频道和时刻。若无任务需要执行，终端以低频晶体振荡器频率理论值F_t规划睡眠时间(例如，sleepclk_num个低频晶体振荡器周期数，即规划睡眠时间＝sleepclk_num*(1/F_T))，使终端在指定的t_w时刻(即数据块起始时刻)唤醒；然后终端关闭高频时钟进入睡眠状态，同时终端开始累计低频晶体振荡器周期数，当计数值满sleepclk_num时，终端打开高频时钟进入工作状态，在t_w′时刻接收基站信号(理论上接收信号时刻应为t_w，但因睡眠期间，终端以真实频率的低频晶体振荡器累计周期数，即真实睡眠时间＝sleepclk_num*(1/F_R)，F_t与F_R间存在的误差导致真实睡眠时间短或长于规划睡眠时间，所以实际的接收时刻t_w′提前或滞后于t_w，因睡眠而提前或滞后的时间(即t_w-t_w′)为睡眠误差(即***时序误差，它的值为规划睡眠时间与真实睡眠时间之差)，误差大小与同步差值相同，因此由同步差值可以得出睡眠误差；终端处理接收到的基站数据，做同步计算，得到同步差值T_gap(即t_w′与t_w的差值，)。终端利用同步差值，采用式(4)重新计算低频晶体振荡器频率理论值F_t，使它实时逼近真实值F_R(对于不同的通信***，同步算法不同，而无论以何种方法得到同步差值都可用于F_t的计算)。当本次低频晶体振荡器频率理论值F_t计算完成之后，终端再次接收基站信息，重复执行以上步骤。每当终端高层协议规划睡眠时间，重复上述方法时都以上一次计算出的低频晶体振荡器频率理论值F_t为基础规划睡眠时间。

计算低频晶体振荡器频率理论值F_t的方法如下：

设睡眠期间低频晶体振荡器周期数为sleepclk_num，则有：

式(1)

式(2)

睡眠误差＝终端规划的睡眠时间-终端真实的睡眠时间。式(3)

因为，睡眠误差等于同步差值T_gap，所以式(3)可以表示如下：

T_{gap} = sleepclk_num * \frac{1}{F_{t}} - sleepclk_num * \frac{1}{F_{R}} .

所以，可以利用同步差值T_gap重新计算F_t而使它实时逼近F_R，达到提高低频率晶体振荡器频率精确度的目的。计算公式如下：

F_t＝sleepclk_num÷(sleepclk_num*(1/F_R)+T_gap)，式(4)。

从式(1)～(3)可知，F_t越逼近F_R，睡眠误差越小(即，终端唤醒后的***时序误差越小)，终端能在短时间内(实施例为5毫秒，取决于同步所需的时间)完成同步计算，恢复准确的***时序。

其中：

理论值F_t：终端实时计算得到的低频晶体振荡器频率

真实值F_R：低频晶体振荡器的真实频率

本发明的有益效果是：

终端每次唤醒之后，接收基站信号，由终端处理接收到的基站数据，做同步计算，得到同步差值。并根据同步差值重新计算低频晶体振荡器频率理论值，使它实时逼近真实值，提高了低频晶体振荡器精确度，使终端唤醒后仍然保持较准确的***时序，容易快速完成与基站的同步，在短时间内恢复准确的***时序。

采用此方案，可提高低频晶体振荡器精确度，令终端唤醒后快速恢复准确的***时序。本方案适用于所有需要相对高精度时序的移动通信***。

附图说明

图1为终端与基站的通信的示意图；

图2为采用本方法修正F_t的睡眠误差和为未修正F_t的睡眠误差比较图；

图3为硬件计数器电路示意图；

图4为TD-SCDMA***突发结构示意图；

图5为终端睡眠和唤醒过程；

图6为OMAP平台控制终端睡眠和唤醒过程示意图。

具体实施方式

以TD-SCDMA***为例，简要介绍同步和同步差值的概念。

TD-SCDMA***突发结构如图4所示。终端和基站通信的信息放在数据符号块，中间码用来同步和识别用户。终端必须在准确的时刻(数据块起始时刻，设为t_w时刻)接收或发送信号(我们称此时终端与基站同步)，才能实现与基站的通信。若提前或滞后接收和发送信号，都不能与基站建立通信；提前或滞后的时间差值，就是同步差值(记为T_gap)。

其中，标称值F_C：低频晶体振荡器的标称频率，本实施例采用的32KHz时钟标称频率为32768Hz。

终端若知道低频率晶体振荡器的频率真实值F_R，就能得到精确的睡眠时间(睡眠时间＝睡眠期间低频晶体振荡器周期数*(1/F_R))。然而，如前所述，F_R随外界环境的变化而在小范围内(10～20ppm)变动，这就是睡眠时间不精确的原因。终端无法获知F_R的实时精确值。采用本发明方法，实时计算低频晶体振荡器的理论值F_t，使其逼近真实值F_R，达到提高低频晶体振荡器精确度的目的。

参见图3。图中CPLD为复杂可编程逻辑器件；OMAP为开放式多媒体应用平台；SPI为串行外设接口。以CPLD和OMAP为主要硬件平台，在TD-SCDMA***中实现本方法。其中，OMAP平台实现基带信号处理的功能，包括同步和低频率晶体振荡器频率的实时计算，CPLD平台控制终端各个器件和高频率时钟的开关，累计时钟周期数。SPI接口实现CPLD和OMAP的数据交换。终端正常工作时，以高频时钟F1(13MHz)为工作时钟，功耗较高；终端睡眠时，以低频时钟F2(频率标称值为32768Hz)为工作时钟，功耗较低。

