用于在具有注入锁定定时的WCAN系统中的数据速率最优的系统和方法

摘要

一种在包括在静态物理传输环境下操作的无线传输设备的系统中确定最优脉冲重复周期(PRP)的方法，其包括提供第一和第二注入锁定传输系统(ILT系统)。该方法还包括在具有第一ILT系统的微处理器中执行算法。该算法包括将第二ILT系统中的时钟与第一ILT系统的时钟同步；将该PRP设定成等于脉冲持续时间，该PRP非常短；增加PRP直至在PRP下的误比特率(BER)小于误比特率极限；并且基于确定该BER小于误比特率极限，来将该PRP设定为最优PRP。

说明书

背景技术

部署信息系统的单个芯片逐步包括无线通信能力。WCAN或无线 芯片区域网络可以用于系统内的各种芯片无直接配线情况下的通信。

使用用于接收机相位同步的脉冲注入锁定的无线芯片间通信系统 实现了500Mbps(兆位/每秒)，但是却在设备外壳(chassis)内表现严 重的多径干扰，由此由于字符间的干扰而使高数据速率的接收机误比 特率BER严重降低。对该问题存在若干解决方案：

·使脉冲重复周期比信道响应的长度更长。然而，这会显著地使 传输速率减小至125Mbps。

·使用发送机侧均衡器(预编码器)来减小仅2～3个最严重的多 径反射。这使得发送机的电路变得复杂。

·在接收机处使用均衡器。这也会显著使接收机电路变得复杂。

所有这些所提出的解决方案都有显著的缺陷，或者导致非最优传 输速率或者明显更复杂的电路。

因此，需要使传输速率最优的解决方案。

附图说明

以下，将参考附图对注入锁定脉冲重复周期最优系统的示例性实 施方式进行描述，其中：

图1a和图1b示出使用注入锁定脉冲重复周期(ILPRP： injection-locked pulse repetition period)最优系统的发送机和接收机的一 个实施方式；

图2示出计算机外壳的信道响应的示例；

图3示出误比特率(BER)相对于可能的相位位置的浴盆曲线的 示例；

图4示出使ILPRP系统中的脉冲重复周期(PRP)最优的方法；

图5示出所测量的接收机BER相对于PRP的示例；

图6示出表现计算机外壳内的信道响应的概念图；以及

图7示出包括多个注入锁定脉冲重复周期(ILPRP)最优系统的系 统的一个示例。

具体实施方式

在无线通信系统中存在几种增加数据速率的方式，但是它们大部 分要求芯片复杂度的增加，例如TX预编码器(发送预编码器)、RX 均衡器(接收机均衡器)、FEC(前向纠错器)等。具有注入锁定定时 的WCAN系统的性质使其能够不需要使集成电路复杂化的情况下实 现。在某些实施方式中，根据用于某些系统的这些性质，可以发现最 优的数据速率，代替使用预编码器或均衡器。注入锁定脉冲重复周期 最优系统(ILPRPO系统)的实施方式具有如下主要元件：

·芯片配备有使用注入锁定定时技术的WCAN收发机。

·预先测量信道响应，并且信道响应是静态的，其是用于WCAN 系统的解决方案。

·选择小于信道脉冲响应持续时间的脉冲重复周期，使得多径影 响可忽略。

与典型的解决方案相比，所提出的方法具有20％的数据速率增益。 ILPRPO系统主要使用在具有使用注入锁定定时技术的WCAN收发机 的芯片上。可选地，其可以实现为信道响应期望为静态的任何系统。 具有静态信道响应的系统典型地是引起与传输路径的干扰的客体 (object)是固定的那些。

