專利名稱：無(wú)線數(shù)字fsk收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
FSK、GFSK等調(diào)制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于短距離無(wú)線傳輸中，隨著物聯(lián)網(wǎng)和個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)這類應(yīng)用的無(wú)線收發(fā)器的靈敏度和功耗有著越來(lái)越高的期望，特別是低功耗方面的性能如果有所突破將對(duì)應(yīng)用的可能性有著極大地促進(jìn)作用。集成電路發(fā)展到今日已經(jīng)有成熟的設(shè)計(jì)方法和流程來(lái)保證混合信號(hào)(mixed signal)芯片大規(guī)模的應(yīng)用。隨著集成電路工藝制程的發(fā)展，集成電路的功耗和面積在隨之逐漸降低，數(shù)字集成電路在這方面尤為突出。但是模擬集成電路相對(duì)數(shù)字集成電路來(lái)說(shuō)進(jìn)展要緩慢得多，這主要是因?yàn)槟M電路中電容電感的物理特性無(wú)法直接受益于工藝制程的進(jìn)度，因此在相同工藝制程下 模擬電路在功耗和芯片面積上都比數(shù)字電路有較大的差距。目前產(chǎn)業(yè)界在無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器集成電路上主要有兩種技術(shù)方向，一種是犧牲接收性能換來(lái)功耗超低、復(fù)雜度超低的設(shè)計(jì)方法，這類芯片主要使用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的射頻和模擬前端電路以達(dá)到超低功耗的指標(biāo)，通常使用限幅放大器來(lái)產(chǎn)生解調(diào)器的輸入信號(hào)，這樣就只能使用性能有限的非相干解調(diào)方法來(lái)接收FSK信號(hào)，通常使用的非相干解調(diào)方法為“過(guò)零檢測(cè)”。眾所周知，非相干解調(diào)與相干解調(diào)的方法在接收性能上有相當(dāng)大的差距，而“過(guò)零檢測(cè)”即便是在非相干解調(diào)的方法中也是性能相對(duì)較差的一種。因此，這種方法雖然達(dá)到了超低功耗的要求但是舍棄了接收性能，使得解調(diào)器在接收靈敏度方面性能下降，這一缺陷限制了其應(yīng)用。第二種技術(shù)方向是使用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的射頻和模擬前端電路，通常是舍棄限幅放大器，而使用更復(fù)雜的電路來(lái)提供足夠完整的信號(hào)送給解調(diào)器，在解調(diào)器的輸入端通常由一個(gè)ADC將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，以便使用成熟的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)做數(shù)字解調(diào)，以提高接收性能。雖然使用了更復(fù)雜的數(shù)字電路，但是可以通過(guò)使用更先進(jìn)的制程工藝來(lái)很好地控制數(shù)字電路的功耗和面積消耗。因此，這種技術(shù)方向的集成電路的功耗和面積主要是由射頻和模擬部分決定，其優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)第一種技術(shù)方案性能得到較大提升，但是存在功耗控制不夠理想的缺陷。以上可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器不能兼顧功耗和性能這兩方面指標(biāo)，兩個(gè)指標(biāo)存在互相妥協(xié)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自適應(yīng)超低功耗高靈敏度的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，更好地兼顧無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器集成電路的功耗和性能。為了達(dá)到這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，本發(fā)明提出在同一收發(fā)器電路中放置兩種現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案的收發(fā)器，包括射頻接收模擬前端和模擬及數(shù)字解調(diào)部分。通過(guò)分析研究合并其中功能相同的部分已達(dá)到減小面積消耗的目的。加入一個(gè)控制模塊用于自適應(yīng)地根據(jù)鏈路質(zhì)量從兩個(gè)接收機(jī)中選擇打開(kāi)其中的一個(gè)作為接收機(jī)的輸出，此時(shí)另一個(gè)接收機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。如果鏈路質(zhì)量較差且低于一預(yù)定的接收靈敏度門(mén)限時(shí)，開(kāi)啟第一接收機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二接收機(jī)；如果鏈路質(zhì)量較好且高于預(yù)定接收靈敏度門(mén)限時(shí)，開(kāi)啟第二接收機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第一接收機(jī)；這個(gè)控制模塊同時(shí)用于自適應(yīng)地根據(jù)鏈路質(zhì)量控制發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，減小不必要的發(fā)射功率?？