CN101326722B - 用于校准发射系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于校准发射系统(1)的方法和系统，该发射系统(1)用于将数据从介质访问控制设备(2)经数字接(IF1)发射至物理层(PHY)并且发射至天线(3)以进入传输线(4)，其中物理层(PHY)包括基带控制器(5)以及包含多个功能模块(FB1到FB13)的数据处理流水线(6)，所述方法包括如下步骤：设置校准控制寄存器(R)，接着将发射系统(1)设置为校准模式，其中该发射系统(1)产生预定数量的单一测试音调(T)并且顺次发射这些测试音调(T)，以及在发射这些测试音调(T)之后，检测返回的测试音调(T)，并且对它们的电平尤其是它们的功率电平以及传输线(4)的频谱特性进行测量。

Description

用于校准发射系统的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于校准发射系统的方法和系统，该发射系统用于将数据从介质访问控制设备经数字接口发射至物理层并且发射至天线以进入传输线，其中物理层包括基带控制器以及包含多个功能模块的数据处理流水线。 

背景技术

具有这些特征的发射系统特别用于通信装置(还称作UWB发射器，其中UWB＝超宽频带)。发射系统是收发器的一部分，比如是超宽频带收发器的一部分，收发器可以集成在掌上电脑、移动电话、数码相机等数种电子设备中。 

现代通信系统或发射系统均基于数字信号处理技术。这些通信系统能够发射和接收信号。传输线中的频谱特性是不同的。为了精确地发射和接收信号，需要减小系统干扰并提高系统发射容量，系统发射功率需要降低而接收灵敏度需要提高。 

此外，由于电子元件尤其是有源元件的特性彼此不同，它们对工作频率和环境温度的敏感度不同，并且由于以上原因导致的每个发射和接收路径或链路的特性变化是不同的，因此应当周期性地进行系统校准。 

通常，当在已知的通信系统中进行校准时，该通信系统工作在校准模式下。通过使用附加的正弦波发射器产生具有给定频率的测试信号或测试音调来进行校准。测试信号被通信系统发射和接收。测量所有发射和接收的测试信号的电平，并确定接收和发射信号的幅值的比。这是校准方法的一般方案。 

UWB通信系统的技术说明并未明确指出需要对收发器进行校准。然而公知的是，这些通信设备需要在使用前进行校准。 

已知的用于校准发射器模拟前端装置的方法是频谱特性或平直度(flatness)校准。发射器发射一组测试音调，同时在接收器电路上接收它们。根据测量得到的功率，可以推知发射器电路的线性度等信息，然后可以使用此信息通过对被校准的装置的不同频带进行不同的衰减来平衡频谱带。这种校准所使用的概念是基于每次发射一个单一连续音调。 

相反，UWB通信装置发射一组叠加的音调，这组音调以补零的间隔(zero padded gap)在时间上分开。因此，当前的UWB通信装置或者不执行频谱平直度校准或者使用直接附接至模拟前端的独立音调发生器电路来产生测试音调。本发明提出一种不需要额外成本来执行频谱平直度校准的发射器构造 

发明内容

本发明的一个目的是指出用于校准发射系统的方法和系统，其中该发射系统用于将数据从介质访问控制设备经数字接口发射至物理层并且发射至天线，通过该校准方法和系统可以周期性地校准发射系统而不需要附加的硬件组件。 

根据本发明，一种用于校准发射系统的方法，该发射系统用于将数据从介质访问控制设备经数字接口发射至物理层并且发射至天线以进入传输线，其中物理层包括基带控制器以及包含多个功能模块的数据处理流水线，所述方法包括如下步骤： 

