CN101578770B - 定时同步的无线通信设备、集成电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信设备(100)包括第一子系统，第一子系统被设置成将数据传递至第二子系统，第二子系统包括操作地耦合至计数器(134)的定时同步逻辑(132)，以便当将数据从第一子系统传递至第二子系统时，由定时同步逻辑(132)对数据采样，其中，该无线通信设备(100)的特征是，定时同步逻辑(132)被设置成确定第一数据帧的位置，并且作为对其响应，发起计数器(134)的计数处理，以及确定第二数据帧的位置，并且作为对其响应，根据计数器(134)的计数处理确定计数值，并且响应该计数值，确定是否对被传送至第二子系统的数据发起定时提前或定时延迟操作。以这种方式，本发明概念为无线通信设备提供了实现定时同步的机制。具体而言，在3G DigRF无线通信设备(100)中，本发明概念可以允许射频集成电路(RFIC)通过将从数字基带电路发送的“实际”信号提前或延迟来实现定时同步。

Description

定时同步的无线通信设备、集成电路和方法

技术领域

本发明涉及定时同步。本发明应用于，但不限于，用于定时同步的无线通信设备、及其集成电路以及方法。

背景技术

诸如移动电话手机的无线通信设备要求非常高水平的硬件和固件/软件的集成，以取得必要的功能密度，即，以最小的设备容量和最小的成本实现必要的功能。最优无线通信设备设计也必须最小化功率消耗，以增加电池呼叫时间和/或待机时间。

无线通信设备也合并多个不同且操作地耦合的子系统，以提供复杂的无线通信设备需要执行的广泛的功能和操作。这种子系统包括射频功率放大功能；包括射频生成、放大、滤波等的射频集成电路(RFIC)；包括音频电路、编码/解码、(解)调制逻辑、处理功能等的基带集成电路(BBIC)以及存储单元。

定义接口以用于各个子系统之间的通信，接口通常是标准化的，以允许在不同芯片组制造商和不同手机制造商之间的共性和增强的功能。

在移动电话领域中，已经形成了移动电话制造商联盟，以定义各种子系统接口，尤其是当迁移以覆盖诸如另外使用第三代(3G)宽带码分多址(WCDMA)技术的多模式收发器的未来无线通信技术时，在第二代蜂窝电话(2.xG)的变体之间的接口。这种联盟被称为“DigRF”，并且可以在他们的网站www.digrf.com上找到尤其是在多模式移动电话情境下定义的接口和其功能的细节。

在3G无线通信系统中，在被称为移动站(MS)的移动终端和被称为基站(BS)的固定终端之间建立链路。为了MS和BS进行通信，必要的是，它们具有(或获得)公共时间参考。没有这种公共时间参考，MS或BS将不能够正确地接收、解调和解码被发射的数据。

在3G无线通信中，通过对于包含时钟频率信息的BS所发射的导频信号的观察，MS的参考时钟被同步至BS的参考时钟。在实践中，同步将不是精确的，并且在MS和BS的参考时钟之间将存在某种残差。MS和BS均包含本地参考时钟，在某种指定水平的公差内，这些本地参考时钟对于绝对定时参考通常是准确的。然而，例如，由于在定时生成逻辑中的传播延迟、在MS和BS中的定时参考的准确性、本地定时参考的时间上的漂移等，在MS和BS内部时钟之间仍然存在小的定时误差。因此，随着时间消逝，来自这些因素的累积误差能够变得足够显著，以至于降低通信链路的性能。

偶发地重新同步MS和BS定时参考的一种普通方案是将本地时钟提前或延迟一个完整的时钟周期。通常MS的基带控制元件将分析从BS接收的信号，并且将确定本地MS时钟相对于BS时钟是快还是慢。根据该确定，MS中的基带决定是否提前或延迟Tx信号的时基，或者如更通常的情形，只是什么都不做。通常，MS定时控制算法将估计在MS和BS时钟之间的累积定时误差。当累积定时误差已经达到预设的门限值时，基带发出提前或延迟MS时基的命令。