偸鞘褂玫诙邮諜C(jī)完成例如信道能量探測(cè)、空閑信道評(píng)估等非數(shù)據(jù)解調(diào)的功能，已達(dá)到降低功耗的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，包括與媒體接入層通訊的物理層，其特征是，所述物理層中包括接口電路、發(fā)射機(jī)、第一接收機(jī)、第二接收機(jī)和與媒體接入層進(jìn)行通信的自適應(yīng)控制模塊；
所述第一接收機(jī)、第二接收機(jī)中均包含一射頻接收和模擬前端電路，所述第一接收機(jī)具有比第二接收機(jī)復(fù)雜度高的射頻接收和模擬前端電路；
自適應(yīng)控制模塊根據(jù)信道鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值與一預(yù)定值的比較，從兩個(gè)接收機(jī)中選擇打開(kāi)其中的一個(gè)作為接收機(jī)的輸出；
當(dāng)預(yù)測(cè)值大于預(yù)定值時(shí)，打開(kāi)所述第一接收機(jī)；當(dāng)預(yù)測(cè)值小于預(yù)定值時(shí)，打開(kāi)所述第二接收機(jī)。所述接口電路包括發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器，所述物理層通過(guò)所述接口電路與媒體接入層相互通訊，傳遞鏈路質(zhì)量信號(hào)、鏈路質(zhì)量的評(píng)估信號(hào)、空閑信道評(píng)估信號(hào)
坐寸o所述發(fā)射機(jī)從發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中讀取發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，并形成物理層相應(yīng)的幀格式，通過(guò)發(fā)射機(jī)內(nèi)部的FSK數(shù)字調(diào)制器調(diào)制成數(shù)字基帶信號(hào)，再由數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并交給射頻發(fā)送模擬前端電路發(fā)送至天線。所述自適應(yīng)控制模塊從媒體接入層得到所有的鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量信息，并運(yùn)用這些信息在自適應(yīng)控制模塊中建立并實(shí)時(shí)更新一個(gè)包含所有鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)表，每次媒體接入層請(qǐng)求物理層接收數(shù)據(jù)時(shí)，自適應(yīng)控制模塊根據(jù)媒體接入層指定的當(dāng)前發(fā)送方通過(guò)查該統(tǒng)計(jì)表來(lái)得到鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)，根據(jù)鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值和預(yù)定值的比較，開(kāi)啟第一接收機(jī)和第二接收機(jī)其中之一。所述媒體接入層中匯總有每個(gè)鏈路質(zhì)量的歷史信息，所述自適應(yīng)控制模塊可以請(qǐng)求從媒體接入層得到這些所有的鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量信息。每次接收到鏈路傳輸?shù)膸?，?dāng)前使用的接收機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)給出一個(gè)鏈路質(zhì)量的評(píng)估，并和接收到的數(shù)據(jù)一起提交給媒體接入層，將每個(gè)鏈路質(zhì)量的信息匯總在所述媒體接入層中。所述自適應(yīng)控制模塊根據(jù)信道鏈路質(zhì)量信息自適應(yīng)的控制所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。非數(shù)據(jù)接收的輔助功能例如信道能量探測(cè)、空閑信道評(píng)估等始終由所述第二接收機(jī)接收。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
本發(fā)明比現(xiàn)有的技術(shù)方案更好的兼顧了無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器集成電路的功耗和性能。在接收鏈路質(zhì)量足夠好時(shí)使用低功耗接收機(jī)，在鏈路質(zhì)量較差時(shí)使用功耗較高但是接收性能更好的接收機(jī)。兩個(gè)接收機(jī)由一個(gè)控制模塊自適應(yīng)控制，在同一時(shí)間只有一個(gè)是打開(kāi)的，另一個(gè)是關(guān)閉的，即保證了收發(fā)器的性能，靈敏度高，又降低了功耗。


