CN101331695A - 经物理层将数据从介质访问控制装置发送至天线的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于经由数字接口(IF1)将数据从介质访问控制装置(2)发送至物理层(4)和天线(5)的方法和系统，其中物理层(4)包括具有基带控制器(7)和数据处理流水线(3)的基带(4)，该数据处理流水线包括多个功能块(FB1…13)，该方法包括以下步骤：在数字处理流水线(3)内的预定点(P1至P3)，尤其是在数字处理流水线(3)的末端，检测离开天线(5)的有效载荷数据帧的结束，随后，启动定时器(T1)，用于对物理层(4)的激活信号(PHY_ACTIVE)的取消声明进行延迟，以及在定时器(T1)终止后，取消声明激活信号(PHY_ACTIVE)。

Description

经物理层将数据从介质访问控制装置发送至天线的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种经由数字接口将数据从介质访问控制装置发送至物理层和天线的方法和系统，其中物理层包括具有基带控制器和数据处理流水线的基带，数据处理流水线包括多个功能块。
背景技术
具有这些特征的发送系统特别适用于通信装置(也称为UWB发射机，UWB即超宽带)。发送系统是诸如超宽带收发器之类的收发器的一部分，收发器可集成在多个电子装置中，例如集成在手提电脑、移动电话、数码相机等中。
针对介质访问控制装置(简称为MAC)和物理层(简称为PHY)之间的数字接口(简称为MAC-PHY接口)的技术规范要求发送路径的确切定时，以便多个装置能够共同工作，这些装置以一致的方式满足该标准。
通常，物理层通过一个被称为“PHY_ACTIVE”的标准激活信号来表示激活的发送电路。如果物理层在天线处将前同步码的第一采样发送至空中，则声明“PHY_ACTIVE”信号；如果已经在天线处发送了经解码的有效载荷码型(pattern)的最后一个采样，则取消声明“PHY_ACTIVE”信号。
但是，对于声明“PHY_ACTIVE”信号，发射机的动态寄存器组的技术规范要求一个标准参数“TxDelay”(用于发送延迟)。该参数表示了介质访问控制装置的发送使能信号“TX_EN”的声明和物理层的“PHY_ACTIVE”信号的声明之间的等待时间。介质访问控制装置可采取物理层的特定的“TxDelay”参数来调节内部定时计算。
对于取消声明“PHY_ACTIVE”信号，技术规范同样要求在最后一个采样离开天线的那一刻实时地取消声明“PHY_ACTIVE”信号。
由于高速前端电路(在528MHz或1056MHz下工作)，很难实时跟踪最后一个采样离开天线。最后一个采样的跟踪要求在物理层硬件上作出很大的努力。而且，对于超宽带系统，定义了某些不同的数据速率。因此，物理层的数字信道编码器装置通常针对不同速率具有不同等待时间。这就是为什么很难为工作在不同模式和速率下的所有发射机电路分配一个固定的延迟值的原因。
发明内容
本发明的目的是详细说明一种用于经由数字接口将数据从介质访问控制装置发送至物理层和天线的方法和系统，由此可以克服现有技术中的针对“PHY_ACTIVE”信号的精确定时要求的实施困难，即，可以反映发送期间的物理层至介质访问控制装置的精确定时性能。
包括权利要求1给出的特征的方法和包括权利要求7给出的特征的系统解决了上述问题。
各个从属权利要求给出了本发明的有利实施例。
根据本发明，在数据处理流水线内的预定点，检测离开天线的有效载荷数据帧的结束。优选地，流水线内的该点分别尽量靠近流水线的末端、靠近数模转换器、以及靠近天线。随后，启动定时器，用于对物理层激活信号的取消声明动作进行延迟。在定时器终止后，取消声明激活信号。取消声明激活信号之前的这个延迟使得基带控制器能够根据发送解码器流水线中的预定点(在该点检测帧的结束)来对任何后续供应商特定高速滤波器和/或数模转换器的特定延迟进行补偿。这样，在帧发送实际终止时，将“PHY_ACTIVE”信号的取消声明指示给介质访问控制装置。所以，本发明在发送模式中，在物理层和介质访问控制装置之间实现了一致、精确的定时信号，所以可以根据标准来正确地发送数据。