图1a和图1b示出使用ILPRPO系统的收发机的一个实施方式。 该系统有时可以称为ILT系统(注入锁定传输系统)。这是因为该系统 的电子仪器使该系统的注入周期与接收机锁定。这减小在传输期间的 潜在相移问题。图1a和图1b中所示的所考虑的收发机包括脉冲注入 锁定接收机。脉冲注入锁定接收机的设置用于本地振荡器与被接收信 号载波的同步和发送机与接收机的时钟同步的节能方案。这至少部分 因为信号的过采样无需避免传输信号的相移和采样。收发机的发送机 110部分和接收机120部分被示出。发送机110包括提供要无线发送的 数据的数据源115。发送机110还包括伪随机二进制序列发送机120、 不归零到归零数据转换器125、可变脉冲窗口130、注入锁定电压控制 振荡器135、分频器140、组合器145和天线150。接收机120包括接 收机天线155、接收机脉冲注入锁定系统157、移相器165、分频器140 和五级闪存模拟到数字转换器170，接收机脉冲注入锁定系统157包括 低噪声放大器160、可变放大器161和注入锁定电压控制振荡器135。 接收的结果即数据175返回到微处理器。所接收的脉冲在直接注入到 五级闪存ADC(模拟到数字转换器)170两者之前被两级低噪声放大 器(LNA)160来放大，并且3.4GHz、4.5GHz注入锁定VCO(IL-VCO 或电压控制振荡器)通断键控(OOK：on-off keying)调制方案由于其 简单性而被选择。尽管示出了特定的收发机，但是根据本公开，其他 收发机对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在许多实施方式中， 可选的收发机将具有脉冲注入锁定机制。根据本公开，本领域技术人 员将想到各种配置，并且上述仅仅是示例。

图2示出在计算机外壳内的信道响应。y轴210示出信号的振幅。 x轴220示出PRP或脉冲重复周期的纳秒单位的时间。在典型的解决 方案中，通常选择大于信道响应持续时间的脉冲重复周期。这会导致 数据速率的显著损失。例如，对于图2所给出的计算机外壳的示例内 的典型的信道响应，速率从500Mbps下降到125Mbps(兆位/每秒)。

图3示出误比特率(BER)相对于可能的相位位置的浴盆曲线。y 轴310表示对数刻度上的BER。x轴320示出用于传输的可能的相位 位置。线330表示500Mbps，线340表示153Mbps(在该示例中为最 优速率)，并且线350表示125Mbps(在没有分析的情况下会选择的谨 慎的默认传输速率)。通过扫描所有可能的相位位置来建立浴盆曲线测 量BER(参见图3线350)，可以在开始处设定ADC(模拟到数字)采 样时钟的最优相位位置。一般而言，选择BER以适合传输系统的参数。 如果允许太高的BER，则需要再发送多个分组(packet)，导致更低效 率的传输速率。各种可接受的BER可以处在互异的系统中；在当前申 请中的所识别的BER仅仅是示例，并且根据本公开和所使用的系统的 细节，本领域技术人员可以想到其他BER。

由于那些产生静态信道响应的WCAN系统操作的环境的静态属 性，它们可以配置成事先测量信道响应。主要反射器位置的知识可以 用来协助事先确定信道响应。在许多配置中，可以选择小于信道脉冲 响应持续时间的PRP使得多径影响可忽略。因此，能够实现数据速率 的增益。不同的系统和配置将具有不同的可接受的误比特率。可接受 的误比特率这里被称为BER极限。作为脉冲重复周期的功能的误比特 率这里被称为BER(PRP)。为了示例的目的，假定BER极限需要小 于10-3。在这种情况下，可以执行图4所示的训练方法。

如图所示，在该训练过程的实施方式中，在过程410中，将PRP 设定成等于脉冲持续时间，该脉冲持续时间为传输脉冲的长度。这是 非常短的PRP，因为如果PRP再变得短点，则脉冲就会重叠。在过程 420中，系统进入脉冲注入锁定以将接收机时钟与所发送的数据同步。 在过程430中，通过测试序列。在过程440中，将BER作为PRP的函 数来计算。如果在方向450上BER(PRP)>BER极限，则在过程460 中增加PRP，并且系统返回到过程420。如果在方向470上BER(PRP) ≤BER极限，则在过程480中返回PRP并且训练停止。可选地，可以 重复多次算法使得以连续顺序确定具有比该极限小的BER的三个或更 多个PRP。因此，增加PRP 460的过程可以继续，并且直至BER(PRP) ≤BER极限、BER(PRP+1增量)≤BER极限和BER(PRP+2增量) ≤BER时才在方向470上继续该算法。在过程480中可以将PRP平均。