一个已知的问题是如何最佳地确定是否需要定时提前/延迟操作，以及随后如何最佳地提前或延迟该Tx信号。

已知用于通告DigRF情境中的这种提前/延迟操作的多种方法。一种方法是BBIC生成提前/延迟命令，由数字基带电路系统来使用该命令，以延迟或提前从数字基带(DBB)电路系统发送至RF IC的实际Tx信号。如果RF收发器不实施可变延迟，则在基带执行该操作。典型地，在该情形下，BBIC将包含某种信号处理电路系统，其用于生成要被发射至数字基带电路系统的命令。通过删除现存样本或将额外样本插入数据流，可以实现提前/延迟命令。

特别地，已知的现有技术注重基带实现，基带实现确定是否要求定时提前/延迟操作，然后，命令被发送至数字基带电路或RFIC逻辑，以实现定时提前/延迟操作。这是复杂的，因为所有控制由BBIC执行，并且在某种程度上是不灵活的，因为被限制在命令驱动实现中，命令驱动实现要求容纳专用通信路径和信号，以供处理器电路接收来自BBIC的指令，并且将这些指令解释成提前/延迟逻辑。

因此，存在对于改善的无线通信设备、集成电路以及为此的同步方法的需求，它们可以在不增加复杂性的情况下，消除前述的问题。

发明内容

根据本发明的一些方面，提供一种无线通信设备、集成电路和为此的同步方法，如在随附的权利要求中所限定的。

附图说明

现在将通过示例方式，结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的实施例适配的无线通信设备；

图2是示出了根据本发明实施例的在无线通信设备中所使用的同步方法的流程图；以及

图3示出了与在本发明实施例中所使用的定时同步机制相关的定时图。

具体实施方式

在本发明的第一方面，一种无线通信设备，包括第一子系统，其被设置成将数据传递至第二子系统，第二子系统包括操作地耦合至计数器的定时同步逻辑，以便当将数据从第一子系统传递至第二子系统时，由定时同步逻辑对数据采样。定时同步逻辑被设置成确定第一数据帧的位置，并且，作为对其响应，发起计数器的计数处理，以及确定第二数据帧的位置，并且，作为对其响应，根据计数器的计数处理确定计数值。响应该计数值，定时同步逻辑确定是否对被传递至第二子系统的数据发起定时提前或定时延迟操作。

以这种方式，该无线通信系统能够以较为不复杂的方式实现定时同步。

在本发明的一个实施例中，定时同步逻辑可以被设置成为被传递至第二子系统的数据帧确定同步字的位置，例如，同步字的起始。

以这种方式，该无线通信设备能够使用被传输的数据格式的重复和可靠部分来实现定时同步。

在本发明的一个实施例中，来自计数处理的计数值可以指示在被传递至第二子系统的连续数据帧之间的时间。在本发明的一个实施例中，定时同步逻辑可以将来自计数处理的计数值与至少一个门限值相比较，并且响应该比较，确定是否发起定时提前或定时延迟操作。

以这种方式，通过使用计数器和已知时钟信号来追踪与在两个子系统之间发送的数据分组有关的时间周期，该定时同步逻辑能够使用以较为不复杂的方式传输的数据格式的重复和可靠部分来实现定时同步。

在本发明的一个实施例中，该至少一个门限可以基于与被传递至第二子系统的数据相关的时钟周期。在本发明的一个实施例中，可以应用至少两个门限水平，其中，第一门限水平标识是否应发起提前操作，并且第二门限水平标识是否应发起延迟操作。在本发明的一个实施例中，第一和第二门限水平可以限定在期望计数器值的任一侧的可接受的定时余量，该期望计数器值基于与被传递至第二子系统的数据相关的时钟周期。