CPLD中有一个硬件计数器，它与OMAP联合工作，作用是获得低频率晶体振荡器的频率初始理论值F_t0，硬件计数器设计参见图3。工作过程如下：

CPLD分别累计F₁和F₂时钟的周期数，当计数满M个F₂时钟周期数时停止，此时F₁时钟周期数为N。OMAP从SPI接口读出CPLD中的硬件计数器值M和N，根据计算公式(5)，计算出低频率晶体振荡器的频率初始理论值F_t0，以全局变量的形式保存下来。计数时间越长，计算出的初始理论值F_t0越逼近真实值F_R。同时占用的CPLD资源(主要是CPLD的寄存器)越多。

F_{t 0} = \frac{M \times F 1}{N}

(秒)，式(5)

提高移动通信终端低频晶体振荡器精确度的方法实现过程如下：

终端开机进入空闲后，CPLD的硬件计数器开始分别累计F₁和F₂时钟的周期数，计数完成后，OMAP从SPI接口读出CPLD中的硬件计数器值，根据式(5)计算出低频率晶体振荡器的频率初始理论值F_t0。

此后，终端以图6所示步骤，实现理论值F_t的实时计算：

参见图6。终端接收基站***消息，OMAP内的高层协议软件分析***消息而获得基站指配给终端的频道和时刻。若无任务要执行，OMAP内的高层协议规划睡眠时间(例如，sleepclk_num个低频晶体振荡器周期数，即睡眠时间＝

sleepclk_num * \frac{1}{F_{t}}

)使终端在指定的t_w时刻唤醒，将sleepclk_num从SPI接口发送到CPLD。CPLD开始执行以下工作：CPLD关闭高频时钟和其他可以关闭的器件，终端进入睡眠模式。同时，CPLD开始累计低频时钟周期数。当CPLD计数满sleepclk_num个低频时钟周期时，打开高频时钟和其他关闭的器件，发送唤醒中断通知OMAP唤醒，终端进入工作模式。

终端在t_w′时刻接收基站信号。OMAP将接收到的数据与当前使用的midamble码(中间码)做滑动相关计算，midamble相关峰值的位置达到chip级同步(即终端与基站的***时序误差在1chip范围内，其中1chip时间长度为0.78125微秒)；再用同一组接收数据做差值同步计算，midamble相关峰值的位置达到1/8chip级同步(即终端与基站的***时序误差在1/8chip范围内)。此时，得到的midamble相关峰值的位置位于midamble码的中间位置t_m，根据TD-SCDMA***突发结构图，可以得到t_w时刻的位置：

t_w＝t_m-352chip，式(6)

其中1chip的时间长度是0.78125微秒。

从而得到同步差值T_gap＝t_w-t_w′。

OMAP根据式(4)，利用同步差值重新计算F_t，从而使它实时逼近F_R。然后终端再次接收基站***消息，重复执行以上步骤。每当终端高层协议规划睡眠时间，重复上述方法时都以上一次计算出的低频晶体振荡器频率理论值F_t为基础规划睡眠时间。

采用本方法，唤醒后的睡眠误差范围在1微秒内。参见图2。图2是采用本方法修正F_t的睡眠误差和为未修正F_t的睡眠误差比较图。比较可知，采用本方法提高低频晶体振荡器精确度后，可大大减小睡眠误差。

无论用何种硬件平台和同步算法，都可以采用本方法提高低频晶体振荡器精确度，均能达到上述同样的效果。

Claims

1.一种提高移动通信设备终端低频晶体振荡器精确度的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)终端接收基站信号；

2)终端内的高层协议规划睡眠时间，使终端在指定的数据块起始时刻t_w唤醒，终端关闭高频时钟进入睡眠状态；

3)终端开始累计低频晶体振荡器时钟周期数，当计数值到sleepclk_num时，终端打开高频时钟进入工作状态，在数据块实际的接收时刻t_w′接收基站信号；

4)终端处理接收到的基站数据，做同步计算，得到同步差值T_gap，终端根据同步差值重新计算低频晶体振荡器频率理论值F_t，使它实时逼近低频晶体振荡器的真实频率F_R。

2.根据权利要求1所述的提高移动通信设备终端低频晶体振荡器精确度的方法，其特征在于：低频晶体振荡器频率理论值F_t为：

F_t＝sleepclk_num÷(sleepclk_num*(1/F_R)+T_gap)，

式中sleepclk_num为终端睡眠期间低频晶体振荡器周期数，

sleepclk_num * \frac{1}{F_{R}}

为终端真实的睡眠时间，T_gap为同步差值。

3.根据权利要求2所述的提高移动通信设备终端低频晶体振荡器精确度的方法，其特征在于：同步差值T_gap等于终端睡眠误差

终端睡眠误差＝终端规划的睡眠时间-终端真实的睡眠时间，

因此有，

T_{gap} = sleepclk_num * \frac{1}{F_{t}} - sleepclk_num * \frac{1}{F_{R}},

式中

sleepclk_num * \frac{1}{F_{t}}

为终端协议规划的睡眠时间。

4.根据权利1所述的提高移动通信设备终端低频晶体振荡器精确度的方法，其特征在于：每当终端高层协议规划睡眠时间，重复上述方法时都以上一次计算出的低频晶体振荡器频率理论值F_t为基础规划睡眠时间。