在第一可选实施例中，用于检测有效载荷数据帧的结束的第一预定点位于发送编码器时域相关部分中的数据处理流水线的末端，尤其是在该域的最后一个功能块的内部。该预定点是用于检测信道编码器数字逻辑中的数据包的结束的最后一个实例，其中信道编码器数字逻辑运行速率通常低于高速数字前端模块。在该点之后，不会再出现基于数据速率的等待时间。该点和天线之间的数据信号的剩余等待时间通常由所有模块(高速数字前端、转换器、和模拟前端)的等待时间表示。
优选地，最后一个功能块被设计成保护间隔插入块(也称为ZSI或“零后缀插入”)，并且负责对物理层的激活信号的取消声明进行延迟，尤其是为了跟踪在最后一个功能块上或在该块之后的有效载荷数据帧的结束。为此，本发明对最后一个功能块配置了用于识别有效载荷帧的结束的检测功能和用于对激活信号的取消声明进行延迟的定时器。
在第二可选实施例中，用于检测有效载荷数据帧的结束的第二预定点被置于高速编码器的末端，尤其被置于插值滤波器块的内部或后面。在这个第二点之后，该等待时间仍然与数据速率无关。
在第三可选实施例中，用于检测有效载荷数据帧的结束的第三预定点位于高速编码器的末端，尤其是数模转换器的内部。在这个第三点之后，延迟仍然还是与数据速率无关。
有利地，用来对激活信号的取消声明进行延迟的定时器是基带控制器的内建块。定时器还可能位于最后一个功能块的或者插值滤波器的或者数模转换器的或者基带控制器的或者独立延迟线的模块中。这降低了定时控制中的时间差或者潜在延迟。
总之本发明描述了一种用于以灵活的方式实现介质访问控制装置和物理层装置之间定时规范的低成本方案。
附图说明
图1示出了包括介质访问控制装置和耦接至天线的物理层装置的装置的结构的示意框图。
图2示出了利用根据本发明的延迟线对突发发送情况的发射机延迟间隔的提取。
标号列表
1           发射机
2           介质访问控制装置
3           数字基带的数据处理流水线
4           物理层模块(PHY)
5           天线
7           基带控制器
8           发送编码器
10          高速数字前端
11          插值滤波器
12          数模转换器
13          模拟前端
14          延迟线
IF1         包括与介质访问控制装置和基带相连接的串
            行管理接口和并行数据接口的MAC-PHY接口
FB1至FB11   功能块
FB12        前同步码功能块
FB13        后缀插入功能块
Tx_EN       控制信号“发送使能”
Date_EN     控制信号“数据使能”
PHY_ACTIVE  控制信号“物理层激活”
EOF_PAYLOAD 有效载荷信号的结束
具体实施方式
图1示出了超宽带发射机1(以下简称为“发射机1”)的总体框图。例如，发射机1被安装在无线电通信装置中(也称为UWB发射机，UWB即超宽带)。发射机1是诸如超宽带收发机之类的收发机的一部分，收发机可集成在多个电子装置中，例如集成在手提电脑、移动电话、数码相机等中。
发射机1经由数字接口IF1将数据从介质访问控制装置2发送至物理层4(也简称为PHY)和天线5，其中物理层4包括具有基带控制器7和数据处理流水线3的基带，数据处理流水线3包括多个功能块FB1至FB13。
基本上，可将在时域或者频域中处理数据的所有功能块FB1至FB13从时域转换至频率，反之亦然。例如，功能块FB1至FB10在频率中工作；快速傅立叶变换功能块FB10之后的功能块FB11至FB13工作在时域中。