以这种方式，利用门限和比较机制，该无线通信设备能够动态地适配该余量，以用于标识两个子系统是否被充分地同步。

在本发明的一个实施例中，第二子系统可以是符合3G DigRF标准的射频集成电路(RFIC)。以这种方式，通过将从BBIC发送至收发器的实际信号提前或延迟，在不涉及BBIC的条件下，RFIC能够实现定时同步。

在本发明的一个方面，一种用于无线通信设备的集成电路包括子系统和与计数器操作地耦合的定时同步逻辑，以便当数据被传递至子系统时，由定时同步逻辑对数据采样。定时同步逻辑被设置成确定第一数据帧的位置，并且作为对其响应，发起计数器的计数处理，以及确定第二数据帧的位置。作为对其响应，定时同步逻辑根据计数器的计数处理确定计数值，并且响应该计数值，确定是否对被传递至子系统的数据发起定时提前或定时延迟操作。

在本发明的又一方面，一种用于无线通信设备的同步的方法，包括将数据从第一子系统传递至第二子系统；对该数据采样；以及根据采样的数据确定第一数据帧的位置。该方法还包括：响应确定第一数据帧的起始，发起计数处理；确定第二数据帧的位置；作为对其响应，根据计数处理确定计数值；响应该计数值，确定是否对被传递至第二子系统的数据发起定时提前或定时延迟操作。

虽然参考无线3G通信设备描述了本发明的多个实施例，但在本发明的预期内，本发明概念能够同样应用于其他无线通信设备、通信标准和相关的定时结构。

现在参考图1，示出了适配为支持本发明的实施例的发明概念的无线3G通信设备100的简化的结构图。无线通信设备100包括天线102，天线102优选地耦合至在无线通信设备100内的接收器链110和发射器链120之间提供隔离的双工滤波器或天线开关104。如现有技术中已知的，接收器链110通常包括接收器前端电路系统106(有效地提供接收、滤波以及中间或基带频率转换)。前端电路串行地耦合至基带集成电路(BBIC)108，基带集成电路(BBIC)108包括数字电路系统和信号处理逻辑(通常实现为数字信号处理器(DSP))。将来自BBIC 108的输出提供至用户接口130，用户接口130可以包括显示器、扬声器等。

也将控制器114耦合至接收器前端电路系统106和信号处理逻辑。将控制器114耦合至存储设备116，存储设备116被设置成存储操作方案，诸如解码/编码功能等。将时钟电路118耦合至控制器114，以控制通信设备100内的操作的定时(时间相关信号的传输或接收)。具体而言，时钟电路生成定时信号，用于传送至无线通信设备内的多个组件，包括RFIC 112和BBIC 108。

对于发射链120，这本质上包括用户接口130，用户接口130包括诸如麦克风、小键盘等的元件，这些元件串行地耦合至发射器/调制电路122。然后，通过RF功率放大器124传递任何发射信号，以从天线102辐射。发射器/调制电路系统122以及功率放大器124操作地响应控制器114，其中来自功率放大器124的输出耦合至双工滤波器或天线开关104。发射器/调制电路系统122以及接收器前端电路系统106包括在RFIC 112内的频率上转换和频率下转换功能(未示出)。

根据本发明的实施例，定时同步逻辑132已经被包含在RFIC 112中，并且被设置成检测从BBIC 108所发射的帧内的连续同步字，如结合图2所进一步描述的。BBIC发射数据帧，这些数据帧是3G DigRF帧类型格式的，并且通常以312Mbps或6.5Mbps的速率被传输。使用3GDigRF帧格式但以非标准的时钟速率进行发射也是可能的。这意味着大约在每帧的开始，存在16位的同步码。由定时同步逻辑132检测每个发射的16位同步码，从而允许RFIC中的收发器检测帧的存在性。在本发明的情境中，3G DigRF标准也可以被另外称为双模式2.5G/3G基带/RFIC接口标准。