在可替代方式中，可以将PRP设定成具有低BER的已知的高PRP， 然后可以相应地减小PRP。如图6所示，最大PRP系统必须具有最小 值的两个主要干扰区域，在其之间具有低点，其中PRP被最优。以上 最初所提出的方法将识别用于最高可能的比特率的第一稳定PRP区 域。该方法从高比特率工作到低比特率(或从低PRP工作到高PRP)， 因而所识别的第一区域具有在BER内的最高可能的比特率。为了从高 PRP工作到低PRP，必须通过高误比特率的第一峰值以便找到具有可 接受区域率和更高速率或更低PRP的下一个低点。为了确保找到最优 的低点，该算法需要在第一BER增加之前首先存储PRP，然后继续给 满足BER极限的要求的低BER的另一个区域教导。如果发现该区域， 则将用于该区域的PRP设定为用于该系统的PRP。如果没有，则应该 保持原来设定的PRP。简而言之，该可以过程编写如下：如果BER小 于BER极限，则将最优PRP设定为相应PRP；如果没有，则增加PRP 并且再次测试。测试继续直至实现最小的PRP。所选择的PRP的任一 侧的BER的斜度相对固定使得由于信号实际到达次数而导致的PRP的 微小变化仍然具有在可接受的BER以下的误码率的要求，导致该过程 进一步复杂化。同样地，代替如在前述的方法那样将PRP设定为脉冲 持续时间，必须将初始PRP设定为脉冲持续时间的多倍例如5或10 倍。该脉冲持续时间的倍数可以更大或更小，取决于所预测的环境特 性。由于对于这里所描述的示例，500Mbps已知为最大的比特速率并 且125Mbps已知在满足BER极限方面的安全比特速率，因此，10ns 的PRP将是可普通使用的。在某些可替代方式中，其可以设定得稍微 低点。其等于脉冲持续时间的5倍。因此，首先所提出的方法被认为 更优化。

结果PRP在开始设定并且优选在系统操作期间不改变。图5示出 所测量的接收机BER(y轴510)相对于PRP(x轴520)。注意到函数 525看起来像信道响应形状。同样地，该图表示出如果PRP约为6.5ns， 则实现所要求的BER。标记530示出与由标记540表示的默认比特速 率125Mbps的情况相比被认为最优比特速率153Mbps的情况。

由于WCAN发送机的技术特性，因此PRP应该优选被选作载波周 期的多倍。这是因为两个系统均利用相同的振荡器。因此，系统中的 数据速率达到153Mbps。选择该数据速率是因为在最近的点可以实现 BER<10-3，因而小的同步误码将无关重要。因此，所提出的方法给出 了数据速率增益为153/125＝22.4％。这方面进一步被整合到最优方案。 本质上，如果能够确定聚集在一起的多个PRP，则如图4所示的处理 可以仅仅进行到过程480。本质上，微处理器将存储具有在该极限之下 的BER的第一PRP，再次增加PRP并且检查BER是否处于用于第二 PRP的BER的极限之下。然后可以再次增加PRP并且确定其是否为第 三PRP。如果所有三个PRP均具有在极限之下的BER，则将平均值(第 二PRP)选择为最优的一个。

在这样的过程中，上述图4所示的算法可以在某些可替代方式中 进一步被精炼。如果通过BER(PRP)≤BER极限确定第一可能的PRP， 则可以存储该PRP并且接着再次增加。如果增加后的PRP也满足BER (PRP)≤BER，则可以将这两者平均并且将实际的PRP设定在两者 之间的点。这确保该PRP将落入用于包围所选择的PRP的PRP的所有 BER都小于该极限的低点。由于该PRP可以仅仅为载波周期的多倍， 因此该过程还可以修改成要求三个或更多个PRP具有小于该极限的 BER，并且接着用于平均值或中值(Median)的选择。