-设置校准控制寄存器， 

-接着将发射系统设置为校准模式，其中该发射系统产生预定数量的单一测试音调并且顺次发射这些测试音调，以及 

-在发射这些测试音调之后，检测返回的测试音调，并且测量它们的电平尤其是它们的功率电平以及传输线的频谱特性。 

使用发射系统自身来产生测试音调是一种简单的产生并控制测 试音调的途径。这样可以节省附加硬件(即正弦波发生器)的内部或附加外部实现的成本。换句话说，发射系统被重用于测量传输线的频谱特性。由于发射系统仅工作在校准模式下并且不必需附加的硬件组件，所以功耗高于传统的发射系统。 

为了测量具有528MHz带宽的整个传输线的频谱特性，以相关的528MHz频带内的预定不同频率来产生单一测试音调。为了测量在1GHz以上的多个528MHz频带的整个发射信道的频谱特性，对每个频带使用一个单一测试音调。有利的是，在不同的528MHz频带中顺次发射一个单一测试音调。特别地，以例如每100ms或在预定条件下循环地测量和校准传输线或信道。 

在本发明的另一个实施例中，测量得到的返回测试音调的电平被用来校准传输线。优选地，基带控制器测量不同测试音调的电平，并且为传输线中的不同发射音调设置适当的缩放系数。 

在一个有利实施例中，将一个功能模块用作音调发生器。优选地，调节一个FFT功能模块来只选择一个音调并产生单一音调模式的输出信号。在此实施例中，在频域内从叠加音调的频谱中选择单一音调并顺次发射，例如，选择第一、第十和第二十音调并顺次发射。 

在本发明的一个可选修改实施例中，预定的导频音(pilot tone)被用作单一测试音调。这是一种简单的测试音调控制和产生方法；使用其已有的导频音。仅选择12个导频音中的一个，其它的导频音被抑制。 

在一个可选修改实施例中，将一个前导功能模块设置为校准模式，其中该模块不断重复发射单一帧。如果测试音调的产生需要包括全部128个可能的音调，则包含在这个帧中的导频音将被用作激励源。 

在另一个修改实施例中，介质访问控制设备初始化零帧传输或者一个帧的传输，该帧的长度与音调测量时间长度相关。所发射的帧的长度足够用来充满音调测量的时间。特别是，77μs到242μs是传输线或者空气中的帧的最大长度，例如242μs的帧带有528MHz的带宽和128个测试音调。 

有利的是，在发射系统的频谱校准模式中，后缀空隙插入是禁止的。特别的是，后缀空隙插入功能模块抑制除了实际测试音调以外的所有音调。 

用于实现本发明目的的技术方案包括用于校准发射系统的系统，该发射系统用于将数据从介质访问控制设备经数字接口发射至物理层并且发射至天线和传输线，其中物理层包括基带控制器以及包含多个功能模块的数据处理流水线，所述技术方案包括如下步骤： 

-介质访问控制设备设置校准控制寄存器， 

-接着将发射系统设置为校准模式，其中该发射系统产生预定数量的单一测试音调并且顺次发射这些测试音调，以及 

-在发射这些测试音调之后，该发射系统检测返回的测试音调，并且测量它们的电平，尤其是它们的功率电平以及传输线的频谱特性。 

在所述发射系统中，有利的是基带控制器测量不同测试音调的电平并且为传输线中的不同发射音调设置适当的缩放系数。 

优选地将一个功能模块用作音调发生器。在一个修改实施例中，调节一个FFT功能模块来选择一个测试音调并产生单一音调模式的输出信号。在这种情况下，独立的外部波形发生器不是必需的。 

可选的是，将一个前导功能模块设置成校准模式，其中该前导功能模块不断地重复发射单一帧。 

在发射系统的另一个优选实施例中，介质访问控制设备初始化零帧传输或者一个帧的传输，该帧的长度与音调测量时间长度相关。 

本发明具有通过重用现有组件而得到的硬件简单和控制简单的优点。这尤其适用于具有高芯片率的通信系统。尽管上述方案是针对通信装置中的发射系统、尤其是UWB发射器提出的，但本发明并不限于此。 