圖I是本發(fā)明的一實(shí)施例模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。舉例說(shuō)明本發(fā)明在一個(gè)符合IEEE 802. 15. 4-2006 2. 4G標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器中的實(shí)施例。圖I包括了一個(gè)符合ffiEE 802. 15. 4-2006 2. 4G標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器物理層(PHY)和媒體接入層(MAC)的模塊圖。物理層(PHY)包括了發(fā)射機(jī)、接收機(jī)A、接收機(jī)B和自適應(yīng)控制模 塊；媒體接入層(MAC)通過(guò)某種總線和物理層的接口電路部分互相訪問(wèn)。接口電路包括發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器，MAC與PHY層之間可相互通訊，傳遞鏈路質(zhì)量信號(hào)、鏈路質(zhì)量的評(píng)估信號(hào)、空閑信道評(píng)估信號(hào)等。發(fā)射機(jī)從發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中讀取發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，并形成物理層相應(yīng)的幀格式，通過(guò)發(fā)射機(jī)內(nèi)部的FSK數(shù)字調(diào)制器調(diào)制成數(shù)字基帶信號(hào)，再由數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器DAC將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并交給射頻發(fā)送模擬前端電路發(fā)送至天線。接收機(jī)通過(guò)天線將空中的射頻(RF)信號(hào)傳入接收機(jī)中的模擬前端電路，模擬前端電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行一系列適當(dāng)?shù)臑V波、放大和下變頻將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成了模擬中頻(IF)信號(hào)。中頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)(通過(guò)ADC采樣)或者模擬信號(hào)的形式由不同結(jié)構(gòu)的FSK解調(diào)器進(jìn)行基帶處理和解調(diào)直至恢復(fù)出發(fā)送方傳遞的信息數(shù)據(jù)并放入接收數(shù)據(jù)緩沖器中供MAC層在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻讀取。本發(fā)明中同時(shí)包含兩個(gè)接收機(jī)，接收機(jī)I包含一個(gè)具有較高復(fù)雜度的射頻接收和模擬前端電路A以及FSK數(shù)字解調(diào)器C，兩者通過(guò)一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC相連接。接收機(jī)2包含一個(gè)具有較低復(fù)雜度的射頻接收和模擬前端電路B，以及FSK解調(diào)器D (該解調(diào)器包括模擬部分和數(shù)字部分)。由自適應(yīng)控制模塊完成對(duì)接收機(jī)I和2之間的切換并能夠和MAC層進(jìn)行通信。由于每次接收到鏈路傳輸?shù)膸螅?dāng)前使用的接收機(jī)(I或者2其中之一)都會(huì)根據(jù)接收到的信號(hào)給出一個(gè)鏈路質(zhì)量的評(píng)估并和接收到的數(shù)據(jù)一起提交給MAC層，因此每個(gè)鏈路質(zhì)量的歷史信息都會(huì)匯總在MAC層中。自適應(yīng)控制模塊可以請(qǐng)求從MAC層得到這些所有的鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量信息，并運(yùn)用這些信息在自適應(yīng)控制模塊中建立并實(shí)時(shí)更新一個(gè)包含所有鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)表，每次MAC層請(qǐng)求PHY接收數(shù)據(jù)時(shí)，自適應(yīng)控制模塊可以根據(jù)MAC層指定的當(dāng)前發(fā)送方通過(guò)查表來(lái)得到鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)，根據(jù)鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值和一個(gè)預(yù)定的值(接收靈敏度門(mén)限)的比較來(lái)決定在接收機(jī)I和接收機(jī)2中開(kāi)啟哪一個(gè)。由此可以完成自適應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)來(lái)達(dá)到兼顧接收性能和降低功耗的目的。