特别地，数据从介质访问控制装置2经由数字或所谓的MAC-PHY接口IF1的并行接口部分发送至物理层4，并且通过具有多个功能块FB1至FB13的数字处理流水线3到达天线5。在发送有效载荷数据帧时，通常总是先将前同步码发送至天线5，该前同步码是由数字处理流水线3中的前同步码功能块FB12产生的。
总的原则是，在发送模式中，由物理层4的基带控制器7来执行定时控制。介质访问控制装置2通过设置命令信号“TX_EN”(TX_EN即发送使能；以下简称为“TX_EN”-信号)来启动经由数字接口IF1的串行部分的帧发送。通常，基带控制器7由该事件触发，并且在预定延迟信号“TxDelay”(该延迟信号用于对“TX_EN”信号和“PHY_ACTIVE”信号的声明之间的等待时间进行延迟)之后，基带控制器7对物理层4的激活信号“PHY_ACTIVE”(以下简称为“PHY_ACTIVE”信号)进行声明。
随后，基带控制器7利用开始前同步码信号来立即启动前同步码的发送。前同步码块FB12的前同步码是一个固定序列，因此它不必被其它发送路径块FB1至FB11进行编码。因此，在前同步码经由高速数字前端装置10和射频子系统11发送至天线5这一期间，发送编码器8(它包括数字处理流水线3)在编码的数据信号到达前同步码块FB12之前有足够的时间来填满它的数字处理流水线3。
当前同步码发送完成时，必须将编码的报头和有效载荷数据帧经由高速数字前端装置10和射频子系统11发送至天线5。从而，前同步码块FB12从读取前同步码存储器切换到读取来自数字处理流水线3中的前同步码块FB12之前的功能块FB1至FB11的数据，并且编码的报头和有效载荷数据帧被发送至天线5。
如前面所述的那样，基带控制器7启动并结束有效载荷数据帧的发送。通常，如果物理层4在天线5处将前同步码的第一采样发送至空中，物理层4通过“PHY_ACTIVE”信号来指示激活的发送电路，该信号由基带控制器7声明。当已经在天线5处发送了经编码的有效载荷码型的帧的最后一个采样时，基带控制器7取消声明“PHY_ACTIVE”信号。
取消声明“PHY_ACTIVE”信号的技术规范要求实时取消声明。换言之，要确保的是：在取消声明“PHY_ACTIVE”信号时，已经在天线5处发送了经编码的有效载荷码型的最后一个采样，否则就必须延迟“PHY_ACTIVE”信号的取消声明。由于高速前端电路在528MHz或1056MHz运行，很难实时跟踪到达天线5的最后一个采样。此外，在超宽带系统中，定义了一些不同的数据速率。所以，针对不同的数据速率，物理层4的数字信道编码器电路8可能表现出不同的延迟。所以，很难为整个发射器电路赋予一个固定的延迟值。
本发明涉及对离开天线5的有效载荷数据帧的结束进行检测。对于实时跟踪到达天线5的最后一个采样，在数字处理流水线3内的预定点P1至P3，尤其是在数字处理流水线3的末端，检测有效载荷数据帧的结束。这个预定点P1至P3上对于有效载荷数据帧的结束的检测被用来对“PHY_ACTIVE”信号的取消声明进行延迟。因此，在这样的预定点P1至P3上检测有效载荷数据帧的结束，预定点尽可能地靠近数字处理流水线3的末端，并且定义了一个新的发送前端延迟“TxFeDly”以便对“PHY_ACTIVE”信号的取消声明进行延迟。
更具体地说，针对“PHY_ACTIVE”信号的取消声明，为了在发送前同步码和有效载荷数据之前为介质访问控制装置2的“TX_EN”信号的声明和物理层4的“PHY_ACTIVE”信号的声明之间的等待时间赋予一个电路指定延迟，根据技术规范，已知的参数“TxDelay”被赋值给发射机的动态寄存器R1组。
本发明提出一种新的具有附加功能的供应商特定(vendorspecific)寄存器R1，该附加功能定义了针对例如在数据处理流水线内的中速部分的发送前端延迟“TxFeDly”(TxFeDly就是发送前端延迟的缩写，进一步简称为“TxFeDly”延迟)，即针对最后的功能块FB13，或针对发射机1的高速前端部分10、11、12或13中的一个；“TxFeDly”延迟可由延迟线14的定时器T1来进行计数。寄存器R1可位于基带控制器7中。此处，寄存器R1可以由更高的软件层(例如应用层)经由数字接口IF1从介质访问控制装置2进行设置。