图6示出表示与图2类似可以被收集的实际数据的概念图。与图2 类似，y轴610涉及振幅，并且x轴620涉及时间(与PRP相关)。如 图6所示，振幅必然落入两组630、640中。在组640的右侧，BER将 是可接受的；然而，时间或PRP将非常长。相反，用于时间的最优设 定在点650处即两个群组之间的低点。本质上，上述的方法使得可以 找到该低点。可选地，对于本领域技术人员而言，该过程是显而易见 的。

在一个实施方式中，解决方案是使用“使用脉冲注入锁定”并且 确定固定的信道响应。由于部署有WCAN的环境典型地是静态的并且 信号的干扰、反射和延迟的原因没有改变，因此可以确定固定的响应。 固定的响应信道的确定可以用来增加芯片间通信系统诸如WCAN的数 据速率。

在一个实施方式中，用于在包括无线传输设备的系统中确定最优 脉冲重复周期(PRP)的方法包括提供第一和第二注入锁定传输系统 (110、120)(ILT系统)。该方法还包括在第一ILT系统内的微处理器 (115)中执行算法。该算法包括：

将第二ILT系统中的接收机时钟与第一ILT系统的时钟同步 (420)；将PRP设定成等于脉冲持续时间(410)；增加PRP(460)直 至在该PRP下的误比特率(BER)小于误比特率极限(470)；并且基 于确定BER小于误比特率极限，将该PRP设定为最优PRP(480)。可 选地，该方法包括确定PRP稍微大于最优PRP和PRP稍微小于最优 PRP的BER也具有小于误比特率限制的BER，在设定之前进行该确定。

图7示出包含包括WCAN收发机的芯片的系统的实施方式。芯片 720可以位于外壳710诸如计算机外壳内。在该外壳的内部，可以存在 限制信号从一个芯片720到另一个芯片的路径的各种传输屏障730。这 也可以使直接信号740还有间接或反射信号750(也称为多径)被发送。 各种传输屏障730和间接信号750使脉冲注入锁定的使用变得有价值。 这是根据这里的方法和系统的最优传输速率的确定可以操作的配置的 示例。

在一个实施方式中，用于在包括无线传输设备的系统中确定最优 脉冲重复周期(PRP)的方法包括提供第一和第二注入锁定传输系统 (110、120)(ILT系统)。该方法还包括通过将信号从第一ILT系统传 送到第二ILT系统，使用在计算系统中所执行的算法来识别用于传输 的最优PRP(650)，在该计算系统中，PRP的误比特率(BER)小于 误比特率极限(470)，并且该PRP处于具有小于误比特率极限的BER 的PRP(630、640)的两个区域之间。可选地，该识别包括在第一ILT 系统内的微处理器(115)中执行该算法。在一个可替代方式中，该算 法包括以下过程：将第二ILT系统中的接收机时钟与第一ILT系统的 时钟同步(420)；将PRP设定成等于脉冲持续时间(410)；增加该PRP 直至在该PRP下的BER小于误比特率极限(470)；基于确定该BER 小于误比特率极限，将该PRP设定为最优PRP(480)。可选地，该方 法包括确定PRP稍微大于最优PRP和PRP稍微小于最优PRP的BER 也具有小于误比特率极限的BER，在设定之前进行该确定。在一个可 替代方式中，该算法包括：将第二ILT系统中的接收机时钟与第一ILT 系统时钟同步(410)；将PRP设定成等于脉冲持续时间(420)；增加 该PRP(460)直至在三个连续的PRP下的BER小于误比特率极限 (470)；并且基于确定该BER小于误比特率极限，将三个连续的PRP 的平均值设定为最优PRP(480)。可选地，第一ILT系统包括发送机 (110)，并且该发送机包括伪随机二进制序列发送机(120)、不归零 到归零数据转换器(125)、可变脉冲窗口(130)、注入锁定电压控制 振荡器(135)、分频器(140)、组合器(145)和天线(150)。在一种 配置中，第一ILT系统包括接收机(120)，并且该接收机包括接收机 天线(155)、接收机脉冲注入锁定系统(157)、移相器(165)、分频 器(140)和模拟到数字转换器(170)，该接收机脉冲注入锁定系统包 括低噪声放大器(160)、可变放大器(161)和注入锁定电压控制振荡 器(135)。可选地，该算法包括以下内容：将第二ILT系统中的接收 机时钟与第一ILT系统的时钟同步；将PRP设定成等于脉冲持续时间 的至少5倍；第一次减小该PRP直至在该PRP下的BER大于误比特 率极限；第二次减小该PRP直至在该PRP下的BER小于误比特率极 限；并且基于在第一次减小该PRP之后确定该BER小于误比特率极限， 将该PRP设定为最优PRP。在一个可替代方式中，该PRP为该传输的 载波周期的多倍。