附图说明

下面参照附图对本发明进一步作出详细说明。 

图1示出一种装置的结构示意框图，其中介质访问控制设备通 过数字接口(也称作MAC-PHY接口)连接至物理层并且连接至天线。该装置可以作为通信装置(例如UWB装置)进行操作。 

图2示出多个测试音调的选择；以及 

图3示出对具有单一测试音调的单一频带的测量。 

标号列表： 

1  发射系统 

2  介质访问控制设备 

3  天线 

4  传输线 

5  基带控制器 

6  数据处理流水线 

7  高速数字前端 

8  射频子系统 

B  频带 

FB1到FB13  功能模块 

P  导频音 

R  校准控制寄存器 

S1到S3  控制信号 

T  测试音调 

具体实施方式

图1示出超宽频带发射器1(后面简称为“发射器1”)的一般框图。 

发射器1或者发射系统特别用于无线通信装置(还称为UWB发射器，其中UWB＝超宽频带)。发射器1可以是收发器的一部分，比如可以集成在掌上电脑、移动电话、数码相机等数种电子设备中的超宽频带收发器的一部分。 

发射器1将数据从介质访问控制设备2经数字接口IF1传送至物理层PHY并且传送至天线3以进入传输线4。物理层PHY包括基带控制器5以及包括多个功能模块FB1到FB13的数据处理流水线6。 基本上，所有在时域或在频域处理数据的功能模块FB1到FB13都可以从时域切换到频域，反之亦然。例如，功能模块FB1到FB10在频域工作；快速傅里叶变换功能模块FB10(简称为FFT功能模块)后面的功能模块FB11到FB13在时域工作。 

在正常操作模式中，数据特定地从介质访问控制设备2经数字或所谓的MAC-PHY接口IF1的并行接口部分发送至物理层PHY，并且通过包含多个功能模块FB1到FB13的数据处理流水线6发送至天线3。在发送一个包时，始终从发送一个前导给天线3开始，该前导由数据处理流水线6中的前导功能模块FB12创建。 

作为一般的规则，在单帧传输模式下定时控制在物理层PHY的基带控制器5中执行。介质访问控制设备2通过设置指令信号“TX_EN”(该信号由TX_EN表示)来初始化经由数字接口IF1的串行接口部分的单一帧传输。通常，基带控制器5由此事件触发，并且利用一个将基带控制器5同前导模块FB12相连接的开始前导信号立即开始前导的传输。 

前导模块FB12的前导是存储在前导存储器6中的固定序列，并且因此不必由其它发射路径功能模块FB1到FB11进行编码。这样，物理层PHY的发射编码器在前导传输期间具有足够的时间来满足其数据处理流水线6的需要，直到已编码的数据信号到达前导模块FB12。在完成前导传输之后，已编码的报头和有效载荷数据需要经高速数字前端7和射频子系统8(简称为模拟前端)传输至天线3。 

本发明涉及一种用于校准发射器1的方法。下面对该方法进行详细说明。 

一般，介质访问控制设备2设置校准控制寄存器R。接着将发射器1设置成校准模式。为了校准发射器1，提出下列不同的修改实施例： 

如果寄存器R已被设置，则发射器1应当与“正常发射模式”下的行为相同，但是“零后缀插入”功能模块FB13被禁用。换句话说，对于所有不同的实施例，当把发射器1设置成校准模式时，第一信号S1都关闭补零后缀插入。 

在第一实施例中，发射器1执行例如12个具有不同频率的测试音调，这些测试音调在不带后缀间隔的情况下被顺次发射，并且被发射器1的电平检测器检测到。然后在将其通过数字接口IF1反馈至介质访问控制设备2之前对其电平尤其是接收功率电平进行测量。数字接口IF1测量所接收的不同测试音调T的功率电平，并且在数据处理流水线6中为不同的发射音调设置适当的缩放系数以调整传输线4中的频谱特性。 