在检测到同步字时，定时同步逻辑132将同步有效信号(synch_valid signal)发射至计数器134。在一个实施例中，计数器134存在于RFIC 112中，并且通过观测从定时同步逻辑132所发送的同步有效信号的周期性，来计数到达RF收发器处的连续帧之间的312MHz时钟周期的数目。因此，例如，通过操作在特定时钟速率的计数器，并且确定在周期性触发信号之间的时钟的计数值，将计数规程的结果用于确定是否获取了定时同步。

如果计数值被确定为低于第一(低)门限值，那么，定时同步逻辑132确定其中已经检测到同步字的两个帧中的第二个帧已经被BBIC在时间上提前了。因此，由定时同步逻辑132发起在RFIC收发器中的时钟提前操作。在一个实施例中，时钟提前/延迟逻辑(未示出)设置在(或优选地耦合至)发射器调制逻辑122中。然而，也设想到，根据设计时所流行的设计考虑，将时钟提前/延迟逻辑设置在RFIC 112内的任何位置。

类似地，如果计数值被确定为高于第二(高)门限值，那么，定时同步逻辑132确定其中已经检测到同步字的两个帧中的第二个帧已经被BBIC在时间上延迟了。因此，由定时同步逻辑132发起RFIC收发器内的时钟延迟操作。此外，如果计数值被确定为在这两个门限值之间，则定时同步逻辑132不采取任何动作，因为假定BS和MS定时结构被充分同步。

在本发明的实施例中，当被应用于3G DigRF实现时，设想到，可以实现1/4码片长度的标称提前或延迟。然而，在其他实施例中，设想到，可以认为任何分数的码片长度(在码分多址方案)或帧周期或符号周期或位周期(在时分多址方案)是合适的。可替换地，在某些实施例中，设想到，由于可以根据计数器值得出所需的定时提前/延迟水平的范围的准确确定，定时提前/延迟值可以是可编程的。

在本发明的一个实施例中，为了减少无线通信单元的功率消耗，设想到，定时同步逻辑可以使用低于312MHz的接口时钟的时钟来测量在同步有效信号之间的消逝的时间。具体而言，为了减少计数递增处理所消耗的功率，设想到，可以降低递增计数器的速率。例如，设想到，较慢运行的时钟，例如156MHz时钟或更低，而非312MHz时钟，可以用于递增计数器。在该情形下，将有更少的电路切换，从而将减少功率消耗。

现在参考图2，流程图200示出了根据本发明的实施例的在通信设备中所使用的同步方法。该流程图开始于在步骤205中确定从数字基带IC所发送的发射数据序列是否包含同步字。如果在步骤205中从数字基带IC所发送的发射数据序列不包含同步字，则该过程循环，如所示的。然而，如果在步骤205中从数字基带IC所发送的发射数据序列包含同步字，则同步字用于指示在Tx数据序列中的新帧/分组的起始。

在RF收发器中，在步骤210中，同步字的检测触发了计数器寄存器，该计数器寄存器使用例如312MHz的DigRF时钟或该时钟的某种派生。通过在步骤215中做出关于从数字基带IC所发送的发射数据序列是否包含另外的同步字的确定，在步骤212中，计数器继续递增，直到接收到下一同步字。再次，如果在步骤215中从数字基带IC所发送的发射数据序列不包含另外的同步字，则该处理循环，并且计数器值在步骤212中递增。然而，如果在步骤215中从数字基带IC所发送的发射数据序列包含另外的同步字，则在步骤220中312MHz时钟计数器停止，并且计数器值被提取。

一旦计数器已经停止，计数器的值代表在连续Tx数据帧之间的时间。在帧之间的标称时间是“T”，其中，例如，将参数“D”用作余量参数。

如果在步骤225中测量的时间被确定为＜T-D，那么，确定被解释为将Tx信号提前的命令，如在步骤230中所示的。然而，如果在步骤235中测量的时间被确定为＞T+D，那么确定的值被解释为将Tx信号延迟的命令，如在步骤240中所示的。如果在步骤235中测量值被确定为在T-D和T+D之间，那么，在步骤245中时钟计数器被重置，并且该处理循环回步骤205。例如，在本发明的一个实施例中，当使用312MHz时钟时，可以使用T＝“80”的值和D＝“10”的值。在替换实施例中，例如当使用不同时钟时，在步骤225和235中可以调整门限，例如当使用156MHz时钟时的T＝“40”的值和D＝“5”的值，或者当使用例如78MHz时钟时的T＝“20”的值和D＝“2”的值。