“TxFeDly”延迟的数值等于高速前端10和/或模拟前端13(包括数模转换器12)添加到到达天线5的信号路径的附加延迟。此外，提出了在数据处理流水线3的最后一个功能块FB13之后的预定点P1至P3中的一个上跟踪有效载荷数据帧的结束。例如，可从预定点P1至P3中的一个将“EOF_PAYLOAD”信号发送至延迟线14。赋值的延迟线14仅在由延迟“TxFeDly”(从“EOF_PAYLOAD”信号开始)给出的时间过去之后取消声明激活信号“PHY_ACTIVE”，这确保了当最后一个采样离开天线5时“PHY_ACTIVE”恰好被取消声明。
作为第一替换方案，预定点P1可位于发送编码器8的时域相关部分中的数据处理流水线3的末端，例如该域的最后一个功能块FB13的内部或后面。作为第二替换方案，预定点P2可位于高速编码器9的末端，例如插值滤波器块11的内部或后面。作为第三替换方案，预定点P3可位于高速编码器9的末端，例如数模转换器12的内部或后面。
用于“TxFeDly”延迟的由供应商特定寄存器R1所控制的灵活的延迟线14可位于结构中的多处。它可被布置在用于跟踪有效载荷帧的结束的预定点P1至P3的附近，即数据处理流水线3的最后一个功能块FB13的内部或后面，或者数据处理流水线3的最后一个功能块FB13之后的功能块的内部或后面。这种功能块可以是插值滤波器11或数模转换器12。延迟线14也可与以下任何部分分开布置：功能块FB13、插值滤波器11或数模转换器12。
可以使用任何供应商特定高速滤波器11和数模转换器12，这是因为与延迟线14相关的延迟寄存器R1能够补偿它的特定“TxFeDly”延迟。
图2示出了发送情况的主要发射机延迟间隔，该发送情况包括与数据通信相关的有关信号。注意，信号来自对介质访问控制装置2的66MHz域的观测。如果描述了更高频率的域的信号，那么它们是与66MHz域对齐而绘制出来的。
声明命令信号“TX_EN”的介质访问控制装置2启动发送过程。在内部，通过声明物理层激活信号“PHY_ACTIVE”，基带控制器7使用发送使能信号“TX_EN”来指示到达介质访问控制装置2的激活发送路径。采用标准参数“TxDelay”，“PHY_ACTIVE”信号的声明被延迟。
随后使基带控制器的内部状态机进入发送状态。如果完成该动作，基带控制器7通过声明前同步码信号来指示后缀插入功能块开始产生并发送前同步码。
并且，前同步码信号被供应商特定寄存器R1用来以发送数据延迟“TxDateDelay”对有效载荷数据的发送进行延迟。更具体地说，控制信号“TX_EN”的声明也触发基带控制器7中的或者功能块FB13中的或者延迟线14中的定时器模块T1开始对发送数据延迟“TxDateDelay”进行计数。当定时器模块T1已经计数完发送数据延迟时间“TxDateDelay”，那么它就通过声明数据使能信号(标为“Date_EN”)来触发基带控制器7，使之开始从介质访问控制装置2读取报头数据。同时，它通过对开始发送信号进行声明，从而给PLCP成帧器块(PFR)指示到来的发送流。这时，功能块FB8(即映射器模块MAP)之外的发送路径仍然忙于发送前同步码“PRE”。直至前同步码功能块FB12，发送路径(即数据处理流水线3)处于空闲。从而，为了在前同步码功能块FB12完成前同步码码型的发送之后进行无缝连续的发送，应该预处理数据，直到数据处理流水线3被填满至前同步码功能块FB12。因此，发送路径中的内置机制确保了数据处理流水线3被填满至前同步码功能块FB12，并随后停止，直至“PRE”被完全发送。