图2示出可能的用于选择测试音调T的第一实施例。以预定的不同频率产生多个测试音调T。具体来说，528MHz频带中的128个音调中每个第4个音调被选为测试音调T。可选地，可以为具有528MHz带宽的发射频带选择128个音调中的12个来作为数据处理线中的测试音调T。为了进行选择可以实现附加的功能控制模块。或者，可以将选择功能集成到工作于频域的功能模块FB1到FB10中的一个。 

在第二实施例中，预定的导频音P被用作测试音调T。在此实施例中，基带控制器5的第二信号S2(见图1)对符号成形功能模块FB11进行配置以在预定时刻传递一个单一导频音P。此单一导频音P在整个频谱范围内传播，其它的导频音被抑制。 

在第三实施例中，调节FFT功能模块FB10来仅选择一个单一音调并产生单一音调模式的输出信号作为测试音调T。具体来说，FFT功能模块FB10在输出端以很高的幅度放大单一测试音调T。 

在另一个实施例中，第三信号S3被设置来以预定的音调重复前导。特别地，将前导功能模块FB12中的前导块设置为不断重复传输单一帧的模式。包含在此帧中的导频音P被用作激励。如果测试音调T的生成需要包括全部128个可能的音调，则前导模块需要为此产生单独的激励模式。 

在另一个替代实施例中，介质访问控制设备2初始化零帧传输或者一个帧的传输，该帧的长度足够用来充满音调测量的时间，例如77μs，这是传输线中的帧的最大长度。 

在全部已述实施例中对接收到的测试音调T的电平的测量和对传输线4中的频谱特性的调整与根据第一实施例的方法一致。 

为校准传输线或信道，测量和调整是循环进行的，例如每100ms或者在预定条件下进行。 

图3示出频谱特性的测量，尤其是对具有多个频带B1到Bn的整个发射信道的频谱平直度的测量。 

在发射系统的正常操作中，在不同的频带B1到B2中传输“OFDM符号”，其中在两个“OFDM符号”和两个频带B1和B2(见画线方块)之间插入有后缀间隔“后缀”。在校准模式下，这种后缀间隔插入和频带跳跃是禁止的。 

在发射器1的校准模式下，仅在一个频带B2中以预定的时间发射单一测试音频T(见黑色方块)。仅对此频带B2用单一测试音频T进行测量。为了校准每个频带B1到Bn，在不同频带B1到Bn中顺次发射单一测试音调T。对相关频带B1到Bn的选择，例如多久、选择B1到Bn中的哪一个，是由射频子系统8的控制器或基带控制器5或者功能模块FB1到FB13中的一个完成的。 

下面用一个可能的实施例对用于校准不同频带B1到Bn中的发射器1的方法做进一步详细说明。 

频谱特性校准需要由更高级的应用通过介质访问控制设备2来初始化。下列步骤连续进行。 

-介质访问控制设备2设置校准模式。为此，基带控制器5需要设置校准模式的信息。因此基带控制器5包含一个供应商指定的控制寄存器R，其被介质访问控制设备2设置。如果寄存器R已被设置，则发射器1应当与“正常发射模式”下的行为相同。换句话说，发射器1被用来校准其自身。 

-根据上述发明的频谱平直度校准与“正常发射模式”相比的不同处在于，数据处理流水线6不会插入补零后缀。因此，基带控制器5具有与“零后缀插入”功能模块FB13的连接，这样可以通过第一信号S1禁用零后缀插入。换句话说，基带控制器5调整功能模块FB13以使其不插入补零后缀间隔。 

-接着，基带控制器5配置功能模块FB11以抑制除了测试音调T以外的所有音调(乘以系数0)，其中测试音调T可以是12个导频 音P中的一个。另一种方案是，介质访问控制设备2配置功能模块FB11来选择一个单一测试音调T。 

-介质访问控制设备2初始化零帧传输。 

-射频子系统8测量频谱的功率并将值储存在寄存器中。 

-介质访问控制设备2从射频子系统8读取寄存器。 

-介质访问控制设备2针对预定数量的频带B1到Bn以预定的次数重复上述步骤，例如对于全部12个导频音P重复12次。 

Claims (17)