虽然已经结合312MHz、156MHz和78MHz的时钟速率描述了上述实施例，设想到，可以使用任何适当的时钟频率来实现本发明概念。

此外，虽然上述实施例已经描述了将定时提前/延迟操作应用于Tx信号，但设想到，在绝大多数情形下，通过丢弃样本以提前定时以及复制样本以延迟定时，或者通过控制时钟的适当操作，可以实现定时提前/延迟操作。

现在参考图3，示出了与本发明的实施例中所使用的同步相关的定时图300。定时图300示出了通过BBIC-RFIC接口的典型通信路径320，其中，示出了帧中的数据分组。数据帧(分组)包括同步字；包括16位305，随后是报头310和数据有效载荷315。如所示的，第一帧被发送，然后，某个时间之后，第二帧被发送。

一旦在波形325中的周期345检测到并确认同步字，图1的定时同步逻辑132生成同步有效信号350。在周期355，利用触发360，将同步有效信号350用于锁存(发起)计数器(例如图1的计数器134)。然后，由计数器使用触发360，如在波形335中所示的，以响应脉冲370开始计数处理。时钟信号340便利计数器的计数操作，直到如所示的在周期375之后检测到并确认第二同步字。然后，在335中，将计数器重置，其中，由图1的定时同步逻辑132使用重置之前的计数器值来确定是否需要将定时延迟390或定时提前操作335应用于在两个子系统(即在一个实施例中RFIC-BBIC)之间传递的数据信号380。

以这种方式，使用定时提前或定时延迟操作来将子系统的定时同步至外部定时源，诸如来自远程BS的传输。

设想到，在本发明的实施例中，本发明概念不限于同步有效信号，而是可以应用于具有固定重复时间的任何重复信号。也设想到，本发明的概念不限于确定同步字的起始以及从其发起计数，而是可以用于数据帧的任何固定位置，例如，同步字的结尾、报头的起始或结尾等。

因此，此前所描述的本发明概念的目的是，提供优于合并定时同步的当前无线通信设备的一个或多个下列优势：

(i)本发明概念为无线通信设备提供以最小的复杂度实现定时同步的机制。

(ii)本发明概念允许RFIC通过提前或延迟从BBIC发送至收发器的“实际”信号，在不涉及BBIC的情况下，实现定时同步。

具体地，设想到，可以由半导体制造商将前述发明概念应用于要求定时同步的任何集成电路体系结构。还设想，例如，半导体制造商可以将本发明概念用于独立设备或专用集成电路(ASIC)和/或使用集成电路以支持定时同步的任何其他子系统元件的设计。

应理解的是，在不脱离此处所描述的发明概念的情况下，可以使用在不同功能单元或控制器或时钟之间的任何适当的功能分布。因此，对于具体功能设备或元件或逻辑的引用仅应被视为对用于提供所描述的功能的适当装置的引用，而非表示严格的逻辑或物理结构或组织。

可以通过包括硬件、软件、固件或这些的任何组合的适当形式来实现本发明的方面。可以通过任何适当的方式，来物理地、功能地以及逻辑地实现本发明的实施例的元件和组件。实际上，该功能可以实现在单个单元或IC中，实现在多个单元或IC中，或实现为其他功能单元的一部分。

虽然已经结合某些实施例描述了本发明，其目的并非是将本发明限于此处所阐述的具体形式。确切的讲，本发明的范围仅由随附的权利要求限定。此外，虽然看似结合特定实施例描述特征，但本领域的技术人员应当认识到，根据本发明可以将所描述的实施例的各种特征组合。在该权利要求中，术语“包含”不排除其他元素或步骤的存在。