根据这个方针，介质访问控制装置2必须在前同步码“PRE”离开天线5之前以μs级的发送数据延迟时间“TxDateDelay”将数据馈入基带控制器7，以便填充数据处理流水线3。发送数据延迟时间“TxDateDelay”的数值应该被设置为以下值：
4μs＞TxDataDelay＞τBBC+τPFR+τTXB+τEPB+τITL+τMAP+3+TxDelay
4μs＞TxDataDelay＞2,10μs+TxDelay
4μs＞TxDataDelay＞3,62μs
其中，BBC指基带控制器，PFR指PLCP成帧器，TXB指TX缓冲器，EPB指卷积编码器及删余器，IFL指交织器，MAP指映射器，TxDelay指发送延迟时间。
“TxDateDelay”的数值应该被选择为接近下限。
并且，在声明8位宽数据总线的数据信号、指示数据总线上的有效数据的数据有效信号、和指示PFR模块在该时钟周期中不能处理数据的MAC请求信号的同时，基带控制器7将从介质访问控制装置2接收到的数据馈至PFR模块。
应该注意的是，MAC请求信号的取消声明将使数据处理流水线3(但是，不包括根据本发明的延迟线块14)不在如它所指示给数字接口IF1的同一周期中停顿。基带控制器7将花费6个时钟周期来处理取消声明MAC请求信号。这归因于基带控制器7的一个周期的内部延迟以及数据使能信号“Date_EN”的取消声明到达介质访问控制装置2时的两个时钟周期的延迟。所以在这种情况下，数据可能会丢失，并且如果检测到丢失则必须重新发送数据。
根据本发明，例如由数据处理流水线3中的功能块FB13或者插值滤波器11或者高速前端部分之一内部的数模转换器12所产生的中速域信号“EOF_PAYLOAD”的结束表明，在给定的或者确定的延迟时间(为发送前端延迟时间“TxFeDly”)之后，最后一个经编码的码型到达天线5。“TxFeDly”延迟的值取决于不同的参数以及发送特征，诸如预定检测点P1至P3的位置、数据速率、和发送模式等。
在中速域信号或高速域信号“EOF_PAYLOAD”的结束的上升沿，用于发送位于延迟线14内部的前端延迟“TxFeDly”的可编程延迟线14被触发。可编程延迟线14通过被设置为发送前端延迟时间“TxFeDly”的可编程时间值来对中速域信号或高速域信号“EOF_PAYLOAD”的结束进行延迟。这个可编程发送前端延迟时间“TxFeDly”的目的是灵活地调整高速数字前端10和模拟前端13彼此之间的定时。
经过可编程发送前端延迟时间“TxFeDly”之后，物理层激活信号“PHY_ACTIVE”对应于中速域信号或高速域信号“EOF_PAYLOAD”的结束。
在本发明的更详细的实施例中，可以按照如下方式来计算发送延迟：
一旦数据处理流水线3被触发，它就花费大约发送延迟时间“TxFeDly”，直到第一前同步码码型到达天线5。这个发送延迟时间“TxFeDly”可以以单位μs进行计算：
TxDelay＝τSIX+τFFT+τZSI+τIFI+τAFE+2  或者
       ＝τSIX+τFFT+τZSI+TxFeDly+2
其中SIX指符号成形，FFT指快速傅立叶变换，ZSI指零后缀插入(zero suffix insertion)，IFI指插值滤波器，AFE指包括天线5在内的前端模块，TxFeDly指发送前端延迟时间。
总之，图2阐明了本发明所提出的修改。根据本发明，在发送模式中，例如，在预定点P1至P3中的一个(例如在数字处理流水线3的最后一个功能块FB13的输出端上的点P3)，对离开天线5的每个有效载荷帧的结束进行检测，产生被发送至延迟线14的信号“EOF_PAYLOAD”。随后，延迟线14中的定时器T1被启动，用来以发送前端延迟“TxFeDly”来对激活信号“PHY_ACTIVE”的取消声明进行延迟。在定时器T1终止后，激活信号“PHY_ACTIVE”被取消声明。这样，在帧发送实际终止时，将数据使能信号“Date_EN”的取消声明指示给介质访问控制装置2。

Claims (12)