1.用于校准发射系统(1)的方法，该发射系统(1)用于将数据从介质访问控制设备(2)经数字接口(IF1)发射至物理层(PHY)并且发射至天线(3)以进入传输线(4)，其中物理层(PHY)包括基带控制器(5)以及包含多个功能模块(FB1到FB13)的数据处理流水线(6)，所述方法包括如下步骤：

设置校准控制寄存器(R)，

接着将发射系统(1)设置为校准模式，其中该发射系统(1)产生预定数量的单一测试音调(T)并且顺次发射这些测试音调(T)，以及

在发射这些测试音调(T)之后，检测返回的测试音调(T)，并且对它们的电平尤其是它们的功率电平以及传输线(4)的频谱特性进行测量，

其中，在发射系统(1)频谱校准模式期间，后缀空隙插入被禁用。

2.如权利要求1所述的方法，其中产生具有预定的不同频率的单一测试音调(T)来测量传输线(4)的频谱特性。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中预定的导频音(P)被用作单一测试音调(T)。

4.如权利要求3所述的方法，其中返回测试音调(T)的测得电平被用于校准传输线(4)。

5.如权利要求4所述的方法，其中基带控制器(5)测量不同测试音调(T)的电平，并且为传输线(4)中的不同发射音调设置适当的缩放系数。

6.如权利要求5所述的方法，其中功能模块(FB1到FB13)中的一个被用作音调发生器。

7.如权利要求6所述的方法，其中调节一个FFT功能模块(FB10)来产生单一音调模式的输出信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中将一个前导功能模块(FB12)设置为校准模式，其中该前导功能模块不断重复发射单一帧。

9.如权利要求8所述的方法，其中介质访问控制设备(2)初始化零帧传输或者一个帧的传输，该一个帧的长度与音调测量时间长度相关。

10.如权利要求9所述的方法，其中后缀空隙插入功能模块(FB13)对除了实际测试音调(T)以外的所有音调进行抑制。

11.用于校准发射系统(1)的系统，该发射系统(1)用于将数据从介质访问控制设备(2)经数字接口(IF1)发射至物理层(PHY)并且发射至天线(3)以进入传输线(4)，其中物理层(PHY)包括基带控制器(5)以及包含多个功能模块(FB1到FB13)的数据处理流水线(6)，所述用于校准发射系统的系统包括：

介质访问控制设备(2)设置校准控制寄存器(R)的装置，

接着将发射系统(1)设置为校准模式的装置，其中该发射系统(1)产生预定数量的单一测试音调(T)并且顺次发射这些测试音调(T)，以及

在发射这些测试音调(T)之后，检测返回的测试音调(T)，并且对它们的电平尤其是它们的功率电平以及传输线(4)的频谱特性进行测量的装置，以及

在发射系统(1)的频谱校准模式期间，禁用后缀空隙插入的装置。

12.如权利要求11所述的系统，还包括使基带控制器(5)测量不同测试音调(T)的电平并且为传输线(4)中的不同发射音调设置适当的缩放系数的装置。

13.如权利要求11或12所述的系统，还包括将功能模块(FB1到FB13)中的一个用作音调发生器的装置。

14.如权利要求13所述的系统，还包括调节一个FFT功能模块(FB10)来产生单一音调模式的输出信号的装置。

15.如权利要求14所述的系统，还包括将一个前导功能模块(FB12)设置成校准模式的装置，其中该前导功能模块不断地重复发射单一帧。

16.如权利要求15所述的系统，还包括使介质访问控制设备(2)初始化零帧传输或者一个帧的传输的装置，其中该一个帧的长度与音调测量时间长度相关。

17.如权利要求16所述的系统，还包括使后缀空隙插入功能模块(FB13)对除了实际测试音调以外的所有音调进行抑制的装置。

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