此外，虽然各个特征可能被包含在不同权利要求中，但这些特征可能被有利地组合，并且在不同权利要求中的包含不意味着这些特征的组合是不可行和/或不利的。而且，在一类权利要求中包含的特征不意味着对于该类别的限定，而是指示该特征可以在适当时同样适用于其他权利要求类别。

此外，权利要求中的特征的顺序不意味着这些特征必须被执行的任何特定顺序，具体地，在方法权利要求中的各个步骤的顺序不意味着必须按照这个顺序执行这些步骤。确切的讲，可以按任何适当的顺序执行这些步骤。此外，单数的引用不排除复数。因此，对于“一”、“第一”、“第二”的引用不排除复数。

因此，已经描述了定时同步的无线通信设备和集成电路以及为此的方法，其中，基本上已经消除了现有技术方案的前述缺点。

Claims (9)

1.一种用于无线通信设备(100)的集成电路(108、112)，包括子系统和操作地耦合至计数器(134)的定时同步逻辑(132)，以便当数据被传送至所述子系统时，由所述定时同步逻辑(132)对所述数据采样，其中，所述定时同步逻辑(132)被设置成确定第一数据帧的位置，并且作为对其响应，发起所述计数器(134)的计数处理，以及确定第二数据帧的位置，并且作为对其响应，根据所述计数器(134)的所述计数处理确定计数值，并且响应所述计数值，确定是否对被传递至所述子系统的所述数据发起定时提前或定时延迟操作。

2.根据权利要求1所述的集成电路(108、112)，其中，所述定时同步逻辑(132)被设置成确定被传递至所述子系统的数据帧的同步字的位置。

3.根据权利要求2所述的集成电路(108、112)，其中，来自所述计数处理的所述计数值指示在被传递至所述至少一个子系统的连续数据帧之间的时间。

4.根据权利要求1所述的集成电路(108、112)，其中，所述定时同步逻辑(132)将来自所述计数处理的所述值与至少一个门限值比较，并且响应所述比较，确定是否发起定时提前或定时延迟操作。

5.根据权利要求4所述的集成电路(108、112)，其中，所述至少一个门限值基于与被传递至所述子系统的所述数据相关的时钟周期。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的集成电路(108、112)，其中，应用至少两个门限水平，第一门限水平标识是否应发起提前操作，并且第二门限水平标识是否应发起延迟操作。

7.根据权利要求6所述的集成电路(108、112)，其中，所述第一门限水平和所述第二门限水平限定期望计数器值的任意一侧的可接受的定时余量，所述期望计数器值基于与被传递至所述子系统的所述数据相关的时钟周期。

8.一种无线通信设备(100)，包括第一子系统，所述第一子系统被设置成将数据传递至第二子系统，所述第二子系统包括操作地耦合至计数器(134)的定时同步逻辑(132)，以便当将数据从所述第一子系统传递至所述第二子系统时，由所述定时同步逻辑(132)对所述数据采样，其中，所述定时同步逻辑(132)被设置成确定第一数据帧的位置，并且作为对其响应，发起所述计数器(134)的计数处理，以及确定第二数据帧的位置，并且作为对其响应，根据所述计数器(134)的所述计数处理来确定计数值，并且响应所述计数值，确定是否对被传递至所述第二子系统的所述数据发起定时提前或定时延迟操作。

9.一种用于无线通信设备(100)的同步的方法(200)，包括：

将数据从第一子系统传递至第二子系统；

对所述数据采样；

根据所采样的数据，确定第一数据帧(205)的位置；

所述方法的特征是：

响应确定第一数据帧的起始，发起计数处理；

确定第二数据帧(215)的位置；

作为响应，根据所述计数处理确定计数值，；

响应所述计数值，确定是否对被传递至所述第二子系统的所述数据发起定时提前(230)或定时延迟(240)操作。

Images