1.一种用于经由数字接(IF1)将数据从介质访问控制装置(2)发送至物理层(4)和天线(5)的方法，其中物理层(4)包括基带控制器(7)和数据处理流水线(3)，该数据处理流水线包括多个功能块(FB1…13)，所述方法包括以下步骤：
在数字处理流水线(3)内的预定点(P1至P3)，尤其是在数字处理流水线(3)的末端，检测离开天线(5)的有效载荷数据帧的结束，
随后，启动定时器(T1)，用于在物理层(4)的激活信号“物理层激活”(PHY_ACTIVE)的解除声明之前对帧信号的结束进行延迟，以及
在定时器(T1)终止后，取消声明激活信号(PHY_ACTIVE)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于检查有效载荷数据帧的结束的第一预定点(P1)位于基带发送编码器(8)的数据处理流水线(3)的末端，尤其是最后一个功能块(FB13)的内部。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中最后一个功能块(FB13)被设计成保护间隔插入块，用于对物理层(4)的激活信号(PHY_ACTIVE)的取消声明进行延迟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中用于检查有效载荷数据帧的结束的第二预定点(P2)位于高速基带发送编码器(10)的末端，尤其是插值滤波器块(11)的内部或后面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中用于检查有效载荷数据帧的结束的第三预定点(P3)位于高速编码器(10)的末端，尤其是数模转换器(12)的内部。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中最后一个功能块(FB13)的或者插值滤波器(11)的或者数模转换器(12)的或者基带控制器(7)的或者独立延迟线(14)的内部定时器(T1)被用来对延迟进行计数。
7.一种用于经由数字接口(IF1)将数据从介质访问控制装置(2)发送至物理层(4)和天线(5)的系统，其中物理层(4)包括具有基带控制器(7)和数据处理流水线(3)的基带，该数据处理流水线包括多个功能块(FB1…13)，所述系统：
在数字处理流水线(3)内的预定点(P1至P3)，尤其是在数字处理流水线(3)的末端，检测离开天线(5)的有效载荷数据帧的结束，
随后，启动定时器(T1)，用于对物理层(4)的激活信号(PHY_ACTIVE)的取消声明进行延迟，以及
在定时器(T1)终止后，取消声明激活信号(PHY_ACTIVE)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中用于检查有效载荷数据帧的结束的第一预定点(P1)位于数据处理流水线(3)的末端，尤其是最后一个功能块(FB13)的内部。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中最后一个功能块(FB13)被设计成保护间隔插入块，用于对物理层(4)的激活信号(PHY_ACTIVE)的取消声明进行延迟。
10.根据权利要求7所述的系统，其中用于检测有效载荷数据帧的结束的第二预定点(P2)位于高速编码器(10)的末端，尤其是插值滤波器块(11)的内部或后面。
11.根据权利要求7所述的系统，其中用于检测有效载荷数据帧的结束的第三预定点(P3)位于高速编码器(10)的末端，尤其是数模转换器(12)的内部。
12.根据权利要求7至11中的任一权利要求所述的系统，其中定时器(T1)是最后一个功能块(FB13)的或者插值滤波器(11)的或者数模转换器(12)的或者基带控制器(7)的或者独立延迟线(14)的内部定时器。
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