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，包括與媒體接入層通訊的物理層，其特征是，所述物理層中包括接口電路、發(fā)射機(jī)、第一接收機(jī)、第二接收機(jī)和與媒體接入層進(jìn)行通信的自適應(yīng)控制模塊； 所述第一接收機(jī)、第二接收機(jī)中均包含一射頻接收和模擬前端電路，所述第一接收機(jī)具有比第二接收機(jī)復(fù)雜度高的射頻接收和模擬前端電路； 自適應(yīng)控制模塊根據(jù)信道鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值與一預(yù)定值的比較，從兩個(gè)接收機(jī)中選擇打開(kāi)其中的一個(gè)作為接收機(jī)的輸出； 當(dāng)預(yù)測(cè)值低于預(yù)定值時(shí)，打開(kāi)所述第一接收機(jī)；否則打開(kāi)所述第二接收機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，所述接口電路包括發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器，所述物理層通過(guò)所述接口電路與媒體接入層相互通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，所述發(fā)射機(jī)從發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中讀取發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，并形成物理層相應(yīng)的幀格式，通過(guò)發(fā)射機(jī)內(nèi)部的FSK數(shù)字調(diào)制器調(diào)制成數(shù)字基帶信號(hào)，再由數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并交給其內(nèi)部的射頻發(fā)送模擬前端電路發(fā)送至天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，所述自適應(yīng)控制模塊從媒體接入層得到所有的鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量信息，并運(yùn)用這些信息在自適應(yīng)控制模塊中建立并實(shí)時(shí)更新一個(gè)包含所有鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)表，每次媒體接入層請(qǐng)求物理層接收數(shù)據(jù)時(shí)，自適應(yīng)控制模塊根據(jù)媒體接入層指定的當(dāng)前發(fā)送方通過(guò)查該統(tǒng)計(jì)表來(lái)得到鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)，根據(jù)鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值和預(yù)定值的比較，開(kāi)啟第一接收機(jī)和第二接收機(jī)其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，所述媒體接入層中匯總有每個(gè)鏈路質(zhì)量的歷史信息，所述自適應(yīng)控制模塊可以請(qǐng)求從媒體接入層得到這些所有的鏈路及其對(duì)應(yīng)的鏈路質(zhì)量信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，每次接收到鏈路傳輸?shù)膸?，?dāng)前使用的接收機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)給出一個(gè)鏈路質(zhì)量的評(píng)估，并和接收到的數(shù)據(jù)一起提交給媒體接入層，將每個(gè)鏈路質(zhì)量的信息匯總在所述媒體接入層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，所述自適應(yīng)控制模塊根據(jù)信道鏈路質(zhì)量信息自適應(yīng)的控制所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，其特征是，非數(shù)據(jù)接收的輔助功能始終由所述第二接收機(jī)接收。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器，包括物理層，物理層中包括接口電路、發(fā)射機(jī)、第一接收機(jī)、第二接收機(jī)和與媒體接入層進(jìn)行通信的自適應(yīng)控制模塊；第一接收機(jī)具有比第二接收機(jī)復(fù)雜度高的射頻接收和模擬前端電路；自適應(yīng)控制模塊根據(jù)信道鏈路質(zhì)量的預(yù)測(cè)值與一預(yù)定值的比較，從兩個(gè)接收機(jī)中選擇打開(kāi)其中的一個(gè)作為接收機(jī)的輸出。本發(fā)明比現(xiàn)有的技術(shù)方案更好的兼顧了無(wú)線數(shù)字FSK收發(fā)器集成電路的功耗和性能。在接收鏈路質(zhì)量足夠好時(shí)使用低功耗接收機(jī)，在鏈路質(zhì)量較差時(shí)使用功耗較高但是接收性能更好的接收機(jī)。兩個(gè)接收機(jī)由一個(gè)控制模塊自適應(yīng)控制，在同一時(shí)間只有一個(gè)是打開(kāi)的，另一個(gè)是關(guān)閉的，即保證了收發(fā)器的性能，靈敏度高，又降低了功耗。
文檔編號(hào)H04B1/40GK102780505SQ201210290978
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者李宏 申請(qǐng)人:蘇州英菲泰爾電子科技有限公司