在一个实施方式中，包括具有无线传输模块的设计成在宽芯片局 域网系统(WCAN系统)中操作的微处理器的系统包括注入锁定传输 系统(ILT系统)(110、120)。该微处理器包括算法，其配置成通过将 信号从ILT系统传送到远程ILT系统，使用ILT系统来识别用于传输 的最优PRP(650)，在该ILT系统中，PRP的误比特率(BER)小于 误比特率极限，并且该PRP处于具有小于误比特率极限的BER的PRP (630、640)的两个区域之间。可选地，该算法包括指令，其用于将 远程ILT系统中的接收机时钟与ILT系统的时钟同步(420)；将PRP 设定成等于脉冲持续时间(410)；增加该PRP(460)直至在该PRP 下的BER小于误比特率极限(470)；并且基于确定该BER小于误比 特率极限，将该PRP设定为最优PRP(480)。在一个可替代方式中， 该算法包括指令，其用于确定PRP稍微大于最优PRP和PRP稍微小于 最优PRP的BER也具有小于误比特率极限的BER，在设定之前进行 该确定。在另一个可替代方式中，该算法包括指令，其用于将远程ILT 系统中的接收机时钟与ILT系统的时钟同步(420)；将ILT系统的PRP 设定成等于脉冲持续时间(410)；增加该PRP(460)直至在三个连续 的PRP下的BER小于误比特率极限(470)；并且基于确定该BER小 于误比特率极限，将三个连续的PRP的平均值设定为最优PRP(480)。 可选地，该算法包括指令，其用于将远程ILT系统中的接收机时钟与 ILT系统的时钟同步；将该PRP设定成等于脉冲持续时间，该PRP非 常长；第一次减小该PRP直至在该PRP下的BER大于误比特率极限； 第二次减小该PRP直至在该PRP下的BER小于误比特率极限；并且 基于在第一次减小该PRP之后确定该BER小于误比特率极限，将该 PRP设定为最优PRP。在一种配置中，该ILT系统包括发送机(110)， 并且该发送机包括伪随机二进制序列发送机(120)、不归零到归零数 据转换器(125)、可变脉冲窗口(130)、注入锁定电压控制振荡器(135)、 分频器(140)、组合器(145)和天线(150)。在另一种配置中，该第 一ILT系统包括接收机(120)，并且该接收机包括接收机天线(155)、 接收机脉冲注入锁定系统(157)、移相器(165)、分频器(140)和模 拟到数字转换器(170)，该接收机脉冲注入锁定系统包括低噪声放大 器(160)、可变放大器(161)和注入锁定电压控制振荡器(135)。可 选地，该PRP为该传输的载波周期的多倍。

上述的详细描述仅仅是用于执行注入锁定脉冲重复周期最优系统 (ILPRPO系统)的少数实施方式，并且其不是为了进行范围限制。应 当理解，各种元件和过程可以不同地组合和/或用等效元件和过程来代 替。过程可以按照不同的顺序执行。对于本领域技术人员而言显而易 见的是，ILPRPO系统的各个部分可以以许多不同的方式组合。应当理 解，描述的各个元件和过程可以与任何其它元件和过程组合。以下权 利要求阐明了具有更大特殊性的所公开的注入锁定脉冲重复周期最优 系统(ILPRPO系统)的许多实施方式。